Mélange d’asphalte et de béton
11.6.1.2 Distorsion
La distorsion de la chaussée est le résultat de l’instabilité du mélange d’asphalte, du mouvement ou de la faiblesse de la base granulaire ou de l’infrastructure et, en outre, la fissuration de la chaussée peut accompagner certains types de distorsion. La distorsion de la chaussée peut prendre de nombreuses formes, mais l’orniérage et le bousculage sont les plus courants.
L’orniérage (la formation de dépressions canalisées, les ornières) se produit dans les traces de roues d’une surface de chaussée. L’orniérage est un problème grave car les ornières contribuent à rendre la surface de roulement rugueuse et peuvent se remplir d’eau lors d’épisodes de pluie ou de neige, ce qui peut alors provoquer l’aquaplanage et la perte de contrôle des véhicules circulant sur la route.
L’orniérage (souvent appelé déformation permanente) est une forme courante de détresse dans les chaussées souples et est causé lorsque les pneus de camions (chargés ou lourds) se déplacent sur une chaussée en béton bitumineux, la chaussée dévie d’une très petite quantité. Ces déviations vont de beaucoup moins d’un dixième de millimètre par temps froid – lorsque la chaussée et le sous-sol sont très rigides – à un millimètre ou plus par temps chaud – lorsque la surface de la chaussée est chaude et très molle. Si le module d’élasticité du mélange est suffisant, la chaussée a tendance à revenir à sa position initiale après le passage du pneu du camion sur un point donné de la chaussée. Souvent, cependant, la surface de la chaussée ne se rétablit pas complètement, laissant une très petite (mais non négligeable) quantité de déformation permanente de la chaussée sur la trajectoire de la roue. Par conséquent, après le passage de nombreuses charges de roues sur la chaussée (le nombre de charges de roues varie en fonction de la qualité de la chaussée), l’orniérage peut devenir important et conduire à des chaussées fortement orniérées d’une profondeur de 20 mm ou plus. Les profondeurs d’ornières d’environ 10 mm ou plus sont généralement considérées comme excessives et constituent un risque important pour la sécurité.
L’orniérage de l’infrastructure de la chaussée est causé par la consolidation ou le déplacement des matériaux en raison de la charge répétée du trafic. Dans les cas graves, un soulèvement à l’extérieur de l’ornière peut se produire. Ce mode de défaillance se produit dans la base ou la sous-base à la suite de contraintes excessives, d’une infiltration d’humidité ou d’une défaillance de conception de base. Il peut donc se présenter sous la forme d’une dépression dans la trajectoire de la roue ou d’un soulèvement sur les côtés de l’ornière. L’orniérage se produit normalement lorsqu’une chaussée est nouvellement construite et devient minimal à mesure que le liant bitumineux durcit et vieillit. L’orniérage est également causé par les camions transportant de lourdes charges sur des pneus dont la pression de gonflage a été fortement augmentée, sur des chaussées qui n’ont pas été conçues pour résister à ce type de contrainte. Ces enrobés avaient une teneur en bitume trop élevée, une teneur en fines trop importante, des granulats à texture ronde et lisse, et un bitume trop mou. Les améliorations apportées aux procédures de conception des mélanges, aux spécifications et aux essais des agrégats, ainsi qu’aux liants PG ont considérablement réduit les problèmes d’orniérage.
Enfin, l’orniérage est plus fréquent en été lorsque les températures élevées ramollissent le ciment bitumineux. Sur les chaussées en enrobé à froid (EFR), le manque d’aération ou de durcissement de l’émulsion peut entraîner un enrobé tendre qui va s’orniérer. Ce problème se pose surtout lorsque le revêtement en enrobé à froid est construit tard dans l’année. D’autres formes connexes de déformation permanente comprennent le shoving et le wash-boarding.
Le shoving (ondulations, wash-boarding) est une forme de déformation plastique qui se traduit par des ondulations à la surface de la chaussée. Elles se produisent généralement lorsqu’il y a de fortes contraintes horizontales aux endroits où le trafic démarre et s’arrête, dans les descentes où les véhicules freinent, aux intersections et dans les courbes horizontales prononcées. Les ondulations sont généralement causées par une trop grande quantité d’asphalte ou par l’utilisation d’un asphalte très mou dans le mélange.
