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Étude comparative de l’impact des pneus à bande larges et des pneus jumelés sur
l’interaction véhicule-route
Par
DÉPARTEMENT DE GÉNIE CIVIL
Groupe de recherche en ingénierie des chaussées
Janvier 2009
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RÉSUMÉ
Les routes se doivent d’assurer le déplacement sécuritaire et confortable des
usagers malgré les agressions variables et complexes du climat et du trafic.
L’objectif principal de l’étude est de déterminer si le changement des pneus
jumelés par des pneus à bande large a un impact significatif sur les
déformations engendrées dans la structure de plusieurs types de chaussée
souples, dans différentes conditions climatiques. Un site expérimental constitué
de quatre planches d’essais est instrumenté. Des carottes d’asphaltes,
conditionnées puis instrumentées par des jauges à fibres optiques, sont
installées sur chaque section. Cette méthode innovante permet de renvoyer avec
précision les déformations s’appliquant au bas et près de la surface de la couche
d’asphalte. Il résulte des expériences que le changement pour des pneus à
bande larges augmente l’endommage au niveau de la fibre inférieure de 14% à
20% dépendamment de la saison mais qu’il diminue ce dernier de 20% proche
de la surface. Il apparait que des phénomènes autres que la simple mise en
tension de la fibre inférieure de la couche d’asphalte entrent en ligne de compte
dans le schéma complexe de sollicitation en fatigue de la structure de chaussée.
Mots clés
Chaussée souple, instrumentation, jauge de déformation, fibre optique, charges
lourdes, climat, fatigue, pneu jumelé, pneu à bande large, déformation
longitudinale, déformation transversale, bassin de déformation.
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ABSTRACT
Pavement structures must perform to a certain level in order to ensure user’s
safety and comfort despite complex and variable aggressions from climate and
traffic. This study objective is to determine if changing conventional dual tires to
wide tires may impact significantly strains in various flexible pavement
structures for different seasons. This research is performed on an experimental
site composed of four test sections. For each test section, asphalt concrete
cores instrumented with optic fibre gauges are installed within the asphalt
concrete pavement layer. This is an innovative technique which allows
measuring strains in the upper part of the asphalt layer, but also at its bottom.
It is found that the use of wide tires causes an increase of the damage of about
14 to 20% at the bottom of the asphalt concrete layer depending on the season
but causes a decrease of the damage of about 20% near the surface. It appears
that other processes may be involved in the complex tensile strain development
phenomena associated with fatigue of pavement structures.
Keywords Flexible pavements, instrumentation, strain gauges, optic fibre, heavy wheel
load, climate, fatigue, dual tires, wide tires, longitudinal strain, transverse strain,
strain basin.
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REMERCIEMENTS
Les auteurs désirent remercier toute l’équipe qui a contribué au bon
déroulement des différentes phases expérimentales de ce projet notamment LE
FERIC, pour son active participation par l’intermédiaire de Messieurs Steve
Mercier et Mathieu Careau, le Réseau de Transport en Commun du Québec
(RTC), les étudiants à la maîtrise de l’Université Laval, messieurs Romain Marcel
et Laurent Hausswirth, ainsi l’équipe technique du GRINCH, Monsieur Christian
Juneau, de même que l’agréable collaboration des chauffeurs des entreprises de
transport Daniel Tardif et le Centre de développement des transports de
Transports Canada, pour son soutien et ses conseils.
Équipe de recherche Guy Doré, ing. Ph.D, Chef de projet
Jérôme Fachon, ing, ingénieur de recherche
Damien Grellet, étudiant à la Maîtrise
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SOMMAIRE
Les routes ont un rôle majeur dans le développement économique et social d’une
région. Elles subissent l’agression de plusieurs agents, dont le climat et les charges
lourdes du trafic, qui endommagent la chaussée. Elles se doivent cependant de posséder
une bonne résistance en fatigue et de conserver une capacité structurale et fonctionnelle
suffisante pour assurer un déplacement sécuritaire et confortable pour les usagers.
L’agressivité du trafic est variable au cours d’une année. C’est au cours du dégel que la
situation est la plus nuisible car l’accumulation d’eau dans la structure entraine une
perte de capacité structurale de la route et les dommages journaliers s’intensifient. La
législation impose des restrictions sur la charge maximale admissible qui entrainent une
perte de productivité de l’ordre de 40 millions pour le camionnage. En milieu urbain, les
endommagements causés par le transport en commun sont aussi conséquents. La
réhabilitation de toutes ces structures est couteuse. Plusieurs approches visant à
augmenter la résistance aux charges lourdes et au climat ont été envisagés. L’une d’elle
serait de modifier les caractéristiques des charges s’appliquant sur la chaussée. L’étude
présentée à pour objectif de déterminer si le changement des pneus jumelés par des
pneus à bande large a un impact significatif sur les déformations engendrées dans la
structure de plusieurs types de chaussée souples, dans différentes conditions
climatiques. La mise en avant d’une configuration de pneu, entraînant une diminution
significative des déformations, sur une chaussée donnée, permettrait une plus grande
souplesse dans les charges transportées par camionnage. Les modifications sur les
véhicules de transport limiteraient ainsi les endommagements sur les chaussées et une
baisse des dépenses associées à la réhabilitation des voix. Une utilisation pour des
véhicules spéciaux (grue…) ou pour une circulation hors route (chantier en construction)
pourrait s’avérer la aussi bénéfique.
Afin de mesurer les déformations de traction et de compression s’exerçant dans
la couche d’asphalte, des jauges de déformation ont été placées à la base et proche de
la surface de celle-ci. Cette méthode innovante permet de recueillir des valeurs
conformes aux prédictions théoriques. Au printemps les conditions climatiques sont
optimales pour évaluer l’effet du changement en période de dégel. Toutes ces données
ont été complétées par celles recueillies lors de la campagne d’essais estivale et une
analyse plus détaillée des phénomènes s’exerçants dans la structure est possible.
Le site expérimental est constitué de quatre planches d’essais sur lesquelles
l’épaisseur d’asphalte va être respectivement de 200mm, 100mm, 50mm et un enduit
de surface. Chaque section est instrumentée par des jauges de teneurs en eaux multi
niveaux, une jauge de température pour la couche d’asphalte et un déflectomètre. Des
jauges à fibres optiques sont disposées en croisillon au niveau de la fibre inférieure et
supérieure de la couche d’asphalte (à l’exception de la section avec l’enduit superficiel).
Ces jauges sont disposées sur des carottes d’asphaltes conditionnées à cet effet. Après
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calibrage et mise en place sur site des carottes, la mesure transversale et longitudinale
des déformations est possible par l’intermédiaire d’un conditionneur de signal.
Pour reproduire des conditions réelles d’utilisation un camion forestier à été
chargé par des billes de bois. Le camion, équipé dans un premier temps par des pneus
jumelés, est testé sur les différentes sections avec une pression de pneu chaque essieu
de 100 Psi. Par la suite le camion forestier est équipé avec des pneus à bandes larges.
Afin de réduire au maximum les perturbations extérieures, du matériel auxiliaire permet
de maintenir la température de la chaussée constante et de s’assurer de la distance de
passage du pneu sur les jauges. Des études antérieures ont mis en avant l’influence
importante de cette distance de passage sur les amplitudes des signaux. Ces pourquoi
un passage n’est valide que lorsque la vitesse du véhicule est de 30 km/h et que l’arrête
du pneu se situe dans un offset de ± 50mm par rapport au centre de la jauge.
L’influence des paramètres seront quantifié en relevant pour chaque série l’amplitude
des déformations de chaque roue pour le tridem du camion. Entre deux séries une seule
variable sera modifiée (épaisseur de l’asphalte, chargement, type de pneu). Le
pourcentage des écarts mesurés entre deux séries est calculé pour chaque jauge.
Les résultats préliminaires de l’étude mettent en avant que la réponse de
l’instrumentation est très fiable et fidèle. Les résultats donnent que les pneus jumelées
engendrent moins de déformations en bas de la couche d’asphalte. Ces constatations
sont valables quelque soit l’épaisseur d’asphalte étudiée au printemps comme à l’été. Il
apparait cependant que l’agressivité relative des pneus à bandes larges vis-à-vis des
pneus jumelés est d’autant plus marquée pour la période estivale avec une différence de
21% contre 14% au printemps. Il ressort aussi des résultats que le climat aurait d’autant
plus d’influence sur la section 50 mm puisque entre la période de dégel et l’été les
pourcentages passent de 9% à 22%. Toutes ces moyennes sont issues d’une analyse
statistique effectuée sur plusieurs passages et des écarts types sont mesurés pour
chaque moyenne. Il est ressort que plusieurs études présentent des écarts types
pouvant aller jusqu'à 20% ce qui se traduit par un écartement marqué des points. Ces
écarts s’expliquent par la grande sensibilité des amplitudes des signaux par rapports à
la distance de passage de la roue. Cette sensibilité est observable sur les bassins
longitudinaux et transversaux des déformations. Ces bassins de déformations ont aussi
mis en avant des zones plus sensibles que d’autre à la configuration des pneus. Il
apparait que des phénomènes autres que la simple mise en tension de la fibre inférieure
de la couche d’asphalte entrent en ligne de compte dans le schéma complexe de
sollicitation de la structure de chaussée. En effet les analyses des jauges situées près de
la surface rapportent que les pneus à bandes larges présentent de plus faibles
déformations dans la chaussée que les pneus jumelés. Cette différence est de l’ordre de
20%.
