Évaluation de la portance

Les caractéristiques structurelles d'une chaussée peuvent être appréhendées à l'aide de la remorque de portance développé par le STAC. 

Cette remorque permet une auscultation lourde, et a pour principe d'appliquer sur la chaussée à l'aide d'un vérin, une charge comparable à celle d'une roue d'avion. Cette mesure permet d'analyser la réponse de cette chaussée sous l'application répétée de cette charge. La charge admissible de la chaussée à l'endroit de la mesure se déduit directement après traitement des résultats obtenus.

Description des essais de plaque

La remorque de portance est constituée :

Cas d'une chaussée souple

L'essai de plaque sur une chaussée souple a pour but de caractériser le comportement à la fatigue du complexe constitué par la chaussée et son sol support en déterminant la charge de service qui, appliquée 10000 fois* à la surface de la chaussée, provoquerait un tassement limite estimé admissible.

La chaussée est soumise à des cycles de chargement et de déchargement sous des charges croissantes choisies de façon à encadrer la valeur supposée de la charge de service. De nombreuses expérimentations ont montré que la déformation résiduelle après déchargement croissait à peu près linéairement avec le logarithme du nombre d'applications.

Cette loi est ici utilisée pour calculer la valeur du tassement après 10000 cycles à partir de celui mesuré à l'issue des 10 premiers. La courbe donnant le tassement résiduel après 10000 cycles en fonction des charges d'essais peut alors être tracée.

Selon l'allure de cette courbe et la constitution de la chaussée, une valeur de tassement résiduel maximal est choisie, ce qui permet de déterminer sur la courbe la valeur de la charge de service à l'emplacement de l'essai.

Mode opératoire

Le diamètre de la plaque d'essai est choisi de façon que la pression moyenne appliquée à la chaussée reste dans le domaine des pressions habituelles des pneumatiques des avions fréquentant l'aérodrome. Ainsi les diamètres de 42 cm et 65 cm sont-ils en général respectivement retenus pour les charges inférieures à 20 t et pour celles comprises entre 20 et 50 t.

Cinq capteurs sont fixés sur une poutre de référence de façon à mesurer les déformations de la chaussée sur une longueur telle que puisse être définie l'allure de la cuvette de déflexion (un capteur de référence au travers de la plaque et quatre capteurs disposés à intervalles réguliers).

Les charges d'essai font chacune l'objet de dix cycles d'application, la première étant choisie sensiblement en dessous de la valeur supposée de la charge de service.

Les suivantes sont définies en fonction des tassements obtenus avec les charges précédentes.

Il suffit généralement de trois ou quatre séries de dix cycles d'application, dont la plage recouvre de manière croissante la charge de service supposée, pour que le traitement des résultats permette de fixer la valeur à retenir pour celle-ci.

Exploitation des mesures

L'évolution des tassements résiduels mesurés sous la plaque au cours de chaque cycle permet de déterminer, pour la charge correspondant à chacun d'eux, le tassement résiduel extrapolé à 10 000 applications. 

La charge admissible pour le point considéré, ou charge de service, est la valeur correspondant à un tassement résiduel limite estimé admissible. Cette valeur est choisie entre 2,5 et 5,0 mm en fonction du caractère plus ou moins adapté du schéma théorique retenu pour les structures souples à la chaussée considérée et selon les indications données par certains paramètres tels que l'âge et l'état apparent de la chaussée ou le produit R3d du rayon de courbure R de la cuvette de déformation sous le premier capteur par la déflexion d mesurée sous charge.

La charge de service Ps correspondant à une zone homogène est généralement prise comme étant la moyenne P des valeurs obtenues au cours des essais de plaque diminuée de l'écart type d ()

Les mesures d'identification in situ et en laboratoire fournissent les caractéristiques :

Déduites de cette identification, les valeurs des coefficients d'é quivalence des différentes couches sont adaptées en fonction de l'état et de l'âge de la chaussée. La méthode de caractérisation de chaque zone homogène consiste alors à comparer la charge de service provenant des essais de chargement de plaque (et par suite associée à la valeur du tassement résiduel choisi) et celle donnée par la méthode inverse de dimensionnement (associée aux coefficients estimés d'équivalence des couches de chaussée et à l'indice CBR du sol support).Lorsque ces valeurs sont voisines, la zone homogène est caractérisée par :

Cas d'une chaussée rigide

Objectif et principe de l'essai

capteurs (291261 octets)

L'essai de plaque sur une chaussée rigide a pour but de déterminer la charge de service provoquant la contrainte maximale admissible de traction par flexion en un point de la dalle de béton où elle peut être mesurée.

Les dalles testées sont chargées en coin de manière à ce que les contraintes de traction par flexion se développent sur leur face supérieure. Seules naturellement ont valeur de test les dalles non fissurées dans cette zone.

