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GENERALITES SUR LES CHAUSSEES Fonctionnement et matériaux
AFECHKAR MOHAMED /HIMMI Mohamed
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Définition d’une chaussée
Une chaussée est une structure qui est constituée de plusieurs couches de matériaux mises en oeuvre sur un sol terrassé appelé sol support. Son rôle est de supporter les sollicitations du trafic dans les meilleurs conditions de sécurité et de confort
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Pourquoi une structure de chaussée ? Il est vrai qu’on circulait aisément sur des pistes bien nivelées quand les conditions climatiques étaient favorables, mais | en période de pluie, les sols mouillés devenaient glissants ou se transformaient en bourbiers. |
Etaler des lits de pierres dont le mérite était d’être moins sensibles à l’eau : Corps de chaussée
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Pourquoi une structure de chaussée ? L’idée du matelas de pierres a duré de nombreux siècles. Elle s’est développée à l’époque des Romains pour donner naissance à la « chaussée romaine » : le dallage. Plus tard, | La route empierrée « macadam » a fait son apparition et avec elle, les premières spécifications pour l’exécution d’une bonne route. |
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Que se passe-t-il lorsqu’un véhicule se déplace sur un sol ?
Le poids du véhicule est transmis au sol, sous forme de pressions, par l’intermédiaire des pneumatiques. D’une manière générale, | les sols ne peuvent supporter sans dommage de telles pressions. Si le sol n’est pas assez porteur, le pneu comprime le sol et il se forme une ornière |
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Que se passe-t-il lorsqu’un véhicule se déplace sur un sol
Formation d'une ornière sous l'effet d'une charge se déplaçant sur un sol
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Que se passe-t-il lorsqu’un véhicule se déplace sur un sol ? |
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Si le sol est porteur, il se passe deux choses : z
Le sol s’affaisse sous le pneu C’est la déformation totale : Wt.
z
Lorsque la roue s’éloigne, le sol remonte mais pas totalement : il reste une déformation résiduelle : Wr.
La différence d = Wt - Wr s’appelle la « déflexion ».
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Schéma de principe illustrant la déflexion d'un sol sous l'effet de passage d'une charge
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Schéma de principe illustrant la déflexion d'un sol sous l'effet de passage d'une charge
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La déflexion « d » est proportionnelle à la charge appliquée. Elle est pratiquement constante si l’on répète l’application de cette charge des milliers de fois.
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L’orniérage est la déformation résiduelle « Wr » qui s’accroît au fur et à mesure des passages des véhicules et proportionnellement à leur charges. www.almohandiss.com
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Profil en travers type d'une route
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Terminologie |
L’EMPRISE : partie du terrain qui appartient à la collectivité et affectée à la route ainsi qu’à ses dépendances.
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L’ASSIETTE : surface du terrain réellement occupée par la route.
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PLATE-FORME : surface de la route qui comprend la chaussée et les accotements.
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CHAUSSÉE : surface aménagée de la route sur laquelle circulent les véhicules. ACCOTEMENTS : zones latérales de la PLATE-FORME qui bordent extérieurement la chaussée.
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Pourquoi la chaussée est-elle formée de plusieurs couches ? |
Rappelons que le rôle d’une chaussée est de reporter sur le sol support, en les répartissant convenablement, les efforts dus au trafic.
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La chaussée doit avoir une épaisseur telle que la pression verticale transmise au sol soit suffisamment faible afin que celui-ci puisse la supporter sans dégradation.
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Comme la pression dans la couche granulaire décroît régulièrement en profondeur, on peut constituer une chaussée par la superposition de couches de caractéristiques mécaniques croissantes.
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Pourquoi la chaussée est-elle formée de plusieurs couches ?
En général, on rencontre les couches suivantes à partir du sol: | Couche de forme | Couche de fondation : la construction de cette couche ne pose pas de problème particulier. La plupart des matériaux routiers conviennent. | Couche de base : la construction de cette couche doit faire l’objet d’une attention toute spéciale : le matériau utilisé dans cette couche doit pouvoir résister aux contraintes résultant du trafic. | Couche de surface
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Coupe type d’une structure de chaussée et terminologie des différentes couches
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Les différentes couches qui constituent la structure de la chaussée
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Pourquoi la couche de surface ?
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La couche de base est recouverte par une couche de surface pour : a) Résister aux efforts horizontaux des pneumatiques, En effet, les pneumatiques exercent sur la chaussée des efforts horizontaux résultant de : • la transmission de l’effort moteur (accélération), • la mise en rotation des roues non motrices, • la transmission de l’effort de freinage. b) S’opposer à la pénétration de l’eau
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Il est important d’empêcher l’eau de pénétrer dans les couches de la chaussée. Les conséquences sont connues : • elle délite les granulats, • elle ramollit les sols fins, faisant chuter leur portance.