La déformation de la fibre inférieure de la couche d'asphalte influe directement
sur la durée de vie de la structure de chaussée. Des valeurs courantes de déformations
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relevées au bas de la structure d'asphalte ont été prises. Ces mêmes déformations ont
été envisagées, mais avec des baisses homogènes aux différents gains enregistrés, suite
aux changements de pneus. La durée de vie de la structure de chaussée est alors
multipliée par deux. Toutes ces constatations ne sont valables que pour la résistance en
fatigue de la couche d'asphalte au niveau de sa fibre inférieure. Cependant, il faut
prendre en compte que des dégradations majeures sont aussi provoquées par les efforts
en surface. Les pneus jumelés seraient donc moins dommageables pour la fibre
inférieure mais solliciteraient bien plus la fibre en surface que les pneus à bandes larges
L’analyse spécifique de ces phénomènes ne pourraient être mis en évidence qu'au
travers d'études spécifiques centrées sur ces effets.
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EXECUTIVE SUMMARY
Pavements are essential structures for a province social and economic
development. They are submitted to numerous stresses from traffic and climate which
unavoidably causes their deterioration through time. These structures must be fatigue
cracking resistant and must keep structural adequacy to ensure safe and comfortable
user’s displacements. Traffic stresses are variable throughout a year. In northern
countries, thaw period is the most critical because water accumulation in the pavement
structures weakens pavement materials and causes an increase in the deterioration rate.
The transport legislation in thaw period restrains admissible maximum loads, which
causes a net productivity loss of about 40 million dollars for the trucking industry. In the
urban context, pavement damages caused by bus are also of a great concern. Pavement
rehabilitation in both rural and urban context is costly. Many approaches have been
proposed in order to increase pavement structures resistance to heavy loads and climate
stresses. One of these would be to modify load characteristics applied on the pavement
surface course. This study objective is to determine if changing conventional dual tires
to wide tire impacts significantly the strains in various flexible pavement structures for
various seasons. The identification of a particular tire configuration, which would allow a
strain decrease for a given pavement structure, would allow to loosen the load
restrictions imposed to trucking industry. These changes to transportation vehicles
would decrease pavement damages and rehabilitation costs. It can also be expected that
the findings could be extended to special vehicles (cranes) and to off-road (construction
sites) applications.
In order to measure tensile and compression strains in the asphalt concrete
layer, strain gauges were used at the bottom and near the surface of that layer. This is
an innovative technique which allows obtaining strain values close to computed
theoretical values. During spring time, optimal climatic conditions are encountered for
the measurement of tire configuration effect in thawing period. The spring period data,
in combination of summer time data, allow performing a detailed and complete analysis
of the phenomena experienced in the pavement structure.
The experimental site is composed of four test sections which are differenced
from their asphalt concrete layer thickness (200 mm, 100 mm, 50 mm and surface
treatment). Each test section is instrumented with multi-depth water content gauges,
temperature gauge for the surface course layer and multi-depth deflectometer. Optic
fibre gauges are positioned in a perpendicular crossing pattern at the bottom and near
the surface of the asphalt concrete layer (surface treated section being an exception).
The gauges are installed on asphalt concrete cores specially trimmed for this
application. After the gauges installation and on site calibration, it is possible to
measure transverse and longitudinal strains with the use of a signal conditioner.
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In order to reproduce realistic loading conditions, a forest truck loaded with
wood logs is used. Firstly, tests are performed using the truck equipped with dual tires
inflated at 100 psi. Afterwards, wide tires are mounted on the forest truck. The asphalt
concrete layer temperature is kept at near constant temperature between each truck
passage with a heating/refrigerating blanket connected to thermal baths. In addition,
special guides are installed on the truck to ensure minimum variability in the truck
position according to the cores and gauges. In fact, previous studies clearly showed the
importance on the signal amplitude of the tire position according to the cores and the
gauges. For this reason, a valid measure consists of a truck velocity of 30 km/h and a
tire edge positioned at ±50 mm according to the gauges center. The influence of the
considered parameters will be quantified for each series of tests by the strain
amplitudes of each tridem wheel. Between each series of tests, only one studied variable
is modified (asphalt concrete thickness, load, tires type). In the end, the differences
measured expressed in percentages between two series of tests for each gauge are the
main variables used for the analysis.
The preliminary results demonstrate the instrumentation efficiency and fidelity. It
is found that the use of dual tires decreases the strain at the bottom of the asphalt
concrete layer, both in summer and spring and for each asphalt concrete thickness. The
results also suggest that the wide tires relative damage is more pronounced in summer
(21%) than in spring (14%). In addition, the data suggests that climate has also a
significant impact, particularly on the 50 mm thick section, since the percentages grow
from 9% to 22% from spring tests to summer tests for the dual tires. These mean values
are obtained from a statistical analysis performed on several truck passages and
standard deviations are computed for each mean value. Many studies presented results
with standard deviation reaching 20% which explains a pronounced difference between
measurements. These differences are explained by the signal amplitude high sensitivity
to tire position according to the strain gauges. This sensitivity is noticed on transverse
and longitudinal strain basins. These basins also allow identifying zones which are more
sensitive to tire configuration. It appears that tensile strains at the bottom of the asphalt
concrete layer may not explain the entire mechanical phenomenon and that other
processes may be involved in the complex solicitation scheme experienced within the
pavement structures. As a matter of fact, the analysis performed on the gauges
positioned near the core’s surface shows that wide tires caused lower strain (about 20%)
than dual tires.
The strains measured on the bottom gauges should be directly related to the
pavement structure life. Considering the results obtained and the differences measured
expressed in percentages between the two tire configurations, pavement structure life is
doubled for typical strain values at the bottom of the asphalt concrete layer. These
observations are valid only for fatigue resistance at the bottom of the asphalt concrete
layer. However, significant material deterioration may exist near the surface. At this
extent, the results suggest that dual tires cause less damage at the bottom of the
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asphalt concrete layer, but also cause more damage near the surface than wide tires.
The phenomena involved in these findings may only be identified and explained through
a specific study focused on these particular effects.
