Coefficients d'équivalence des matériaux bitumineux à module élevé

La Direction générale de l'aviation civile française a lancé une réflexion pour renouveler sa méthode de dimensionnement des chaussées souples. Une partie de cette étude porte sur les performances et le comportement des matériaux.

La méthode actuellement utilisée définit, dans une première étape, l'épaisseur d'un matériau de référence à mettre en oeuvre pour supporter les charges prévues. Le matériau choisi est une grave concassée, non traitée et bien graduée. Dans une seconde étape du calcul, on transforme cette couche théorique en plusieurs couches réelles, en prenant en compte des coefficients d'équivalence entre les matériaux qui seront mis en place et le matériau de référence.Depuis que ces coefficients ont été déterminés, les fabricants ont sensiblement accru les performances de leurs produits bitumineux. C'est ainsi que sont apparus les bétons bitumineux à module élevé (BBME) pour les couches de roulement et les enrobés à module élevé (EME) pour les couches d'assise. On pouvait attendre de ces produits des économies substantielles grâce à la réduction des épaisseurs de chaussée. Pour permettre aux concepteurs d'intégrer ces matériaux dans leurs projets, il a fallu déterminer leurs coefficients d'équivalence. A cet effet, une expérimentation a été lancée par le Service technique des bases Aériennes (STBA) et trois grandes entreprises de travaux publics françaises : Colas, Entreprise Jean Lebebvre et SCREG.Le choix d'une constitution de chaussée doit permettre d'assurer un rôle à la fois structurel et fonctionnel. Ce rôle ne pouvant être assuré par une couche unique de grave, il lui est substitué en partie supérieure, des couches de matériaux liés offrant un meilleur comportement mécanique.Introduite par les essais américains AASHO, puis développée selon une approche rationnelle par le LCPC, la notion d'épaisseur équivalente permet de tenir compte des qualités mécaniques différentes des matériaux. L'épaisseur équivalente e d'une couche est égale à son épaisseur réelle er multipliée par un coefficient d'équivalence CE caractéristique du matériau constituant la couche. Les valeurs retenues pour les matériaux neufs sont :

béton bitumineux 2
grave bitume 1,5
grave traitée aux liants hydrauliques 1,5
grave émulsion 1,2
grave concassées bien graduée 1
sable traité aux liants hydrauliques 1
grave roulée 0,75
sable 0,5

Expérimentation

Des planches de corps de chaussée constituées de produits spéciaux et une planche de référence formée d'enrobés plus traditionnels, aux caractéristiques connues, ont été construites afin de mener des essais comparatifs. La structure des planches d'essais est la suivante :

Les matériaux testés sont :

La couche de fondation n'est pas représentée sur le schéma ci-dessous:

pl-ess1(47628 octets)

Les 4 associations de produits ont été mises en oeuvre :

N.B : chaque entreprise a fabriqué et mis en oeuvre ses produits spécifiques sur 3 planches d'essais.

La portance de chaque planche d'essai a été déterminée au moyen de la remorque de portance du STAC. Connaissant la portance de la roue simple isolée ou RSI, ainsi que l'épaisseur équivalente de la planche de référence (compte tenu des coefficients d'équivalence des matériaux : 2 pour le BBA, 1.5 pour la grave bitume et 1 pour la GRH), un indice CBR a été déterminé sous la planche de référence (méthode inverse de dimensionnement). Cet indice est étendu à l'ensemble de la plate forme.

A partir de ce CBR et des différentes charges de service mesurées, on déduit l'épaisseur équivalente totale des matériaux liés de chaque planche. Un système d'équations permet de déterminer les coefficients d'équivalence du BBME et de l'EME.

Au terme de cette campagne d'investigations, il apparaît que le coefficient d'équivalence d'un matériau donné est fonction de la couche dans laquelle il est utilisé et de la structure de la chaussée. En conséquence et en considérant que les produits mis en oeuvre correspondent aux spécifications des normes françaises, les coefficients d'équivalence des matériaux à module élevé obtenus sont les suivants :

- 2,5 pour le BBME (classe1 NF P 98.141)

couche de roulement

- 1,9 pour l'EME (classe2 NF P 98.140)

couche de base

Une vérification de ces coefficients a été réalisée par les trois entreprises à partir du logiciel de dimensionnement des chaussées routières ALIZÉ qui utilise la théorie des couches élastiques.

Conclusions

L'étude qui a conduit à déterminer ces nouveaux coefficients d'équivalence s'inscrit dans un programme plus vaste visant à élaborer une nouvelle méthode de dimensionnement qui intégrera mieux les caractéristiques mécaniques des matériaux.

Elle permet de prendre en compte dès à présent les progrès réalisés sur les matériaux bitumineux. Toutefois, ces coefficients ne s'appliquent que si le BBME est utilisé en couche de roulement et l'EME en couche de base.

L'emploi de ces enrobés spéciaux dans la construction de structures neuves ou de renforcement de chaussées aéroportuaires permet ainsi une économie liée aux réductions d'épaisseurs, sous réserve qu'elles respectent les valeurs minimales correspondant aux spécificités aéronautiques.

La détermination des coefficients d'équivalence est délicate: le coefficient d'équivalence de certains matériaux est variable dans la mesure où le module varie lui-même en fonction de certains paramètres physiques (température, fréquence de sollicitations). Les valeurs constantes proposées pour le dimensionnement sont donc en fait des moyennes.

page mise à jour le 31/01/2006