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Couche de surface La couche de surface est formée d’une couche de roulement surmontant éventuellement une couche de liaison intermédiaire. |
Elle assure la fonction d’étanchéité des couches d’assise vis-à-vis des infiltrations d’eau et des sels de déverglaçage;
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Et à travers ses caractéristiques de surface, elle garantit la sécurité et le confort des usagers.
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Couches d’assise Les couches d’assise sont généralement constituées d’une couche de fondation surmontée d’une couche de base. |
Elles apportent à la structure de chaussée l’essentiel de sa rigidité
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Elles répartissent(par diffusion latérale) les sollicitations, induites par le trafic, sur la plate-forme support afin de maintenir les déformations à ce niveau dans les limites admissibles.
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Faut-il une couche de forme ?
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On peut rencontrer dans un même projet des sols de caractéristiques très variables.
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Afin d’améliorer et d’uniformiser la portance du sol, on est amené à interposer,entre le sol support et les couches de chaussée, un élément de transition qui peut être constitué soit de matériaux grenus roulés ou concassés, soit de matériaux traités aux liants hydrauliques. Il est appelé couche de forme.
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Plate forme support de chaussée Niveau supérieur de la PST
Niveau supérieur de CF
Couche support de chaussée
Mètre supérieur des terrassements
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Fonction de la couche de forme
Nivellement
Maintien d’une Portance minimale
Traficabilité
Contribution au drainage
Homogénéisation et protection du sol support
Épaisseur de couche de forme
- Cas de PST et portance de AR - Caractéristiques des Matériaux utilisés pour CF - Portance visée pour PF
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MATERIAUX DE CHAUSSEES |
Les graves non traitées
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Les mélanges traités aux liants hydrocarbonés
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Les mélanges traités aux liants hydrauliques
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Les graves non traitées Les graves non traitées sont des matériaux granulaires à granulométrie continue avec un diamètre maximal de grains compris entre 14 et 31,5 mm, et contenant une faible quantité de fines non plastiques (4 à 10 %).
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Les graves non traitées
Dans les applications routières, les graves non traitées sont utilisées comme matériaux d’assise de chaussées, principalement sur les chaussées à faible trafic, en couche de base et de fondation ; mais elles peuvent aussi être utilisées en couche de fondation sur des chaussées à moyen trafic.
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Les graves non traitées Les caractéristiques des granulats sont choisies selon leur dureté, propreté, forme et angularité qui sont les principales spécifications portant sur les granulats.
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Les graves non traitées On distingue différents types de graves non traitées : Celles utilisées en couche de base : Les GNT « de type A » Les GNT «de type B » Les GNT « de type C » Les GNT « de type D » Celles utilisées en couche de fondation : GNF1 GNF2 GNF3
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SpécificationsGNT GNT Spécifications graves non traités pour couche de base
Granularité Angularité IC (%) Los Angles MDE CA H h a propreté d
GNR GNA GNB Tab1 Tab2 > 100 > 100 >35 <25 <30 <20 <25 <30 non mesurab ES(0/5)>30 ES(0/2)>50 ES(0/2)>45 sinon VB<1 sinon VB<1.5
GNC Tab3 >30 <35 <30
graves non traités pour couche de fondation GNF GNF1 GNF2 GNF3 Tab4 >60 >30 <30 <40 <50 <25 <35 <45
GND <40 <35 -
IP<6 sinon VB<1.5 IP<8
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(0/2) >45 sin IP<8
IP<8 ou VB<2 IP<12
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5. Les nouvelles techniques
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Les contraintes dans les GNT
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Sollicitations dues au passage d’une charge roulante sur une GNT
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Que se passe-t-il si on interpose entre le sol et la roue une couche granulaire non liée ? |
Dans une couche granulaire non liée, les grains constitutifs restent indépendants les uns des autres. Ce sont donc des matériaux à module faible compris entre 100 et 500 MPa.
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Par conséquent, sous l’action d’une charge, cette couche travaille principalement en compression, c’est-à-dire qu’elle transmet au sol sous-jacent la totalité de la charge en la répartissant d’une façon non uniforme.
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La pression la plus importante se situe en dessous de la charge.
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Schéma de fonctionnement d'une chaussée constituée d'une couche non liée reposant sur le sol naturel
Considérons une charge p sur une bille. Celle-ci va transmettre p/2 à chacune des deux billes de la couche sous-jacente. Sur les trois billes de la 3e rangée, il y aura successivement : p/4, 2 p/4, p/4
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Schéma de fonctionnement d'une chaussée constituée d'une couche non liée reposant sur le sol naturel
sur les quatre billes de la 4e rangée, il y aura : p/8 3 p/8 3 p/8 p/8 et ainsi de suite. On voit qu’à la énième rangée, il y a une répartition en cloche qui correspond à u étalement de la charge p . Mais, à l’interface couche granulaire - sol, on peut constater que la somme des charges réparties est égale à la charge p.
