Endommagement d'un enrobé bitumineux partiellement saturé en eau ou en saumure soumis à des sollicitations cycliques de gel-dégel et mécaniques

Au Québec, lors de la période de gel et dégel, l’enrobé bitumineux, constituant le revêtement de la chaussée, est soumis à des conditions sévères qui le dégrade. Ces conditions sont : 1) précipitations de pluie et fontes de neige générant une saturation partielle du matériau, 2) entretien hivernal nécessitant la présence de sel déverglaçant et sollicitant chimiquement le matériau, 3) passages de véhicule lourd sollicitant mécaniquement le matériau, et 4) variations de températures et présence de cycles de gel-dégel engendrant la création de contrainte et de déformation de nature thermique (couplage thermomécanique) et de pressions internes au sein du matériau lors de la congélation de l’eau ou des saumures.
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\nÀ cet effet, la revue de la littérature porte sur l’étude des conditions sévères (sollicitations mécaniques, climatiques et chimiques), des caractéristiques physiques de l’enrobé qui affectent sa durabilité, ses comportements mécaniques (viscoélastique linéaire et en fatigue) et thermomécaniques (coefficient de dilatation-contraction thermique).
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\nNotamment, un programme expérimental de laboratoire a été réalisé en vue de vérifier l’influence de ces conditions sévères sur la dégradation et le comportement de l’enrobé.
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\nPremièrement, des essais thermiques (-18 à +23°C), incluant des cycles de gel et dégel (-18 à +10°C), ont été réalisés sur des éprouvettes d’enrobé à l’état sec et partiellement saturé en eau ou en saumures. Les éprouvettes sont instrumentées d’une jauge axiale et de deux thermocouples. Lors des cycles de gel et dégel (-18 à +10°C), l’éprouvette partiellement saturée en eau, comparativement à celles partiellement saturées en saumures, est soumise à des dilatations et des contractions nettement plus importantes générées par la formation et la fonte de la glace. De +10 à +23°C, les coefficients de dilatation linéique des éprouvettes partiellement saturées sont assez similaires, mais supérieurs à celui de l’enrobé à l’état sec, ce qui implique que l’enrobé partiellement saturé se contracte et se dilate un peu plus que celui à l’état sec à ces températures.
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\nDeuxièmement, les éprouvettes ont été soumises à des essais mécaniques, de module complexe, afin d’évaluer l’évolution de leur endommagement suite aux cycles de gel et dégel. Les résultats des essais et du modèle rhéologique 2S2P1D ont été utilisés afin de simuler le comportement de l’enrobé selon les divers états. Au fil des cycles de gel et dégel, un endommagement est observable pour l’ensemble des éprouvettes, mais nettement supérieur pour l’éprouvette partiellement saturée en eau. De plus, pour les éprouvettes partiellement saturées, un comportement distinct est observable en dessous et au dessus de la température de solidification des liquides.
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\nPour terminer, l’étude du comportement à la fatigue de l’enrobé suivant l’état sec et partiellement saturé en eau est réalisée. À +10°C et 10Hz, seules des diminutions légères ont été observées au niveau du module (3%) et de la résistance à la fatigue (ε6 de 105 vs 109μm/m) pour l’enrobé partiellement saturé en eau. Ces faibles diminutions sont attribuables à la faible période d’immersion des éprouvettes d’enrobé dans l’eau, à la faible température de l’eau et de l’essai, à la faible teneur en vides des éprouvettes, au bitume modifié et aux granulats de qualité utilisés.

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