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TABLE DES MATIÈRES TABLE DES MATIERES .............................................................................................................................. XI
TABLE DES ILLUSTRATIONS : .................................................................................................................. XIII
TABLE DES TABLEAUX : ......................................................................................................................... XIV
INTRODUCTION ........................................................................................................................................ 1
1. ÉTAT DES CONNAISSANCES .............................................................................................................. 2
1.1 ANALYSE DES ENDOMMAGEMENTS PAR FATIGUE DES CHAUSSEES FLEXIBLES.................................................... 2 1.2 EFFET DE LA VITESSE DU VEHICULE .......................................................................................................... 4 1.3 ÉVALUATION DE LA PRESSION DANS LES PNEUS ET CONSEQUENCE SUR LA CHAUSSEE. ........................................ 5 1.4 REPARTITION DES CONTRAINTES AU NIVEAU DE L’INTERACTION CHAUSSEE-PNEU. ............................................. 7 1.5 INFLUENCE DE L’EPAISSEUR D’ASPHALTE. ................................................................................................. 7 1.6 INFLUENCE DE LA PRESSION DES PNEUS ET DU TYPE DE PNEU ....................................................................... 8
2. PRESENTATION GENERALE ............................................................................................................... 8
2.1 LE SITE EXPERIMENTAL ......................................................................................................................... 8 2.2 L’INSTRUMENTATION ........................................................................................................................... 9
2.2.1 Instrumentation de chaque section ........................................................................................... 9 2.2.2 Jauges à fibre optique .............................................................................................................. 11 2.2.3 Déflectomètre .......................................................................................................................... 14 2.2.4 Capteur de teneur en eau et de température .......................................................................... 15 2.2.5 Capteur de teneur en eau multi niveau ................................................................................... 15
2.3 LE MATERIEL AUXILIAIRE ..................................................................................................................... 16 2.4 LE VEHICULE ..................................................................................................................................... 18
3. PROTOCOLE EXPERIMENTAL .......................................................................................................... 19
3.1 LA MATRICE D’ESSAIS ......................................................................................................................... 19 3.1.1 Essais de printemps ................................................................................................................. 19 3.1.2 Les essais de l’été ..................................................................................................................... 19
3.2 LES PRISES DE MESURES ...................................................................................................................... 20
4. ANALYSE DES DONNEES ................................................................................................................. 20
4.1 NOTATION ET EXEMPLE DE RESULTATS ................................................................................................... 20 4.2 VERACITE DES RESULTATS.................................................................................................................... 22
4.2.1 Comparaison des résultats de deux jauges consécutives ........................................................ 22 4.2.2 Comparaison des résultats de trois passages valides .............................................................. 25 4.2.3 Particularité des jauges transversales ..................................................................................... 26 4.2.4 Relevé des variations de température ..................................................................................... 27 4.2.5 Relevé des variations de teneur en eau ................................................................................... 27
4.3 CONCLUSION .................................................................................................................................... 28 4.4 EMPREINTE DES PNEUS ....................................................................................................................... 28
5. EFFET DU TYPE DE PNEU ................................................................................................................ 29
5.1 METHODOLOGIE ............................................................................................................................... 29 5.2 RESULTATS DES ESSAIS ....................................................................................................................... 31
5.2.1 Essais de printemps ................................................................................................................. 31 5.2.2 Essais à l’été ............................................................................................................................. 32 5.2.3 Synthèse des résultats ............................................................................................................. 33 5.2.4 Jauge en haut de couche.......................................................................................................... 36 5.2.5 Étude de la déflection section 50 mm et enduit ....................................................................... 36
5.3 CONSEQUENCE SUR LA DUREE DE VIE DES CHAUSSEES ............................................................................... 38
xii
6. ANALYSE DE LA DISTRIBUTION DES DEFORMATIONS ..................................................................... 39
6.1 JAUGE EN FOND DE COUCHE ................................................................................................................ 39 6.1.1 Jauge longitudinale .................................................................................................................. 39 6.1.2 Jauge transversale ................................................................................................................... 41 6.1.3 Conclusion ................................................................................................................................ 43
6.2 JAUGE EN HAUT DE COUCHE ................................................................................................................ 43 6.2.1 Jauge longitudinale .................................................................................................................. 43 6.2.2 Jauge transversale ................................................................................................................... 44
7. ANALYSE FUTURE .......................................................................................................................... 45
8. CONCLUSION ................................................................................................................................. 46
REFERENCE ............................................................................................................................................. 47
ANNEXE A. ................................................................................................................................................... 48 ANNEXE B. ................................................................................................................................................... 50 ANNEXE C. ................................................................................................................................................... 51 ANNEXE D. ................................................................................................................................................... 52 ANNEXE E. .................................................................................................................................................... 53 ANNEXE F. .................................................................................................................................................... 55 ANNEXE G. ................................................................................................................................................... 56
xiii
TABLE DES ILLUSTRATIONS : FIGURE 1: REPONSE D'UNE CHAUSSEE FLEXIBLE SOUS UN ETAT DE CHARGEMENT UNIFORME, ENGENDRANT DES DEFORMATIONS
DE TRACTION (T), DE COMPRESSION (C), ET DES DEFORMATIONS VERTICALES (Z) (O.OWENDE,2001) ........................... 3 FIGURE 2: INFLUENCE DE LA TEMPERATURE ET DES CONFIGURATIONS DE CAMION SUR LA CHAUSSEE ..................................... 3 FIGURE 3: FISSURATION PAR LE HAUT DE GRANDE SEVERITE .......................................................................................... 4 FIGURE 4: VARIATION DES DEFORMATIONS LONGITUDINALES POUR UN CAMION EQUIPE DE PNEU A BANDE LARGE ................... 5 FIGURE 5: EXEMPLE DE VARIATION DE L'AIRE DE CONTACT EN FONCTION DE LA PRESSION (O.OWENDE,2001) ....................... 5 FIGURE 6: MECANISME DE TRANSFERT DE CHARGE (BALADI, 2003) ............................................................................... 6 FIGURE 7: MODELISATION DES CONTRAINTES VERTICALES SOUS UN PNEU A BANDE LARGE BRIDGESTONE ............................... 6 FIGURE 8: EFFORT AU NIVEAU DE L'INTERACTION PNEU-CHAUSSEE (BALADI, 2003) .......................................................... 7 FIGURE 9: AMPLITUDE DES DEFORMATIONS LONGITUDINALES EN FONCTION DE L'EPAISSEUR D'ASPHALTE .............................. 7 FIGURE 10 : PROFIL LONGITUDINAL DU SECTEUR D’ESSAI AVL ....................................................................................... 9 FIGURE 11 : SCHEMA DE PRINCIPE DE POSITIONNEMENT DES JAUGES DE MESURE ............................................................ 10 FIGURE 12: PHOTOGRAPHIE DE L'INSTRUMENTATION DE LA SECTION 50 MM ................................................................. 10 FIGURE 13: PREPARATION DES CAROTTES ................................................................................................................ 11 FIGURE 14: POSE DES JAUGES SUR LES CAROTTES ...................................................................................................... 11 FIGURE 15: JAUGE DE DEFORMATION DE 100 MM ET 200 MM DE HAUTEUR ................................................................. 12 FIGURE 16: CAROTTE DE 50 MM EN COURS DE CALIBRAGE ......................................................................................... 12 FIGURE 17: PRESENTATION DU BANC DE CALIBRAGE .................................................................................................. 12 FIGURE 18: COURBE TYPIQUE DE CALIBRAGE DES JAUGES ........................................................................................... 13 FIGURE 19: MISE EN PLACE DES CAPTEURS PAR CAROTTAGE ........................................................................................ 13 FIGURE 20: SCHEMA DU CYLINDRE D’ASPHALTE INSTRUMENTE SUR DEUX NIVEAUX. ......................................................... 14 FIGURE 21: DISPOSITION DES JAUGES APRES MISE EN PLACE ........................................................................................ 14 FIGURE 22: DEFLECTOMETRE IMPLANTE SOUS LA COUCHE ASPHALTE. ........................................................................... 15 FIGURE 23: CAPTEUR DE TENEUR ET EAU ET DE TEMPERATURE .................................................................................... 15 FIGURE 24: CAPTEUR DE TENEUR EN EAU MULTI NIVEAU ............................................................................................ 16 FIGURE 25: UTILISATION D'UNE COUVERTURE THERMIQUE ......................................................................................... 