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Schéma de fonctionnement d'une chaussée constituée d'une couche non liée reposant sur le sol naturel
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Sous l’action d’une charge, une couche granulaire non liée travaille principalement en compression. La pression la plus élevée se situe à la verticale de la charge.
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Pour dimensionner une couche granulaire, c’està-dire définir son épaisseur, il faut que la pression verticale maximale transmise au sol sous-jacent soit inférieure à la portance du sol. Celle-ci est, en règle générale, appréciée par l’essai CBR (Californian Bearing Ratio).
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Les mélanges traités aux liants hydrocarbonés
Les mélanges à chaud Les mélanges à froid
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Les mélanges à chaud ou Matériaux bitumineux Les matériaux bitumineux utilises dans les structures routières sont des matériaux composites complexes dont les composants principaux sont des composants minéraux (granulats, sables, filler...) et le liant hydrocarboné (bitume).
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Les mélanges à chaud ou Matériaux bitumineux Composants minéraux
Les composants minéraux constituent environ 95% de la masse d’un enrobé bitumineux (80- 85% du volume). Cette prépondérance des matériaux granulaires dans le mélange va fortement en influencer les propriétés mécaniques. Les granulats sont l’ensemble des sables, gravillons ou pierres concassées - qui proviennent du creusement d’un gisement ou d’une extraction `a partir d’une roche mère compacte.
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Les mélanges à chaud ou Matériaux bitumineux Composants minéraux
Le granulat est utilisé soit comme matériau en vrac, soit après transformation (criblage, concassage, tamisage, dépoussiérage, lavage..). Pour constituer un squelette granulaire, plusieurs classes granulaires homogènes sont mélangées. La taille des éléments constituant un mélange de granulats définit sa granularité et est déterminante pour sa classification.
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Les mélanges à chaud ou Matériaux bitumineux Composants minéraux
Le squelette minéral, constitué par l’ensemble des grains en contact, doit assurer la distribution des contraintes dans le mélange et la transmission des charges aux couches inférieures de la chaussée. Les caractéristiques géométriques des granulats, telles que la forme, l’angularité et l’état de surface, qui influencent directement la résistance des contacts aux déplacements et aux rotations relatifs des grains, ont donc un rôle déterminant. www.almohandiss.com
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Les mélanges à chaud ou Matériaux bitumineux Composants minéraux
Par ailleurs, les grains minéraux doivent avoir une bonne résistance aux efforts statiques et dynamiques pour ne pas s’endommager sous les chargements. Les granulats doivent résister aux chocs et `a la fragmentation, évalués par l’essai Los Angeles, à l’usure et `a l’attrition, appréciée par l’essai micro-Deval.
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Les mélanges à chaud ou Matériaux bitumineux Composants minéraux
Il est aussi essentiel de considérer la compatibilité des granulats avec le liant, c’est-àdire la qualité de l’adhésivité des granulats et du liant hydrocarboné. La compatibilité avec le liant résulte de la polarité naturelle de la surface, la porosité et la propreté des grains minéraux. Le filler, ou les fines, est formé des composants minéraux très fins dont le diamètre supérieur est conventionnellement pris à 80 microns.
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Liants hydrocarbonés On désigne sous le nom de liants hydrocarbonés des substances constituées essentiellement d’assemblage d’atomes de carbone et d’hydrogène qui, au contact de particules solides telles que les granulats, développent des forces d’adhésion et de cohésion, assurant de la sorte une certaine rigidité et une résistance à la déformation en traction. On distingue trois familles de liants hydrocarbonés : les liants naturels, les goudrons et les bitumes. De nos jours, on utilise principalement le bitume qui, provenant presque exclusivement du traitement des pétroles bruts dont il constitue la fraction la plus lourde, est un mélange complexe de composés hydrocarbonés
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Liants hydrocarbonés Le bitume est un matériau léger, ductile et souple doté de bonnes propriétés d’adhérence, de plasticité, d’élasticité. Il est insoluble dans l’eau et inerte à de nombreux agents chimiques. La caractéristique principale du bitume est sa grande susceptibilité thermique et cinétique. La susceptibilité thermique désigne le changement des propriétés mécaniques d’un matériau avec la température. Le bitume qui est un liquide newtonien peu visqueux au dessus de 80◦C, devient un solide élastique et fragile à basse température. Entre ces deux états extrêmes, le bitume est un matériau viscoélastique, linéaire ou non. La susceptibilité cinétique est liée aux variations des propriétés avec le temps d’application des charges. En pratique, ces durées d’application varient de plusieurs heures `a quelques fractions de seconde sous les véhicules en mouvement. Les grandeurs mécaniques des bitumes sont fonction de ces deux paramètres. qui influencent alors directement le comportement à long terme et la résistance des matériaux bitumineux une fois mis en place. www.almohandiss.com
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Liants hydrocarbonés
Les changements d’état provoqués par les susceptibilités thermiques et cinétique s’accompagnent de risques de dégradations qui se manifestent dans l’enrobé sous diverses formes : déformations permanentes aux températures élevées ou durées de sollicitations longues, endommagement ou fatigue aux températures intermédiaires, fissuration thermique et ruptures fragiles aux basses températures et courtes durées d’application des charges. D’autre part, des évolutions chimiques internes des bitumes, appelées vieillissement, conduisent à un durcissement, accompagné d’une fragilisation,
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Que se passe-t-il si on interpose entre le sol et la roue une couche bitumineuse ?