Le shoving se produit généralement aux intersections lorsque les véhicules s’arrêtent, exerçant une force latérale sur la surface de l’enrobé à chaud, ce qui provoque une déformation excessive sur la chaussée, plutôt que dans les ornières. La formation de planches est un phénomène similaire mais, dans ce cas, la déformation prend la forme d’une série de grandes ondulations sur la surface de la chaussée. L’orniérage, le bousculage et la formation de planches peuvent résulter d’une déformation permanente de n’importe quelle partie de la chaussée, qu’il s’agisse de la couche de fondation, de la sous-fondation granulaire ou de l’une des couches de liaison. Une déformation permanente excessive dans une ou plusieurs couches liées est le résultat d’un mélange de béton bitumineux qui manque de résistance et de rigidité à des températures élevées. Plusieurs problèmes liés à la conception d’un mélange, comme la sélection d’un liant bitumineux trop mou pour le climat et le niveau de trafic donnés, peuvent le rendre sujet à l’orniérage et à d’autres formes de déformation permanente.
La désintégration est la rupture d’une chaussée qui commence par la perte des particules de granulats fins de la surface de la chaussée et progresse jusqu’à la formation de nids de poule. Il s’agit de la détresse progressive vers le bas dans les couches inférieures de la chaussée, ce qui entraîne la formation de gros morceaux de fragments non liés. Cette rupture peut être le résultat d’une charge de fatigue, car d’énormes nids-de-poule se forment sur la chaussée lorsque les fragments sont délogés par la circulation. Les différents types de désintégration de la chaussée sont le raveling/météo, la délamination, le décapage et les nids de poule.
Le raveling (météorisation) est la perte progressive de granulats de la surface de la chaussée. Le raveling est l’une des complications qui résultent du décapage. Il peut être décrit comme la perte progressive de matériau de surface par les intempéries ou l’abrasion de surface. Il commence lorsque les granulats fins se détachent du ciment bitumineux, laissant de petites zones rugueuses sur la surface de la chaussée, qui augmentent au fur et à mesure que de plus grandes particules de granulats sont délogées de la surface de la chaussée. Au fur et à mesure qu’il progresse, les plus grosses particules d’agrégat se détachent en raison du manque de soutien des fines environnantes. Le ravinement est accéléré dans les passages de roues par la circulation. L’altération se produit sur toute la surface de la chaussée, y compris les zones sans circulation. L’eau et le trafic sont généralement nécessaires pour provoquer un défoncement important. Le déchaussement est causé par des vides d’air élevés dans l’enrobé chaud en raison d’un mauvais compactage ou d’une pose en fin de saison. En outre, un enrobé maigre (trop peu d’enrobé) ou une surchauffe de l’enrobé dans la centrale d’enrobage (entraînant la perturbation de la structuration du liant liée aux granulats) peuvent également provoquer des déchaussements. L’effritement se produit également lorsque les pneus délogent les particules de granulat de la surface d’un revêtement d’enrobé chaud. Un grand nombre des facteurs qui contribuent à une mauvaise résistance à la fatigue contribuent également à l’effritement, notamment une faible teneur en liant bitumineux et un mauvais compactage sur le terrain. Comme la surface de la chaussée est exposée à l’eau de la pluie et de la neige, une mauvaise résistance à l’humidité peut également accélérer le déchaussement dans les chaussées en enrobé à chaud.
Le déchaussement est la perte graduelle d’adhérence entre le film d’enrobé et la surface du granulat, ce qui entraîne une perte d’intégrité de l’enrobé à chaud. Par conséquent, la chaussée devient sensible à diverses formes de défaillance en perdant sa rigidité structurelle. Les facteurs qui contribuent au décollement sont les suivants : eau sur la chaussée avec une charge de trafic élevée, température élevée, nature des agrégats et du liant, et mauvais compactage. Le décapage peut entraîner d’autres formes de détresse telles que la fissuration et l’orniérage.