16 FIGURE 26: GUIDE INSTALLE SUR CAMION FORESTIER ................................................................................................ 17 FIGURE 27: REPRESENTATION D'UN PASSAGE VALIDE ET NON VALIDE PAR VIDEO ............................................................. 18 FIGURE 28: CHARGEMENT DU CAMION FORESTIER .................................................................................................... 18 FIGURE 29: PNEUS DOUBLES ET A BANDE LARGE DU CAMION FORESTIER ........................................................................ 19 FIGURE 30: COURBE TYPIQUE OBTENUE POUR UN PASSAGE ........................................................................................ 20 FIGURE 31: TRAITEMENT DES SIGNAUX OBTENUS ...................................................................................................... 21 FIGURE 32: NUMEROTATION DES JAUGES................................................................................................................ 21 FIGURE 33: EXEMPLE D'ETUDE GRAPHIQUE ............................................................................................................. 22 FIGURE 34: JAUGE LB AVEC PNEU LARGE 100/100/120PSI SUR SECTION 100MM ........................................................ 23 FIGURE 35: JAUGE LB AVEC PNEU DOUBLE 100/100/100PSI SUR SECTION 50MM ........................................................ 24 FIGURE 36: JAUGE TB AVEC PNEU DOUBLE 100/100/100PSI SUR SECTION 50MM ........................................................ 24 FIGURE 37: PASSAGES VALIDES PNEU LARGE 100/100/120PSI SECTION 100MM .......................................................... 25 FIGURE 38: PASSAGES VALIDES PNEU JUMELE 100/60/55 PSI SECTION 50MM ............................................................. 26 FIGURE 39: PNEU LARGE-SECTION 100MM-JAUGES TRANSVERSALES BASSE N°10 ......................................................... 26 FIGURE 40: EMPREINTE BRUTE .............................................................................................................................. 28 FIGURE 41: EMPREINTE TRAITEE ............................................................................................................................ 28 FIGURE 42: COMPARAISON TYPE DE PNEU SECTION 100MM (LONGITUDINALE) .............................................................. 30 FIGURE 43: COMPARAISON TYPE DE PNEU SECTION 100MM (TRANSVERSALE) ................................................................ 30 FIGURE 44: ÉCART DE DEFORMATIONS SUR LA SECTION 100 MM (PRINTEMPS) ............................................................... 32 FIGURE 45: ÉCART DE DEFORMATIONS SUR LA SECTION 50 MM (PRINTEMPS) ................................................................. 32 FIGURE 46: ÉCART DE DEFORMATIONS SUR LA SECTION 100 MM (ETE) ......................................................................... 33 FIGURE 47: ÉCART DE DEFORMATIONS SUR LA SECTION 50 MM (ETE) ........................................................................... 33 FIGURE 48: ÉCART DE DEFORMATIONS POUR LES ESSAIS DE PRINTEMPS ......................................................................... 35 FIGURE 49: ÉCART DE DEFORMATIONS POUR LES ESSAIS DE L’ETE ................................................................................. 35 FIGURE 50: ÉCART DE DEFORMATIONS EN HAUT DE COUCHE (ETE) ............................................................................... 36 FIGURE 51: REPONSE DU DEFLECTOMETRE AU PASSAGE DU TRIDEM ............................................................................. 37
xiv
FIGURE 52: BASSIN DE DEFLECTION A 100 PSI SUR LA SECTION 50 MM ......................................................................... 38 FIGURE 53:IMPACT DE LA BAISSE DES DEFORMATIONS SUR LE NOMBRE D'ECAS ............................................................. 39 FIGURE 54: BASSIN DES DEFORMATIONS LONGITUDINALES BASSES SUR LA SECTION 100 MM............................................. 40 FIGURE 55: BASSIN DES DEFORMATIONS LONGITUDINALES BASSES SUR LA SECTION 50 MM ............................................... 40 FIGURE 56: BASSIN DES DEFORMATIONS TRANSVERSALES BASSES SUR LA SECTION 100 MM .............................................. 41 FIGURE 57: BASSIN DES DEFORMATIONS TRANSVERSALES BASSES SUR LA SECTION 50 MM ................................................ 42 FIGURE 58: SIGNAL DU TRIDEM, PNEU LARGE SUR LA SECTION 50 MM .......................................................................... 43 FIGURE 59: BASSIN DES DEFORMATIONS LONGITUDINALES HAUTES SUR LA SECTION 100 MM ............................................ 44 FIGURE 60: BASSIN DES DEFORMATIONS TRANSVERSALES HAUTES SUR LA SECTION 100 MM ............................................. 45
TABLE DES TABLEAUX : TABLEAU 1: NOMENCLATURE DES JAUGES ............................................................................................................... 21 TABLEAU 2: OFFSET DE PASSAGE DE LA SERIE 27C..................................................................................................... 27 TABLEAU 3: MOYENNE ET ECARTS DE TEMPERATURE LORS DES ESSAIS ........................................................................... 27 TABLEAU 4: PLAGE DE VARIATION DE LA TENEUR EN EAU DU SOL .................................................................................. 28 TABLEAU 5: SURFACE DES PNEUS EN FONCTION DU TYPE DE PNEU ................................................................................ 29 TABLEAU 6: SELECTION DES SERIES POUR LA COMPARAISON PNEU JUMELE/ PNEU LARGE ................................................. 29 TABLEAU 7: SYNTHESE DES AMPLITUDES DES PICS ..................................................................................................... 31 TABLEAU 8: CALCUL DES POURCENTAGES DES DIFFERENCES......................................................................................... 31 TABLEAU 9: SYNTHESE DES RESULTATS SUIVANT LA SECTION ETUDIEE ............................................................................ 34 TABLEAU 10: SYNTHESE DES RESULTATS DE DEFLECTION SUIVANT LA SECTION ETUDIEE ..................................................... 37
1
INTRODUCTION Les routes sont des axes de communication nécessaires au développement
économique et social d’une région et de sa population. Elles permettent le transport des
marchandises, le déplacement des personnes et assurent l’occupation du territoire ainsi
que l’exploitation des ressources. La conception d’un tel ouvrage repose sur une
optimisation de la structure de la chaussée afin d’obtenir le maximum de qualité et de
durabilité au moindre cout. La chaussée repose sur une grande variété de sols et subit
l’agression variable et complexe de plusieurs agents dont le climat et le trafic sont les
plus importants. Contrairement à d’autres ouvrages de structure, une chaussée ne
subira pas de rupture soudaine mais une détérioration progressive. Cette détérioration
est inévitable. Il est cependant nécessaire que la chaussée conserve sa capacité
structurale et fonctionnelle quantifiable par le confort de roulement minimum et le
niveau de sécurité à la conduite.
La dégradation d’une chaussée n’est pas uniforme au cours d’une année. En
effet, dépendamment de la saison une chaussée ne pourra pas supporter la même
charge due au trafic. En été la capacité structurale de la chaussée est optimale. Il en est
de même en hivers lorsque toute la structure du sol est gelée. Un sol totalement gelé
peut supporter d’importantes charges. C’est au moment du dégel que la situation
s’aggrave. En moyenne, selon les sources de Transports Québec (Bulletin d’information
technique, Vol8, N°11 de Novembre 2003), 40% des dégradations annuelles surviennent
à cette période. La rudesse du climat québécois est telle que la période de dégel est
lente (plus de 3 mois). La fonte de la glace commençant en surface, l’eau interstitielle se
trouve piégée au dessus de la couche gelée et contribue à saturer le sol. Il y a une
accumulation de l’eau dans les couches de structure. La capacité de la route à supporter
les charges lourdes est par conséquent fortement réduite. L’agressivité du trafic devient
à ce moment très importante. L’agressivité journalière en période dégel équivaut à plus
de 60 % de celle en été. La législation impose aux transporteurs routiers de réduire leur
charge maximale transportable.
Les conséquences du dégel sont doubles. Dans un premier temps l’impact
économique pour le transport routier est important. L’imposition des restrictions est
équivalente à une diminution de 15% de la charge applicable à chaque essieux ce qui
augmente le nombre de déplacements requis pour transporter la même quantité de
marchandise. Pour ces raisons l’impact financier à été évalué à des pertes de plus de 40
millions de dollars par année. Dans un second temps les infrastructures routières
nécessitent des réparations. La perte de durée de vie qui résulterait du relâchement des
restrictions serait en moyenne de 15%. Il serait alors nécessaire de restaurer 15 % de
plus de route par années. Ceci couterait en retour plus de 50 millions de dollars par
années. Il est donc approprié de maintenir les restrictions.
Plusieurs approches pour permettre une meilleure résistance aux charges
lourdes du trafic et au climat ont été envisagées. L’une d’elle serait de modifier les
caractéristiques des charges s’appliquant sur le sol. Plusieurs études ont été effectuées
dans cette seconde optique. En 1990 J.T. Christison quantifia la réponse de la chaussée
2
suite à une variation de la pression des pneus. P.Owende en 2001 exploita ces
recherches pour minimiser les contraintes s’exerçant dans la chaussée en modifiant les
pressions des pneus. Enfin, De Beer en 1996 étudia les phénomènes à l’interface entre
le pneu et la chaussée. Différentes surfaces de contacts entrainent des répartitions de
charge sur la chaussée variable.
L’étude présentée à pour objectif de déterminer si le changement des pneus
jumelés par des pneus à bande large a un impact significatif sur les déformations
engendrées dans la structure de plusieurs types de chaussée souples, dans différentes
conditions climatiques. La mise en avant d’une configuration de pneu, entraînant une
diminution significative des déformations, sur une chaussée donnée, permettrait une
plus grande souplesse dans les charges transportées par camionnage. Les modifications
sur les véhicules de transport limiteraient ainsi les endommagements sur les chaussées
et une baisse des dépenses associées à la réhabilitation des voix. Une utilisation pour
des véhicules spéciaux (grue…) ou pour une circulation hors route (chantier en
construction) pourrait s’avérer la aussi bénéfique.
Afin de mesurer les déformations de traction et de compression s’exerçant dans
la couche d’asphalte, des jauges de déformation ont été placées à la base et proche de
la surface de celle-ci. Cette méthode innovante permet de recueillir des valeurs
conformes aux prédictions théoriques. Au printemps les conditions climatiques sont
optimales pour évaluer l’effet du changement en période de dégel. Toutes ces données
ont été complétées par celles recueillies lors de la campagne d’essais estivale.
1. ÉTAT DES CONNAISSANCES Les connaissances sur les infrastructures routières et en particulier sur les chaussées
souples sont nombreuses. Les couts associés à la réhabilitation d’une route sont très
importants. Afin de limiter les dommages appliqués dans la chaussée il est important de
les identifier.
1.1 Analyse des endommagements par fatigue des chaussées flexibles
Une chaussée flexible est une structure multi niveaux constituée d’une couche
superficielle d’asphalte et des couches de fondations granulaires variables, le tout sur le
sol naturel de fondation. Lors du passage d’un véhicule, le niveau de contrainte peut
être idéalisé comme indiqué sur la Figure 1. Par la théorie élastique au niveau des
couches, les contraintes maximales se situent en bas de la couche d’asphalte (Ullidtz
1987). C’est pourquoi les conceptions sont réalisées à partir des déformations calculées
au niveau du fond de la couche d’asphalte. L’apparition des phénomènes de fatigues
sont dues aux déformations à ce niveau. L’accumulation des contraintes verticales vont
entrainer des ornières au niveau de la chaussée. Ces ornières peuvent être structurales
ou de fluage. La connaissance de ces déformations est essentielle pour la conception
des modèles de dimensionnement (AASHTO).