|
Une couche bitumineuse présente l’inconvénient d’avoir un module variable en fonction de la température et de la durée d’application de la charge.
|
Alors qu’une couche traitée au ciment évolue comme une dalle en béton,
|
une couche bitumineuse présente, préalablement à la fissuration par fatigue,du fluage conduisant à des ornières provoquées par le passage répété des charges ;
|
son comportement dépend beaucoup du climat et de la déformabilité des couches inférieures.
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Fonctionnement d’une une couche bitumineuse
6.5t ELONGATION COMPRESSION
εt
εz
εt < seuil
εz < seuil www.almohandiss.com
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Matériaux bitumineux à chaud EB : Enrobé bitumineux | GBB : Grave bitume | GBF : Grave bitume |
Couche de roulement
Couche de base Couche de fondation | BBME : Béton bitumineux à module élevé Couche de roulement |
EME : Enrobé à module élevé Couche de base
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ENROBES BITUMINEUX (EB) (couche de roulement)
Les granularités 0/12 ou même 0/14 peuvent être utilisées pour des raisons de rugosité, les autres caractéristiques restant identiques.
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ENROBES BITUMINEUX (EB) (couche de roulement) |
Essai de compactage à la presse à cisaillement giratoire : z
Compacité à 10 girations C10 < 89 % ;
z
Compacité à 60 girations C 60 : 92 à 95 % pour 5 et 6 cm d’épaisseur.
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ENROBES BITUMUNEUX MINCES (mB) GRANULATS : 0/10 – DISCONTINU 3 FORMULES
Teneur en liant de 5,6 à 6,1 %
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GRAVE BITUME GBB pour couche de base GBF pour fondation
a.2 Sable si sable de nature différente FS ≤ 40.
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√ Les EME de classe 1 ont une tenue en fatigue inférieure à celle des EME de classe 2. Ils sont souvent utilisés pour leur résistance à l'orniérage. √ Les enrobés à module élevé de classe 2 ont un dosage en bitume plus élevé que celui des graves bitume : cela conduit à un pourcentage de vides faible et à une bonne résistance en fatigue. La rigidité du bitume apporte un module élevé, et une bonne résistance à l'orniérage. Compte tenu de leurs performances en laboratoire (dont certaines sont utilisées dans le calcul de dimensionnement), les enrobés à module élevé de classe 2 peuvent conduire à des réductions des épaisseurs de couche.
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Performances des EME
CERIT/LPEE www.almohandiss.com
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Performances des EME (suite…)
15 °C
7000
25 °C
3500
4500
4500
8500
8500
>70
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Critères de choix et points sensibles √ Grand pouvoir renforçant √ Bitume dur 10/25 ou 20/30 modifié ou non √ Étude de formulation: PCG,ORNIERAGE,FATIGUE √ Suivi rigoureux de la qualité de bitume et de la qualité de compactage
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LES BETONS BITUMINEUX A MODULE ELEVE ( BBME) √ Il s’agit d’enrobés bitumineux à chaud à haut module √ Deux types de BBME 0/10 et 0/14 √ 3 classes de performances √ Bitume modifié ou spécial seul ou avec ajout √ Module de richesse de 3.5 pour BBME0/10 et 3.3 pour BBME0/14
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25°C
>4000
>5500
>5500
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LES BETONS BITUMINEUX TRES MINCES ( BBTM) √ Il s’agit de matériaux bitumineux élaborés à chaud en centrale d’enrobage pour couche de roulement de très faible épaisseur (20 à 25 mm correspondant à des dosages de 40 à 60 Kg/m²). √ Mis au point pour améliorer les caractéristiques de surface et/ou régénérer l’intégrité d’une couche de roulement d’une chaussée en bon état structurel et non déformé. √ Permettent de dissocier les fonctions entre couches √ les granularités adoptées sont 0/6, 0/10 et 0/14 avec souvent une discontinuité. √ Le liant utilisé est un liant pur, modifié ou avec ajouts. √ Deux classes de BBTM: type 1 et type 2 58 www.almohandiss.com
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CRITÈRES DE CHOIX ET POINTS SENSIBLES
√ √ √ √ √ √ √
Renouvellement des couches de surface pour fort trafic Recherche d’une bonne rugosité Corrections des défauts d’uni en PO Bitume modifié Étude de formulation : PCG – Rugosité (>1.2 mm) Suivi rigoureux de la qualité de bitume Suivi rigoureux de la qualité du collage
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Mise en œuvre d’enrobé bitumineux
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Mélange à froid (émulsion) Les émulsions de bitumes sont des dispersions intimes de deux produits insolubles l’un dans l’autre. Pour les émulsions de bitumes, la phase dispersée est constituée par le bitume et la phase dispersante est constituée par l’eau additionnée de divers produits ( acide ou base). Les globules de bitumes sont tapissées par un film protecteur d’émulsifiant.