L’eau ne s’écoule pas facilement à travers les chaussées en enrobés bitumineux qui ont été construites avec soin et efficacité, mais elle s’écoulera très lentement même à travers un matériau bien compacté. L’eau peut se frayer un chemin entre les surfaces de granulats et le liant bitumineux d’un mélange, affaiblissant ou même détruisant totalement le lien entre ces deux matériaux (décapage). Les dommages dus à l’humidité peuvent se produire rapidement lorsque de l’eau est présente sous une chaussée, comme lorsque les chaussées sont construites sur des zones mal drainées et ne sont pas conçues ou construites correctement pour éliminer l’eau de la structure de la chaussée. En fait, une exposition occasionnelle à l’eau peut provoquer des dommages dus à l’humidité dans les enrobés bitumineux en raison d’une conception ou d’une construction défectueuse ou de l’utilisation de mauvais matériaux.
Les processus physico-chimiques qui contrôlent les dommages dus à l’humidité sont complexes dans la mesure où différentes combinaisons de liant bitumineux et de granulats présenteront des degrés de résistance aux dommages dus à l’humidité très variables. En fait, il est difficile de prédire la résistance à l’humidité d’une combinaison particulière d’asphalte et de granulat, bien que les enrobés bitumineux produits avec des granulats contenant une forte proportion de silice (comme le grès, le quartzite, le chert et certains types de granit) aient tendance à être plus sensibles aux dommages causés par l’humidité. Une construction appropriée, en particulier un compactage minutieux, peut contribuer à réduire la perméabilité des revêtements en enrobé bitumineux à chaud et, par conséquent, à réduire considérablement (voire atténuer) la probabilité de dommages dus à l’humidité. Des additifs anti-décapage peuvent être ajoutés aux enrobés bitumineux pour améliorer la résistance à l’humidité – la chaux hydratée est l’un des plus courants et des plus efficaces de ces additifs.
La résistance à l’humidité des enrobés bitumineux à chaud peut être évaluée (souvent appelée procédure de Lottman). Dans cet essai, six éprouvettes cylindriques d’enrobés à chaud sont compactées en laboratoire. Trois d’entre elles sont soumises à un conditionnement – saturation sous vide, congélation et décongélation – tandis que les trois autres ne sont pas conditionnées. Les deux séries d’éprouvettes sont ensuite testées à l’aide de l’essai de tension indirecte. Le pourcentage de résistance conservé après le conditionnement est appelé le rapport de résistance à la traction et constitue une indication de la résistance à l’humidité de ce mélange particulier. De nombreuses agences routières exigent un rapport de résistance à la traction minimal de 70 à 80 % pour les mélanges d’asphalte à chaud, mais il faut se rappeler que les données de cette méthode d’essai ne sont pas toujours fiables à 100 % et qu’elles ne peuvent fournir qu’une indication approximative de la résistance du mélange à l’incursion de l’humidité et aux dommages.
La délamination est la perte localisée de toute l’épaisseur d’un revêtement et est causée par l’absence de liaison entre le revêtement et la chaussée d’origine. Encore une fois, l’eau est l’agent causal, spécifiquement lorsque l’incursion d’eau se produit entre deux couches de la chaussée. Cependant, le délaminage est généralement confiné à la zone de passage des roues et il faut plusieurs années après le revêtement pour qu’il devienne un problème sérieux, mais une fois qu’il se produit, la chaussée est difficile à réparer. Le nettoyage de l’ancienne surface et l’application d’une émulsion d’asphalte comme couche d’accrochage (une fine couche d’asphalte utilisée dans la construction ou le rechargement de routes et d’autoroutes) aideront à atténuer le problème et sont particulièrement utiles lorsque l’épaisseur du revêtement est de deux pouces (50 mm) ou moins.
Les nids-de-poule sont des trous en forme de bol de différentes tailles dans une chaussée résultant d’une désintégration localisée sous la circulation. Ils provoquent un mauvais alignement des roues et peuvent commencer par une petite fissure qui laisse entrer l’eau et affaiblit la base de la route, ou une petite zone de raclage qui s’étend sur toute la profondeur, ou encore tout un tas de nids de poule peuvent apparaître du jour au lendemain dans une zone de fissures en alligator d’une chaussée mince. Des sols pauvres, un mauvais drainage, une surface d’asphalte trop mince, un mauvais compactage et un mauvais entretien de la chaussée peuvent tous conduire à la formation de nids-de-poule.