3
Figure Figure Figure Figure 1111: Réponse d'une chaussée flexible sous un état de chargement uniforme, engendrant des : Réponse d'une chaussée flexible sous un état de chargement uniforme, engendrant des : Réponse d'une chaussée flexible sous un état de chargement uniforme, engendrant des : Réponse d'une chaussée flexible sous un état de chargement uniforme, engendrant des
déformations de traction (t), de compression (c), et des déformations verticales (z) déformations de traction (t), de compression (c), et des déformations verticales (z) déformations de traction (t), de compression (c), et des déformations verticales (z) déformations de traction (t), de compression (c), et des déformations verticales (z)
(O.Ow(O.Ow(O.Ow(O.Owende,2001)ende,2001)ende,2001)ende,2001)
La fatigue d’une chaussée est directement liée aux déformations s’exerçant dans
la chaussée. Ces déformations sont essentiellement dues aux charges des véhicules
lourds mais aussi du climat (température). Gillespie et al. (1993) ont mis en avant que
l’impact des camions sur la chaussée est très variable (Figure 2).
Figure Figure Figure Figure 2222: Influence de la température et des configurations de camion sur la chaussée: Influence de la température et des configurations de camion sur la chaussée: Influence de la température et des configurations de camion sur la chaussée: Influence de la température et des configurations de camion sur la chaussée
Cette figure met en avant l’importance de contrôler la température lors des
essais. De plus il apparait que la configuration des essieux est aussi un paramètre
4
influent. En effet la chaussée possède une viscosité. Suite au passage d’un essieu, des
déformations résiduelles n’auront pas le temps de s’annuler avant le passage de l’essieu
suivant. Dépendamment de l’espacement entre les essieux et du nombre la réponse de
la chaussée ne sera pas la même.
Les phénomènes de fissuration de fatigue ne se produisent pas tous au bas de la
couche, depuis plusieurs années des études cherchent à expliquer le phénomène de
fissuration par le haut (Top-Down Cracking-Figure 3). Toutes les types de chaussées
sont sujettes à fissuration par le haute. Dépendamment de l’épaisseur d’asphalte, de
l’âge de la chaussée, des conditions climatiques et du volume de trafic, l’apparition en
sera retardée. Baladi en 2003 effectua une analyse détaillée sur ce type de fissuration. Il
identifia en particulier les causes et les mécanismes de propagation de la fissure. Ces
causes sont de deux types. La première catégorie englobe le haut niveau de contrainte
et de déformation causés par les charges, la température et d’autres facteurs extérieurs.
La seconde correspond aux différences pouvant exister entre deux types mélanges
bitumineux (la composition, la dureté, l’âge, la méthode de mise en place, ségrégation).
Figure Figure Figure Figure 3333: Fissuration par le haut de grande sévérité: Fissuration par le haut de grande sévérité: Fissuration par le haut de grande sévérité: Fissuration par le haut de grande sévérité
A ce niveau il apparait important d’être capable de mesurer les déformations sur
plusieurs niveaux dans l’asphalte et de maintenir les conditions extérieures constantes
pour identifier l’influence d’un paramètre et non une combinaison de paramètres.
1.2 Effet de la vitesse du véhicule La vitesse est un paramètre important. Plus un véhicule circule rapidement moins
le temps d’application de la charge sur un point donné de la chaussée sera long.
L’agressivité d’un pneu va alors varier puisque les contraintes issues de l’adhérence au
niveau de la surface ou la déformation en fond de couche ne sera pas symétrique par
rapport au pneu. En 2002 Raj V. Siddharthan, à mis en avant que les déformations
maximales mesurées vont diminuer avec la vitesse (Figure 4).
5
Figure Figure Figure Figure 4444: Variation des déformations longitudinales pour un camion équipé de pneu à bande large: Variation des déformations longitudinales pour un camion équipé de pneu à bande large: Variation des déformations longitudinales pour un camion équipé de pneu à bande large: Variation des déformations longitudinales pour un camion équipé de pneu à bande large
Cette diminution est commune pour tous les types de pneus. Il est donc important de
s’assurer au cours des expériences de maintenir une vitesse la plus constante possible
entre les séries pour éliminer ce facteur.
1.3 Évaluation de la pression dans les pneus et conséquence sur la chaussée.
De nombreux essais ont mis en évidence que la répartition de la pression de
gonflage dans un pneu n’est pas uniforme. Les effets de bords sont nombreux et la
répartition des pressions va varier en fonction du gonflement de celui-ci. L’aire contact
va varier (Figure 5) et la répartition des contraintes (Figure 6) ne sera pas homogène
(Figure 7)
Figure Figure Figure Figure 5555: : : : Exemple de vExemple de vExemple de vExemple de variation de l'aire de contact en fonction de la pression (O.Owende,2001)ariation de l'aire de contact en fonction de la pression (O.Owende,2001)ariation de l'aire de contact en fonction de la pression (O.Owende,2001)ariation de l'aire de contact en fonction de la pression (O.Owende,2001)
6
FigureFigureFigureFigure 6666: Mécanisme de transfert de charge (Baladi, 2003): Mécanisme de transfert de charge (Baladi, 2003): Mécanisme de transfert de charge (Baladi, 2003): Mécanisme de transfert de charge (Baladi, 2003)
Figure Figure Figure Figure 7777: : : : Modélisation des Modélisation des Modélisation des Modélisation des contraintes verticales sous un pneu à bande large Bridgestone contraintes verticales sous un pneu à bande large Bridgestone contraintes verticales sous un pneu à bande large Bridgestone contraintes verticales sous un pneu à bande large Bridgestone
(Raj V. Siddharthan,2002)(Raj V. Siddharthan,2002)(Raj V. Siddharthan,2002)(Raj V. Siddharthan,2002)
Ces informations mettent en lumière l’importance de la distance de passage du
pneu par rapport à la jauge. La comparaison entre l’agressivité de deux pneus doit se
faire sur toute la surface du pneu et pas seulement localement. Une vérification
particulière est donc à apporter en ce qui concerne la zone ou les mesures sont
effectuées.
7
1.4 Répartition des contraintes au niveau de l’interaction chaussée-pneu.
La distance du pneu par rapport au point de mesure est aussi une donnée
importante car l’interaction entre le pneu et la chaussée ne sera pas la même
dépendamment de la structure du pneu. En effet plusieurs études (Baladi, 2003). La
configuration de la surface de contact va modifier l’interaction comme l’explique la
Figure 8.
Figure Figure Figure Figure 8888: Effort au niveau de l'interaction Pneu: Effort au niveau de l'interaction Pneu: Effort au niveau de l'interaction Pneu: Effort au niveau de l'interaction Pneu----chaussée (Baladi, 2003)chaussée (Baladi, 2003)chaussée (Baladi, 2003)chaussée (Baladi, 2003)
L’interaction entre le pneu et la chaussée est un phénomène complexe qui va déprendre
des paramètres du pneu (pression, structure de pneu, type de gomme), et de la chaussée
(température, état de surface, composition de la couche bitumineuse).
1.5 Influence de l’épaisseur d’asphalte. Le rôle de la couche d’asphalte est entre autre de redistribuer les charges sur les
couches inférieures. Son épaisseur sera variable dépendamment de son utilisation. Les couts
associés à la construction de la couche d’asphalte occupent une part importante de
l’investissement. Le comportement de la chaussée va déprendre de la couche d’asphalte. Une
route très fréquente nécessitera, pour une bonne durée de vie, une épaisseur importante. Les
déformations de la chaussée ne sera pas la même dépendamment de la structure.
Figure Figure Figure Figure 9999: Amplitude des déformations longi: Amplitude des déformations longi: Amplitude des déformations longi: Amplitude des déformations longitudinales en fonction de l'épaisseur d'asphalte tudinales en fonction de l'épaisseur d'asphalte tudinales en fonction de l'épaisseur d'asphalte tudinales en fonction de l'épaisseur d'asphalte
(Raj V. Siddharthan)(Raj V. Siddharthan)(Raj V. Siddharthan)(Raj V. Siddharthan)
8
Les conséquences suite à la variation de la pression des pneus vont varier en
fonction de l’épaisseur, il est donc important de pouvoir quantifier les déformations sur
plusieurs niveau. Les autobus ne vont pas circuler sur les mêmes structures que les
camions de transport.
1.6 Influence de la pression des pneus et du type de pneu
Les conclusions de l’étude effectuées par P.Pierre et G.doré en 2004 sont que
l’augmentation de la pression des pneus tend au augmenter légèrement au niveau de la
base de l’asphalte et que cette observation est aussi valable en surface de la couche.
Les déformations en surface sont peu présentes dans la littérature car difficile à évaluer.
L’état des connaissances met en avant l’importance de contrôler les paramètres
extérieurs (température, teneur en eau, climat). Les répartitions des pressions et des
contraintes au sein d’un pneu et les répercutions sur les déformations dans la chaussée
sont bien plus complexes que les modèles utilisés de conception. Des études
complémentaires sont à effectuer pour quantifier l’influence de la pression des pneus et
des configurations. Ces études passent par une connaissance détaillée des paramètres
et par une grande rigueur au niveau des expérimentations. La connaissance des
déformations en haut de couche est encore incomplète compte tenu des systèmes de
mesure actuellement utilisés.