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Mélange à froid (émulsion) Les émulsions bitumineuses sont définies par leur répartition granulométrique et leur composition (nature et dosage en liant, acide ou base, etc.), lesquelles déterminent leurs caractéristiques physico-chimiques (pH, conductivité, etc.) et leurs caractéristiques technologiques (stabilité au stockage, vitesse de rupture, adhésivité et viscosité) Ces caractéristiques ont une forte influence sur l’aptitude de l’émulsion à être mise en oeuvre et à développer un niveau de collage entre couches de chaussée. www.almohandiss.com
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Caractéristiques technologiques des émulsions bitumineuses La viscosité est un paramètre très important surtout pour la bonne mise en oeuvre de l’émulsion. Elle intervient pour le transfert à travers les canalisations (pompage et répandage) et pour l’utilisation sur chantier. En effet, dans le cas d’un enduit superficiel, l’émulsion doit être relativement visqueuse afin d’éviter qu’elle prenne le chemin des accotements si la chaussée est légèrement bombée, alors que dans le cas d’une imprégnation, une émulsion fluide est préférable pour sa bonne pénétration dans la couche de chaussée. La viscosité de l’émulsion augmente avec la teneur en bitume
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Caractéristiques technologiques des émulsions bitumineuses La stabilité au stockage est un paramètre qui permet au fabricant de garantir une constance des différentes propriétés des émulsions pendant le temps entre la fabrication et l’utilisation sur chantier.
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Caractéristiques technologiques des émulsions bitumineuses La vitesse de rupture, ou encore stabilité vis-à-vis des granulats pour certains auteurs, est sans doute la principale caractéristique de l’émulsion et la plus importante pour l’utilisateur parce que conditionnant le type d’emploi. A titre d’exemple, dans le cas d’enduit superficiel, la vitesse de rupture de l’émulsion influe directement sur le temps de remise en circulation des chantiers. Suivant la vitesse de rupture, on distingue les émulsions à rupture rapide (pour les travaux d’enduit superficiel), les émulsions à rupture lente (pour les travaux d’enrobage) et les émulsions à rupture contrôlée (utilisées dans la fabrication des enrobés denses et des graves traitées à l’émulsion). www.almohandiss.com
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Caractéristiques technologiques des émulsions bitumineuses La vitesse de rupture est liée, d’une part, aux caractéristiques physicochimiques de l’émulsion, et d’autre part, à celles du matériau minéral. En effet, il est bien connu qu’un granulat comportant une énorme quantité de fines amène une rupture beaucoup plus rapide qu’un granulat propre]. Ce constat peut expliquer les défauts de collage constatés lorsque l’interface est polluée par de la poussière, l’émulsion n’est plus « propre » pour développer une adhérence suffisante. D’autres phénomènes accompagnent la phase de rupture de l’émulsion lorsque celle-ci est mise en oeuvre sur une surface granulaire.
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LES ÉMULSIONS DE BITUMES
Ce qu ’il faut retenir : deux énergies sont nécessaires : • Une énergie mécanique • une énergie chimique pour obtenir une émulsion ± fine et ± stable www.almohandiss.com
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LES ÉMULSIONS DE BITUMES
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COMMENT OBTENIR UNE ÉMULSION DE BITUME ? Diminution de la tension interfaciale par ajout de tensioactifs
Les propriétés des tensioactifs sont dues à leur caractère amphiphile (double affinité).