La contrainte maximale étant alors située sur la bissectrice de l'angle du coin de dalle, le principe de l'essai consiste à disposer une série de capteurs sur cette bissectrice afin de déterminer, pour chaque essai de chargement, l'élongation maximale correspondant elle-même à la contrainte maximale de traction dans le béton.

Mode opératoire

La pression d'application ayant peu d'influence sur les résultats pour les chaussées rigides, seule la plaque de 42 cm de diamètre est utilisée. Cinq capteurs d'élongation sont disposés sur la bissectrice de l'angle du coin chargé, au droit duquel ils sont associés à un capteur de déflexion. Placés sur les trois autres coins des dalles adjacentes, trois autres capteurs de déflexion complètent le dispositif afin d'évaluer la qualité des transferts de charge.

Les quatre capteurs de déflexion sont fixés à une poutre de référence dont les appuis sont suffisamment éloignés du point d'application de la charge. Un préchargement comprenant un ou deux cycles à 5 t est tout d'abord réalisé pour caler les zéros des capteurs d'élongation et connaître la réponse de la dalle.

Les séries de cycles de chargements à des charges croissantes par pas fixe (pouvant varier de 5 à 10 t) sont ensuite réalisées à partir d'une valeur initiale déterminée par le préchargement.

Chaque charge fait l'objet de quatre cycles afin de stabiliser la valeur de l'élongation sous chacun des capteurs. L'essai est normalement arrêté lorsque l'élongation maximale relative de la surface du béton atteint 100.10-6, de façon à éviter toute rupture de dalle. Est également mesurée, pour chaque cycle de charge, la déflexion au coin de la dalle testée, dont l'ensemble des valeurs sera aussi exploité.

Évaluation des transferts de charges

Les capteurs de déflexion disposés en coins permettent d'apprécier les conditions de transferts de charge et d'appui des dalles.

L'indice de transfert de charge pour le coin chargé est égal au rapport entre la déflexion mesurée sur ce dernier et la somme des quatre déflexions mesurées. Il varie par suite entre 1 (absence de transfert de charge) et 0,25 (parfait transfert de charge).

Il y a lieu toutefois de noter qu'il est important que les essais soient réalisés dans des conditions de températures représentatives des plus mauvais transferts de charge entre dalles. Ainsi ces essais peuvent-ils, indépendamment de la disponibilité de l'aire de manoeuvre, être préférentiellement réalisés de nuit afin d'éviter l'autoblocage des dalles qui se dilatent pendant le jour sous l'effet d'une température plus élevée.

Exploitation des mesures

Les capteurs permettent de mesurer, pour chaque série de chargement, plusieurs élongations sur la bissectrice de l'angle du coin chargé, entre lesquelles une fonction d'ajustement permet de déterminer la valeur maximale atteinte sur cette même bissectrice.

Il est donc possible d'étudier l'évolution de cette élongation maximale en fonction de la charge.

La charge admissible Pa résultera de la comparaison des deux charges suivantes:

Charge résultant des essais de plaque en coins de dalle : PC

La charge de service résultant des essais de plaque est ici la moyenne P diminuée de l'écart type () de la plus faible des deux séries de charges correspondant respectivement à :

Rappelons que la contrainte admissible sa est liée, par l'intermédiaire d'un coefficient de sécurité CS à la contrainte sr de rupture du béton, par traction à la flexion, mesurée par le laboratoire :

et que ce coefficient de sécurité dépend du type des dispositifs de transfert de charge et de leur qualité. Il varie ainsi entre 1,8 (pour les joints munis de transfert de charge efficace) et 2,6 (dans le cas contraire). Compte tenu de la difficulté à apprécier la valeur à lui donner, ce coefficient sera, dans un premier temps, pris égal à 1,8.

Charge résultant du dimensionnement inverse : PM

Cette charge Pm est déterminée moyennant la connaissance :

Charges admissibles

La comparaison de Pc et de Pm conduit à considérer trois cas, à savoir :

Cas d'une chaussée composite

Une chaussée composite est une chaussée rigide qui a été renforcée par des matériaux traités aux liants hydrocarbonés.

La charge admissible Pa pour une roue simple isolée est en général la moyenne P des valeurs obtenues au cours des essais de plaque (mode opératoire des chaussées souples), diminuée de l'écart type ( ).

Les mesures et identifications in situ et en laboratoire fournissent les caractéristiques du sol support dont son module de réaction.

Lorsque les dalles de béton sont en bon état, le couple béton bitumineux - béton de ciment est assimilé à une dalle en béton de ciment dont l'épaisseur ht est déduite de la formule e = 3,75 (F.ht - h), dans laquelle

Lorsque par contre l'épaisseur équivalente des matériaux hydrocarbonés de renforcement est supérieure à 25 cm - et dénote par suite une dégradation prononcée de l'ancienne chaussée en béton, la chaussée est considérée comme souple et est caractérisée selon les dispositions des chaussées souples.


page mise à jour le 31 janvier 2006