2. PRÉSENTATION GÉNÉRALE
2.1 Le site expérimental
Les essais se sont déroulés sur le site du SERUL, à la forêt de Montmorency. Le
SERUL a été créé en 1998 afin d'étudier le comportement des chaussées dans des
conditions réelles et sous des chargements contrôlés. Localisé à la forêt Montmorency à
la hauteur du kilomètre 103 de la route 175, le site est un nouveau tronçon de la route
forestière 33.
Ce "laboratoire" routier a été conçu pour expérimenter:
� les revêtements de surface ainsi que le comportement de la chaussée construite avec
différents matériaux, dans des conditions de drainage et climatiques variées.
� l'agressivité des véhicules lourds sur des remblais de matériaux expérimentaux
(secteur AVL).
Ce secteur AVL, long de 100 m possède le profil longitudinal illustré à la Figure 10
9
Figure Figure Figure Figure 10101010 : Profil longitudinal du secteur d’essai AVL: Profil longitudinal du secteur d’essai AVL: Profil longitudinal du secteur d’essai AVL: Profil longitudinal du secteur d’essai AVL
Les planches expérimentales ont été construites par le MTQ en septembre 2007.
Les sections 2 et 3 ont étés instrumentées au début du mois d’octobre 2007 et des
premiers préliminaires se sont déroulés les 11 et 12 octobre 2007. De nouveaux
capteurs ont étés ajoutés le 2 mai 2008 et la seconde série d’essais s’est déroulée sur
cinq jours, du 5 au 9 mai 2008. Enfin la campagne d’été se déroula du 28 au 30 juillet
2008. Trois sections sont à l’étude : les sections 2, 4 et 5. Toutes les sections ne
possèdent pas des structures identiques et en particulier l’épaisseur d’asphalte est
respectivement de 100 mm, 50 mm et un enduit. Toutes ces sections sont identifiables
sur la Figure 10.
2.2 L’instrumentation
2.2.1 Instrumentation de chaque section
Les chaussées de chaque section sont instrumentées afin de mesurer les
déformations et les déflections à des niveaux jugés pertinents pour l’étude. Des jauges à
fibres optiques, des déflectomètres ainsi que des capteurs de teneur en eau et de
température (détaillés aux sections: 2.2.2, 2.2.3, 2.2.4) ont été installé sur chaque
section. La section 100 mm présente trois carottes instrumentées contre seulement
deux pour la section 50 mm dont la disposition est observable sur les Figure 11 et
Figure 12 .
10
Figure Figure Figure Figure 11111111 : : : : Schéma de principe de positionnement des jaSchéma de principe de positionnement des jaSchéma de principe de positionnement des jaSchéma de principe de positionnement des jauges de mesureuges de mesureuges de mesureuges de mesure
Figure Figure Figure Figure 12121212: Photographie de l'instrumentation: Photographie de l'instrumentation: Photographie de l'instrumentation: Photographie de l'instrumentation de la section 50 mmde la section 50 mmde la section 50 mmde la section 50 mm
Il est à noter que les carottes de chaque section ne sont pas instrumentées de
façon identique et que la section avec un enduit superficiel ne contient qu’un
déflectomètre.
11
2.2.2 Jauges à fibre optique
� Conditionnement des carottes
Les jauges de déformations à fibres optiques sont destinées à mesurer les
déformations horizontales à la base, ainsi qu’à faible profondeur du revêtement. Les
jauges ont tout d'abord été préparées en laboratoire.
Afin de minimiser les perturbations dans
le comportement de la couche asphalte,
le diamètre des cylindres est minimal.
Les carottes d’enrobé bitumineux
utilisées ont été prélevées sur place afin
de garder une homogénéité des
matériaux dans la zone de mesures. La
base des carottes a été sculptée à l’aide
d’une machine automatisée, pour
accueillir parfaitement les anneaux
comprenant les jauges de déformation et
une rainure a été creusée sur le coté de
la carotte pour permettre le passage des
fibres optiques (Figure 13). Les jauges
sont ensuite apposées sur les carottes et
collées à l’aide de colle époxy (Figure
14).
Figure Figure Figure Figure 13131313: : : : Préparation des carottesPréparation des carottesPréparation des carottesPréparation des carottes
Figure Figure Figure Figure 14141414: Pose des jauges sur les carottes: Pose des jauges sur les carottes: Pose des jauges sur les carottes: Pose des jauges sur les carottes
La disposition des jauges en
croisillon permet à la fois de mesurer les
déformations transversales et
longitudinales. Sur les sections à 100 mm
il est intéressant de mesurer les
déformations s’appliquant à la base du
revêtement mais aussi très proche de la
surface. Cela va permettre de mettre en
lumière les efforts de compression et de
traction qui s’exercent au passage des
essieux. Pour la section de 50 mm une
instrumentation à un seul niveau est mise
en place compte tenu de la faible
épaisseur d’asphalte. Les jauges une fois
installées sur la carotte (Figure 15) sont
calibrées à l’aide d’un bain d’essai conçut
à cet effet (Figure 16).
12
Figure Figure Figure Figure 15151515: Jauge de déformation de 100 mm et 200 mm: Jauge de déformation de 100 mm et 200 mm: Jauge de déformation de 100 mm et 200 mm: Jauge de déformation de 100 mm et 200 mm de hauteurde hauteurde hauteurde hauteur
� Calibrage des jauges
Les carottes sont placées dans le banc de calibrage, celui-ci permet de
solidariser la carotte et avec un anneau métallique à qui ont fait subir des déformations
contrôlées. L’opérateur applique donc une déformation à l’aide d’une molette qui étire
l’anneau et par conséquent une traction diamétrale à la carotte. Dans un premier temps
un capteur de déplacement mesure la variation du diamètre de la carotte (Figure 17),
dans un second temps la jauge à fibre optique présente dans la cellule. Ce dispositif,
permet de comparer les déformations réelles, s’appliquant sur le diamètre lors d’une
mise sous charge, avec les déformations perçût par les jauges. En effet une jauge
renvoie les déformations dans une direction alors que la répartition des efforts se fait
sur tout le diamètre. Chaque jauge est alors placée sur le banc d’essai pour calibrage
(Figure 16). Cette procédure permet de déterminer un facteur de correction propre à
chaque jauge qui sera appliqué lors de l’interprétation des résultats pour approcher au
mieux des valeurs réelles de déformation.
Instrumentation supérieure du cylindre
Instrumentation inférieure du cylindre
Figure Figure Figure Figure 16161616: Carotte de 50 mm en cours de : Carotte de 50 mm en cours de : Carotte de 50 mm en cours de : Carotte de 50 mm en cours de
Figure Figure Figure Figure 17171717: Présentation du banc de calibrage: Présentation du banc de calibrage: Présentation du banc de calibrage: Présentation du banc de calibrage
Molette d’application du déplacement
Capteur de déplacement
13
Un exemple des courbes obtenues lors du calibrage est disponible sur la Figure 18
Figure Figure Figure Figure 18181818: Courbe typique de calibrage des jauges: Courbe typique de calibrage des jauges: Courbe typique de calibrage des jauges: Courbe typique de calibrage des jauges
Dans ce cas précis la courbe correspond à la seconde jauge transversale sur la section à
50 mm. Les coefficients de corrélation sont bons, puisque toujours au alentour de 0,95.
� Mise en place sur le site
Les cylindres instrumentés ont ensuite été placés et scellés dans la chaussée à
l’aide d’époxy. La Figure 19 montre cette mise en place:
Figure Figure Figure Figure 19191919: Mise en plac: Mise en plac: Mise en plac: Mise en place des capteurs par carottagee des capteurs par carottagee des capteurs par carottagee des capteurs par carottage
Une représentation schématique du cylindre implanté dans la chaussée offre une
meilleure vision de la disposition des jauges au sein de la couche d’asphalte (Figure 20).
y = 0,9143xR² = 0,9852
050
100150200250300350400450500
0 100 200 300 400 500 600
µdéformations de la jauge
µdéformations diamétrales (capteur de déplacement)
Jauge identifiée S109
14
Figure Figure Figure Figure 20202020: : : : Schéma du Schéma du Schéma du Schéma du cylindre d’asphalte instrumenté cylindre d’asphalte instrumenté cylindre d’asphalte instrumenté cylindre d’asphalte instrumenté sur deux niveauxsur deux niveauxsur deux niveauxsur deux niveaux....
Les jauges suivant la direction X mesurent les déformations longitudinales tandis
que celles suivant Y correspondent aux déformations transversales. Ce dispositif permet
donc des mesures dans la direction transversale et longitudinale sur deux niveaux de la
couche.
Figure Figure Figure Figure 21212121: Disposition des jauges après mise en place: Disposition des jauges après mise en place: Disposition des jauges après mise en place: Disposition des jauges après mise en place
2.2.3 Déflectomètre
Le déflectomètre est un capteur de déplacement vertical. Il mesure le
déplacement relatif sous le revêtement suivant la direction Z. L’installation du capteur
de déplacement implique de creuser une cavité de 250 mm de profondeur sous le
revêtement. Le capteur de déplacement est placé dans la cavité puis remblayé
soigneusement avec des matériaux granulaires du site. La tête du capteur est ensuite
placée et ajustée pour être juste sous le revêtement d’asphalte. La carotte d’asphalte
prélevée pour installer ce capteur est alors replacée dans le trou et recollée à la
chaussée avec de la colle époxy. Le capteur mesure la déformation verticale dans les
200 premiers mm de la fondation. La Figure 22 illustre l’installation des capteurs dans la
chaussée.