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RÔLE DE L ’ÉMULSIFIANT • • •
constitué d ’un ou plusieurs hétéroatomes, Partie fortement polaire s ’ionise en présence d ’eau
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La stabilité des émulsions
• homogène à l ’oeil nu • thermodynamiquement instable
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DESTABILISATION OU REPTURE D’UNE EMULSION Toutes les applications des émulsions vont plutôt jouer sur le temps que vont mettre les particules à fusionner. Il est plus facile de comprendre l ’évolution d ’une émulsion si elle est divisée : en 3 étapes , appelées étapes de déstabilisation : • Sédimentation • Floculation • Coalescence
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Étapes menant au mûrissement d’une émulsion
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Les Étapes De La Déstabilisation d’une émulsion
Sédimentation / crémage
Effet de la pesanteur, Effet de la taille des gouttes, Effet de la densité des phases,
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Floculation
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Coalescence Fusion des gouttes quand il y a déjà eu contact Phénomène irréversible (rupture)
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RUPTURE ET COALESCENCE DE L ’ÉMULSION
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RUPTURE ET COALESCENCE DE L ’ÉMULSION Interaction granulats / émulsion Rupture par adsorption
Si les molécules de TA issues de la surface des gouttes viennent préférentiellement, il y a appauvrissement de la charge des particules de bitume qui auront tendance à coalescer. En parallèle, la surface du granulat devient hydrophobe par recouvrement d ’une couche de TA, ce qui attire le bitume.
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RUPTURE ET COALESCENCE DE L ’ÉMULSION Interaction granulats / émulsion rupture par diminution du pouvoir tensioactif Augmentation du pH due aux granulats entraîne une déprotonation des ions et donc une désactivation
des propriétés tensioactives des TA, qui précipitent sous forme de sels insolubles, ce qui fait rompre les émulsions : – Diminution des répulsions électrostatiques – Neutralisation des charges à la surface
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Les principales causes de la déstabilisation de l ’émulsion Disparition de charges électrostatiques entre les gouttes (ph, sels,…)
Concentration élevée en bitume (évaporation de l ’eau) www.almohandiss.com
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Fabrication D’une Emulsion Au Bitume Pur
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Les enrobés à base d ’émulsion de bitume Effet de l ’eau : nécessaire mais gênante La présence de l ’eau résiduelle a une importante influence sur l ’évolution des propriétés des enrobés. Aspect positifs de l ’eau : • L ’eau est essentielle pour la fabrication des émulsions de bitume, permet de • Ioniser le milieu et d ’obtenir la coalescence et la rupture, permet de lubrifier les granulats et facilite le compactage. Aspect nuisibles de l ’eau : Tant qu ’il reste de l ’eau, la consolidation n ’est pas terminée, la cohésion reste faible. De même, tant que le film de bitume n ’a pas atteint son état final (film continu), une augmentation de la teneur en eau (humidité) peut induire une chute de la cohésion et avoir des conséquence dramatique sur la performance.
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Différentes étapes du processus de rupture de l’émulsion bitumineuse la décantation (sédimentation ou crémage), la floculation (sédimentation, réversible par action mécanique ou thermique)
prise ( départ de la phase aqueuse par évaporation ou liée à la nature minéralogique de la surface).
la coalescence (agglomération irréversible des particules, séparation des deux phases aqueuse e hydrocarbonée).
mûrissement de l’émulsion ( seule la phase hydrocarbonée (bitume résiduel) est présente sur la surface traitée
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Mélange bitumineux à froid
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GE : Grave émulsion
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ECF : Enrobé coulé à froid
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EF : Enrobé à froid
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couche de base Couche de roulement réparation
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GRAVE EMULSION – GE
Si le sable est d’origine différente, on exige : FS ≤ 40
Dmax = 14 ou 20 mm - Teneur en bitume d’origine 80/100 résiduel entre 3 et 4 % ; - Essais Duriez à 18°C et 15 jours d’âge dont 7 jours d’immersion pour une série d’éprouvettes.
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ENROBE COULE A FROID E.C.F
(1) selon le type d’émulsion.
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La Grave émulsion
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5. Les nouvelles techniques
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5. Les nouvelles techniques
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Que se passe-t-il si on interpose entre le sol et la roue une couche granulaire traitée au ciment ?
| Si
on applique une charge P à cette couche, la transmission de la charge au sol ne se fait pas de la même façon que dans le cas d’une couche granulaire non liée ;
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Que se passe-t-il si on interpose entre le sol et la roue une couche granulaire traitée au ciment ?
L’existence des liaisons entre les grains et leur multiplicité modifient la transmission de la charge. La couche liée forme ainsi une dalle qui peut être très rigide, dont le module est constant et indépendant de la température et de la durée d’application de la charge.
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Que se passe-t-il si on interpose entre le sol et la roue une couche granulaire traitée au ciment ?
| L’effet
de répartition de la charge sur le sol support est alors très important. Les contraintes de compression qui sont transmises au sol sont, dans ce cas, relativement faibles.
