Le Module Complexe et l'Impact du Granulat sur la Prédiction du Module Dynamique des Enrobés Bitumineux. Application aux Dimensionnements Rationnel et Mécanistique-Empirique

Résumé

Dans un contexte marqué par un déficit budgétaire du Fond d’entretien routier Autonome au Sénégal (FERA) et par la raréfaction des granulats routiers, marquée par l’épuisement annoncé de la carrière de basalte à Diack, le dimensionnement de routes durables à moindre coût et la valorisation de nouveaux matériaux du Sénégal sont devenus nécessaires. Parmi les solutions de substitution, le quartzite de Bakel est proposé. Un bon dimensionnement de structure de chaussées passe par une bonne caractérisation du comportement réel des matériaux utilisés. Le dimensionnement rationnel avec ALIZÉ-LCPC, considère tous les matériaux utilisés comme élastiques linéaires et caractérisés par leur module de rigidité et leur coefficient de Poisson. Ce qui constitue un manque de précision dans le dimensionnement, car le comportement des matériaux granulaires est élastique non linéaire, tandis que le comportement des matériaux bitumineux est viscoélastique linéaire à faibles déformations. Pour les matériaux bitumineux, le Pavement M-E comme le logiciel ALIZÉ-LCPC utilise les lois de l’élasticité linéaire. Le comportement viscoélastique des enrobés bitumineux peut être caractérisé par son module complexe E*, les modèles mécaniques ou sa susceptibilité au fluage J(t). Le comportement élastique des enrobés bitumineux est caractérisé par le module dynamique |E*|. Les essais de module complexe se révélant couteux et nécessitant beaucoup de temps, des modèles de prédiction sont utilisés dans le dimensionnement mécanistique-empirique (Modèles de Witczak). Mais aucun des modèles de Witczak ne prend en compte les enrobés bitumineux caractérisés par les tamis métriques ou l’impact du granulat sous son aspect minéralogique et chimique. Dans le but de faire un premier pas dans la prise en compte de ces facteurs dans la compréhension du comportement des enrobés bitumineux, des études ont été effectuées au LCMB de l’ETS à Montréal sur la caractérisation du comportement viscoélastique-linéaire (Essai de module complexe E*) des enrobés bitumineux formulés avec les basaltes de Diack, les quartzites de Bakel et le calcaire de Bandia. Les différents résultats obtenus, complétés par des études déjà effectuées sur la classification approximative des roches en fonction de leur teneur en SiO2, ont permis de calibrer les modèles sigmoïdaux de Witczak et de développer un modèle minéralogique SILICE-ZÊTA. Ce modèle permet en autoévaluation une meilleure prédiction du module dynamique des enrobés bitumineux et d’expliquer leur comportement à travers les variables prédicteurs. Cependant, elle reste à être vérifier avec une base de données indépendante. Ces études ont permis aussi de montrer que les enrobés bitumineux formulés avec les granulats du Sénégal sont des matériaux thermorhéologiquement simples. Le quartzite de Bakel permet de formuler au même titre que le basalte de Diack des enrobés bitumineux conformes aux normes de spécifications en vigueur. Ils ont également une bonne résistance à la fatigue déterminée par la méthode du LCMB, mais ceci reste à être vérifiée dans les conditions d’essai de la norme NF EN1108-1 (10°C, 25Hz). La surestimation de la durée de vie des éprouvettes par le critère de rupture Nf50% sur Nf II/III lors des essais de fatigue, ne semble pas trop affecter les valeurs de la pente (1/b), de la dispersion Sn et du ɛ6. Le comportement viscoélastique des enrobés étudiés est bien représenté par les modèles analogiques «avancés». En comparaison au dimensionnement viscoélastique des couches bitumineuses, le dimensionnement élastique surestime l’orniérage au sommet du sol support, sous-estime la déformation longitudinale et la déformation transversale de la couche bitumineuse et rend sensiblement bien compte de la déflexion de la chaussé. Les faibles vitesses de circulation entrainent une amplification de la déformation transversale. Les modèles de Witczak de prédiction du module dynamique peuvent être utilisés pour les enrobés bitumineux à granulométrie caractérisée par les tamis métriques par remplacement et optimisation des tamis U.S.

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