15
Figure Figure Figure Figure 22222222: Déflect: Déflect: Déflect: Déflectomètre implanté sous la couche asphalte.omètre implanté sous la couche asphalte.omètre implanté sous la couche asphalte.omètre implanté sous la couche asphalte.
2.2.4 Capteur de teneur en eau et de température
Les capteurs de teneur en eau et de température sont complémentaires à l’étude.
Ces derniers vont permettre de connaitre précisément la teneur en eau présente dans le
sol. En effet cette teneur en eau va varier entre les expériences effectuées pendant le
printemps et pendant l’été. Le capteur de température va aussi s’avérer nécessaire pour
connaitre la température de l’asphalte qui va réagir différemment suivant cette dernière.
Ces deux capteurs sont donc placés proches des jauges, mais hors du sentier de roue
pour ne pas affecter les résultats.
Figure Figure Figure Figure 23232323: Capteur de te: Capteur de te: Capteur de te: Capteur de teneur et eau et de températureneur et eau et de températureneur et eau et de températureneur et eau et de température
Le capteur de température est basé sur l’utilisation classique d’un thermocouple.
Les données fournies par ces capteurs permettent d’affiner le modèle théorique. La prise
de température permet aussi de suivre l’efficacité des couvertures thermiques et
d’affiner la température des bains si nécessaire.
2.2.5 Capteur de teneur en eau multi niveau
Des tubes sont installés au niveau des sentiers de roue bien en avant des jauges
pour mesurer sur plusieurs niveaux la teneur en eau du sol. Les prises de mesures sont
pour des profondeurs de 100, 200, 300, 400, 600 mm et 1 m
16
Figure Figure Figure Figure 24242424: Capteur de teneur en eau multi niveau: Capteur de teneur en eau multi niveau: Capteur de teneur en eau multi niveau: Capteur de teneur en eau multi niveau
Les mesures de teneur en eau multi-niveaux n’ont été effectuées que pour l’été et sont
disponibles en Annexe F
2.3 Le matériel auxiliaire
� Les couvertures thermiques
Des bâches thermiques ont été installées le matin avant chaque journée d’essais
afin de garder une température proche de 12°C au printemps contre 22°C en été. Une
tolérance de 2° est permise. Les couvertures, alimentées par des bassins thermiques,
sont retirées avant le passage du véhicule et replacées directement après le passage de
ce dernier (Figure 25). Ceci à permis de garder, aussi constantes que possible, les
températures des matériaux de surface. Le contrôle de la température de l’asphalte est
effectué à chaque instant grâce aux jauges de température installées.
Figure Figure Figure Figure 25252525: Utilisation d'une couverture thermique: Utilisation d'une couverture thermique: Utilisation d'une couverture thermique: Utilisation d'une couverture thermique
� Système de guidage des véhicules
Afin de permettre au camion d’atteindre facilement les jauges implantées dans la
chaussée, un dispositif de guidage à été développé. Ce dispositif permet au chauffeur
d’être plus régulier et plus précis dans ses passages. Il est constitué de deux barres
17
d’aluminium articulées afin d’ajuster au mieux le repère visuel. Ce repère est une chaine
placée à l’extrémité du guide qui s’aligne sur la bande médiane de la chaussée. Le
chauffeur peut ainsi, de son siège, suivre avec précision sa trajectoire et sa vitesse et la
corriger si nécessaire.
Figure Figure Figure Figure 26262626: : : : Guide installé sur camion forestierGuide installé sur camion forestierGuide installé sur camion forestierGuide installé sur camion forestier
Les ventouses placées à la base du dispositif de guidage offrent une grande
liberté pour la fixation sur les châssis des véhicules (Figure 26). Il est capable de
s’adapter à toutes les configurations de véhicule tout en maintenant une bonne sécurité
de fixation.
� Repère visuel et caméra vidéo
Des études préliminaires à ces campagnes d’essais ont montré l’importance de la
constance du passage du pneu sur les jauges de déformation. En effet, il a été statué
qu’un offset de +/- 50mm permettait d’avoir des lectures du même ordre de grandeur.
Au-delà de cet offset, l’impact du passage du pneu n’est plus représentatif des
déformations engendrées au droit de celui-ci. Afin de relever avec précision la distance
de passage du véhicule par rapport aux instruments implantés dans la chaussés, un
repère visuel est placé en avant des jauges. Ce dernier, accompagné d’un
enregistrement vidéo, permet de valider la ligne de passage des véhicules. L’axe central
du repère visuel a été aligné avec l’axe des jauges. Chaque essai faisant l’objet d’un
enregistrement vidéo pour visionner le passage au ralenti, il est possible lors du
traitement des données de s’assurer avec une grande précision de la distance de
passage des différents pneus.
.
18
Figure Figure Figure Figure 27272727: Représentation d'un passage valide et non valide par vidéo: Représentation d'un passage valide et non valide par vidéo: Représentation d'un passage valide et non valide par vidéo: Représentation d'un passage valide et non valide par vidéo
2.4 Le véhicule Pour les essais, un camion forestier du fabricant Kenworth/Trailex à permis de
réaliser nos essais. Ce véhicule, pour reproduire des conditions réelles d’utilisation, à
été chargé par des billes de bois pour le camion. Les détails des chargements et des
caractéristiques plus précises sur la répartition des charges et les pneus utilisés sont
donnés à l’Annexe A
Figure Figure Figure Figure 28282828:::: Chargement du camion forestierChargement du camion forestierChargement du camion forestierChargement du camion forestier
19
3. PROTOCOLE EXPÉRIMENTAL
3.1 La matrice d’essais
3.1.1 Essais de printemps
Plusieurs séries d’essais ont été réalisées sur les cinq jours, du 5 au 9 mai 2008.
Pour chaque série d’essai un seul paramètre variait : Le type de pneu et l’épaisseur
d’asphalte. L’ensemble de la matrice d’essai est disponible en Annexe C.
Tableau Tableau Tableau Tableau 1111: Matrice d'essais générale pour le camion forestier au printemps: Matrice d'essais générale pour le camion forestier au printemps: Matrice d'essais générale pour le camion forestier au printemps: Matrice d'essais générale pour le camion forestier au printemps
Camion forestier-Printemps
Structure de 100mm Pneu double Pression à 100/100/100//100/60/55 30 Km/h
Structure de 50mm Pneu double Pression à 100/100/100//100/60/55 30 Km/h
Structure Enduit Pneu double Pression à 100/100/100//100/60/55 30 Km/h
Structure de 100mm Pneu large Pression tridem à 120/100/80 30 Km/h
Structure de 50mm Pneu large Pression tridem à 120/100/80 30 Km/h
Structure Enduit Pneu large Pression tridem à 120/100/80 30 Km/h
Pour le camion forestier trois épaisseurs d’asphalte seront étudiées (la zone à
100 mm, à 50 mm et l’enduit superficiel). Ces séries d’essais ont la particularité de
pouvoir être comparées deux-à-deux dans des conditions similaires en ne faisant varier
qu’un paramètre ce qui permet de faire ressortir l’impact de cette variable.
FigFigFigFigure ure ure ure 29292929: Pneus doubles et à bande large du camion forestier: Pneus doubles et à bande large du camion forestier: Pneus doubles et à bande large du camion forestier: Pneus doubles et à bande large du camion forestier
3.1.2 Les essais de l’été
La matrice des essais effectués au cours de l’été est détaillée en Annexe D Une
nouvelle matrice a également été définie pour estimer le « bassin » transversal de
déformation au passage du pneu et ce, sur une distance allant jusqu’à environ 1200mm
(cet offset correspond au fait que la déformation lue à cette distance est inférieure à 5
µdéf)
.
20
3.2 Les prises de mesures Le véhicule circule pour chaque essai à une vitesse de 30 Km/h. Pour valider les
prises de mesure dans une situation donnée, il a été nécessaire d’effectuer
suffisamment de passage afin que les roues circulent à plus ou moins de 50 mm du
centre de la cible sur le sol. Cette vérification est effectuée à l’aide de la plaque placée
sur le passage du véhicule. L’observation est effectuée par vidéo. Après chaque passage
cette dernière est visionnée image par image pour identifier avec exactitude le passage
de chaque roue. Les mesures sont échantillonnées avec une fréquence de 500 Hz
Un essai sera considéré valide lorsque trois passages seront relevés l’intervalle de ± 50
mm, pour une vitesse de 30 Km/h.
4. ANALYSE DES DONNÉES
4.1 Notation et exemple de résultats Les courbes obtenues sont regroupées en série de graphique. Chaque graphique
représente la lecture d’un capteur au passage d’une roue. Les valeurs en ordonnées sont
données en Ydéformations.