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Schéma de fonctionnement d'une chaussée constituée d'une couche traitée au ciment reposant sur le sol naturel
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Que se passe-t-il si on interpose entre le sol et la roue une couche granulaire traitée au ciment ?
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Seule cette contrainte de traction est prise en compte pour le dimensionnement. Sous l’action d’une charge, une couche traitée au ciment, donc liée, induit les phénomènes suivants :
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répartition uniforme de la charge sur le sol support. Donc, contraintes de compression sur le sol relativement faibles.
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apparition de deux types de contrainte au sein de la couche liée : 1. 2.
une contrainte de compression dont la valeur est très inférieure à la résistance en compression du matériau. une contrainte de traction par flexion, dont la valeur peut être élevée, qui se manifeste à la base de la couche traitée.
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Que se passe-t-il si on interpose entre le sol et la roue une couche granulaire traitée au ciment ?
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A chaque passage de la charge, la couche traitée travaille à la traction par flexion au niveau de la fibre inférieure ;
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si on répète l’opération un grand nombre de fois, cette couche se fatigue et finit par se fissurer même si les efforts engendrés ne dépassent pas, à chaque fois, la contrainte admissible du matériau. C’est ce qu’on appelle la fatigue sous efforts répétés.
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Que se passe-t-il si on interpose entre le sol et la roue une couche granulaire traitée au ciment ? |
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Le dimensionnement d’une couche traitée au ciment consiste à déterminer son épaisseur pour qu’elle ne se fissure pas sous l’effet des charges répétées. Il convient donc de : a) de déterminer la contrainte à la traction de la couche traitée et s’assurer qu’elle est
inférieure à la contrainte de traction admissible du matériau, b) d’apprécier le comportement à la fatigue de la couche traitée.
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Que se passe-t-il si on interpose entre le sol et la roue une dalle en béton de ciment ?
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Une dalle en béton se différencie en particulier d’une couche traitée par sa forte teneur en ciment.
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Son comportement, sous l’action d’une charge P, est comparable à celui d’une couche granulaire traitée au ciment mais dont les caractéristiques mécaniques seraient beaucoup plus élevées.
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Que se passe-t-il si on interpose entre le sol et la roue une dalle en béton de ciment ?
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Le dimensionnement consiste donc à calculer l’épaisseur de la dalle pour supporter sans se fissurer ou se rompre, la répétition des charges pendant une durée donnée.
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Ceci consiste à : z
z
déterminer la contrainte du béton à la traction par flexion et s’assurer qu’elle est inférieure à la
contrainte de traction admissible du béton, apprécier le comportement à la fatigue de la dalle.
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GRAVE AMELIOREE AU CIMENT (GAC)
CARACTERISTIQUES MECANIQUES : Deux types de grave ciment définis selon la position du couple Et-Rt (à 90 jours) dans le diagramme suivant : - GAC1 : domaine 1 - GAC2 : domaine 2 Et et Rt déterminés sur éprouvettes moulées à 98% OPM à la teneur en eau WOPM ou WOPM-1 (selon étude). www.almohandiss.com
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GRAVE VALORISEE AU CIMENT GVC
Granularité - 0/31,5 et 0/40 type GNC – GND ou - matériaux graveleux de Dmax = 40 avec coefficient d’uniformité Cu = D10/D60 >10 6 < IP < 12
LA < 40 – MDE < 35
Avec règle de compensation de 5 points en respectant LA+MDE < 75.
Caractéristiques mécaniques Une étude de laboratoire doit permettre de vérifier qu’avec des dosages de 2 à 4% de ciment, on obtient : a) Un indice C.B.R à 7 jours (3 jours à l’air + 4 jours immergé) > 100% et / ou b) . Une Rci à 14 jours (10 + 4) > 20 bars et < 50 bars et Rc/Rci > 0,5 Rc conservation 14 jours à l’air. Réalisation En raison des méthodes de réalisation, il convient de prévoir les dosages minima suivants : -mélange sur chantier : 3 % de ciment ; -mélange en centrale : 2 % et aussi 1 % de plus en chantier que sur le dosage déterminé en laboratoire. www.almohandiss.com
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BETON DE CIMENT (Bc – Bm) Granularité : - Dmax < 40 - Fabriqué par classe d/D Dureté : - LA < 40 et MDE < 35 pour TPL6 à TPL4 - LA < 45 et MDE < 40 pour TPL3 à TPL1
avec règle de compensation de 5 points en respectant LA + MDE < 75
Propreté des granulats : -P<2% - Pour les concassés P < 5% si VB < 1g pour 100g SABLES Granularité : - Tolérance sur le module de finesse ± 0.3 % Propreté : - E.S.V > 65 - Si ESV < 65 alors il faut VB < 1g pour 100g de fines. Dureté : - de même origine que granulats - sinon FS < 40 - teneur en éléments coquilliers – fragments de coquillages < 30% www.almohandiss.com
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BETON DE CIMENT (Bc – Bm)
CPJ 45 avec d’autre ajouts
Résistance (Rf à 28 j) :
Consistance, maniabilité : - Affaissement au cône entre 2,5 et 5 cm. www.almohandiss.com
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Les différentes structures de chaussées |
Selon le fonctionnement mécanique de la chaussée, on distingue généralement les trois différents types de structures suivants : • chaussée souples, • chaussées semi-rigides, • chaussées rigides.
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Les chaussées souples
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C’est une structure de chaussée dans laquelle l’ensemble des couches liées qui la constituent, sont traitées aux liants hydrocarbonés. La couche de fondation et/ou la couche de base peuvent être constituées de grave non traitée. Dans le cas d’une chaussée neuve à faible trafic, la structure type est illustrée sur la
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Structure type d'une chaussée souple
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LES DIFFERENTES STRUCTURES
2 – Bitumineuses épaisses
1 - Souples
GNT
GB
GNT
PLATE–FORME
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GB
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Les chaussées semi-rigides
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Elles comportent une couche de surface bitumineuse reposant sur une assise en matériaux traités aux liants hydrauliques disposés en une couche (base) ou deux couches (base et fondation).
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Dans le cas d’une chaussée neuve à faible trafic, la structure-type est illustrée sur la
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Structure type d'une chaussée semi-rigide
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LES DIFFERENTES STRUCTURES 3 – Semi - Rigides
G. Hydr.
G. Hydr.
G. Hydr.
PLATE–FORME
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LES DIFFERENTES STRUCTURES 4 – Mixtes
5 – Inverses GB
GB
GNT
G. Hydr.
G. Hydr.
PLATE–FORME
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Les chaussées rigides
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Une chaussée rigide est constituée d’un revêtement en béton de ciment pervibré ou fluide. En règle générale, une chaussée en béton comporte, à partir du sol, les couches suivantes : • une couche de forme, • une couche de fondation, • une couche de roulement en béton de ciment.
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Les chaussées rigides
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Dans la chaussée rigide, la couche de surface et la couche de base sont confondues.
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Dans le cas d’une chaussée neuve à faible trafic, la couche de fondation n’est pas nécessaire. La dalle en Béton de Ciment peut ainsi être réalisée directement sur l’arase terrassement ou sur la plateforme support de chaussée.
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Structure type d'une chaussée rigide
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LES DIFFERENTES STRUCTURES CHAUSSEES RIGIDES (BETON)
5 – Dalles californiennes
BETON PLATE–FORME
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LES DIFFERENTES STRUCTURES CHAUSSEES RIGIDES (BETON)
6 – Dalles goujonées
BETON PLATE–FORME
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LES DIFFERENTES STRUCTURES CHAUSSEES RIGIDES (BETON)
7 – Béton Armé Continu (BAC)
BETON PLATE–FORME
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Mise en œuvre de la Chaussée béton
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Chaussée béton
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Chaussée béton
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MATERIAUX TRAITES AUX LIANTS HYDRAULIQUES COMPORTEMENT EN FATIGUE
Loi de fatigue σ = 1 − a.log( N ) σ0
b = 1/12 Î σ6 ≅ σ0/2
σt en MPa RF = σ0
a = 1/12
1 0.9 0.9 0.7
σN = 1
RT = σ6
σΝ = 1 Î68% ruptures entre 105 et 107
0.5 0.4 0.3 0.2
1
10
100
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1000
10000 1E+05 1E+06 1E+07
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MATERIAUX TRAITES AUX LIANTS HYDRAULIQUES PERFORMANCES MATERIAU
% LIANT
G. CIMENT 3à4% G. Liant routier 3 à 5% G. CV Lignite 3.5 à 4% G. Laitier-Chaux 8 à 20% G. Pouzz. chaux 15 à 25% G. CV Houille 15 à 25% Chaux Béton Compacté 5 à 12% Béton vibrés 15% SABLES Laitier et Pouzz. Chaux Sables Ciment, CV, Liant Routier
MODULE Mpa
σ6
FATIGUE
23 000
0.75
1/15
15 000 15 000 30 000
0.60
1/12.5
1.40
1/16
28 000 35 000 3 700 à 12 500 5 000 à 17 200
1.85 2.15 0.17 à 0.65 0.20 à 0.75
1/15 1/16 1/10
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PENTE
1/12
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MATERIAUX TRAITES AUX LIANTS HYDRAULIQUES Fissuration de retrait Hivers
G. Hydr. PLATE–FORME
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