Figure Figure Figure Figure 30303030: Courbe typique : Courbe typique : Courbe typique : Courbe typique obtenue pour un passageobtenue pour un passageobtenue pour un passageobtenue pour un passage
La Figure 30 est une courbe typique des résultats obtenus au passage du
camion. Chaque courbe représente la réponse d’un capteur au niveau de la section
étudiée (ici la section 50 mm). Chaque point de la courbe est enregistré ce qui permet
pour l’étude de retrouver la valeur des amplitudes des pics. Pour étudier ces courbes il
est nécessaire de supprimer la valeur moyenne résiduelle et centrer toutes les courbes
sur un même pic pour faciliter l’étude. Pour ce faire, un logiciel a été conçu pour traiter
les données. Les résultats obtenus après traitement sont représentés sur la Figure 31
21
Figure Figure Figure Figure 31313131: Traitement des signaux obtenus: Traitement des signaux obtenus: Traitement des signaux obtenus: Traitement des signaux obtenus
Le traitement permet de séparer chaque réponse des capteurs et de filtrer le
signal. De cette manière il devient très aisé de sélectionner les courbes que l’on souhaite
comparer. A des fins de simplifications et de clarté les jauges ont étés numérotées de 1
à 12 comme l’indique la Figure 32
Les jauges 1, 4, 8 et 12 correspondent aux déflectomètres. Les autres sont les
carottes instrumentées de chaque section. Les carottes étant instrumentées à plusieurs
niveaux et suivant différentes orientations une nomenclature des jauges à été
instaurées.
Tableau Tableau Tableau Tableau 2222: Nomenclature des jauges: Nomenclature des jauges: Nomenclature des jauges: Nomenclature des jauges
Lettre Définition
L Longitudinale (sens de roulement)
T Transversale (perpendiculaire)
H Niveau Haut de la carotte
B Niveau Bas de la carotte
D Déflectomètre
1 à 12 Numéro de la carotte
Figure Figure Figure Figure 32323232: Numérotation des jauges: Numérotation des jauges: Numérotation des jauges: Numérotation des jauges
22
A titre d’exemple la jauge TH10 correspond à la jauge Transversale Haute de la
carotte numéro 10 Chaque série possède une dénomination précise. Elle se présente
sous le format suivant : « Chiffre » « Lettre » « Chiffre », par exemple 22C6. Le premier
chiffre correspond au numéro de la série, la lettre ‘C’ à Camion. Enfin le dernier chiffre
correspond au numéro du passage dans la série. Dans le cas de l’exemple il s’agit du
passage numéro 6 pour le camion dans la série 22. Toutes les dénominations sont
détaillées dans les matrices des passages des Annexe C et Annexe D.
Ainsi dans le cas de la Figure 33 le graphique met en parallèle la courbe du
passage 3 de la série 117 pour la jauge longitudinale basse de la carotte numéro 10,
avec le passage numéro 5 de la série 118 pour les mêmes caractéristiques. Un
graphique va donc contenir toute les informations utiles pour connaître les paramètres
utilisés lors de l’étude.
Figure Figure Figure Figure 33333333: : : : Exemple d'étude graphiqueExemple d'étude graphiqueExemple d'étude graphiqueExemple d'étude graphique
L’amplitude de chaque graphique est donnée en Ydéformation, l’abscisse
correspond au temps. Il y a un point toutes les 2 ms. L’étude suivante va présenter la
fiabilité des résultats ainsi que les conclusions à tirer de l’étude pour les passages
considérés.
4.2 Véracité des résultats
4.2.1 Comparaison des résultats de deux jauges consécutives
Comme vu dans les sections précédentes, il y’a deux ou trois carottes
consécutives instrumentées de manière similaire. Il est donc possible de comparer deux
jauges dites « consécutives » c'est-à-dire placées sur deux carottes différentes d’une
même section. Sur la Figure 34 les jauges longitudinales basses des carottes N°10 et 11
sont mises en parallèles pour valider ou non la véracité des résultats.
-20
-10
0
10
20
30
40
50
60
70
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8 2 2,2 2,4 2,6 2,8 3 3,2 3,4 3,6 3,8
µdéformations
Temps en seconde
118C5-LB10
117C3-LB10
23
Figure Figure Figure Figure 34343434: : : : Jauge Jauge Jauge Jauge LB avec LB avec LB avec LB avec pneu large 100/100/120Psi sur pneu large 100/100/120Psi sur pneu large 100/100/120Psi sur pneu large 100/100/120Psi sur sectionsectionsectionsection 100mm100mm100mm100mm
Nous constatons ainsi que les courbes possèdent des allures identiques pour les
deux types de revetements testés, à savoir le 50mm et le 100mm et pour les deux types
de pneus testés.
Cependant, un décalage significatif est à noter au point de vue de l’amplitude des
déformations relevées par les deux jauges. Ce phénomène nous a permis d’ajuster notre
procédure de fabrication des carottes instrumentées sur le point suivant. Les premières
jauges ont été équipées avec des anneaux instrumentés collés sur toute la surface du
croisillon contenant les jauges de déformation. Nous nous sommes aperçu que la
présence fortuite d’un granulat au droit de la jauge diminuait fortement la liberté de la
jauge à représenter la déformation globale de l’asphalte. La nouvelle génération de
jauges est équipée d’un anneau instrumenté collé uniquement sur sa périphérie. Ainsi,
la présence fortuite des granulats au droit de la jauge n’altére dorénavant que très peu
la lecture de la déformation moyenne diamétrale de la carotte sur la fibre inférieure de
l’asphalte. Les nouvelles jauges posées pour la campagne de l’été donnent des résultats
plus fiables à cet égart comme le montre la Figure 35et la Figure 36
-40
-20
0
20
40
60
80
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8 2 2,2 2,4 2,6 2,8 3 3,2 3,4 3,6 3,8
µdéformations
Temps en seconde
27C5-LB11
27C5-LB10
24
Figure Figure Figure Figure 35353535:::: Jauge Jauge Jauge Jauge LB avec LB avec LB avec LB avec pneu pneu pneu pneu doubledoubledoubledouble 100/100/1100/100/1100/100/1100/100/100000000Psi sur Psi sur Psi sur Psi sur section 5section 5section 5section 50mm0mm0mm0mm
Figure Figure Figure Figure 36363636:::: Jauge Jauge Jauge Jauge TB avec TB avec TB avec TB avec pneu pneu pneu pneu doubledoubledoubledouble 100/100/1100/100/1100/100/1100/100/100000000Psi sur Psi sur Psi sur Psi sur section 5section 5section 5section 50mm0mm0mm0mm
Il est possible d’évaluer l’erreur en mesurant l’amplitude des pics du tridem est en
calculer le pourcentage de l’erreur. Les résultats sont résumés au Tableau 3:
Tableau Tableau Tableau Tableau 3333: Mesure de l'écart entre deux jauges consécutives de la série 123C5: Mesure de l'écart entre deux jauges consécutives de la série 123C5: Mesure de l'écart entre deux jauges consécutives de la série 123C5: Mesure de l'écart entre deux jauges consécutives de la série 123C5
Section 50 mm/ Pression 100 Psi/ Pneu Double
Série 123C5
Essieu N° 4 5 6
TH3 Vs TH2 2,58% 1,97% 1,06%
LH3 Vs LH2 -2,56% -3,22% -1,57%
Les différences sont donc bien inférieures grace à cette nouvelle conception pour la
fixation des jauges sur la carrote.
-40
-20
0
20
40
60
80
100
120
140
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8 2 2,2 2,4 2,6 2,8 3 3,2 3,4 3,6 3,8
µdéformations
Temps en seconde
123C5-LB2
123C5-LB3
-160
-140
-120
-100
-80
-60
-40
-20
0
20
40
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8 2 2,2 2,4 2,6 2,8 3 3,2 3,4 3,6 3,8
µdéformations
Temps en seconde
123C5-TB2
123C5-TB3
25
� Conclusion :
Il est donc possible d’affirmer que les jauges sont fiables au niveau du signal,
néanmoins, il existe une différence au niveau des amplitudes, différence provenant des
premières jauges « expérimentales ». Cependant, la présente étude portant
principalement sur un aspect comparatif de différents types de chargement et de
pression, les résultats obtenus permettent néanmoins de statuer sur l’aggressivité
relative des différentes configurations de chargement et de pression pour en identifier
celles qui sont les plus agressives pour la structure de chaussée. C’est pourquoi l’etude
des courbes sera faite pour une jauge donnée et non pas entre deux jauges
consécutives. Les exemples enoncés précedement sont pour quatres jauges. Cependant
ces mêmes etudes ont été réalisées pour toutes les jauges et les conclusions sont les
mêmes dans chaque cas..
4.2.2 Comparaison des résultats de trois passages valides
Lors des essais, la validité des passages était déterminée par la distance de
passage entre le pneu et les marquages sur le repère au sol. Les graphiques des trois
essais valides pour chaque situation sont regroupés à des fins de confirmation.
Figure Figure Figure Figure 37373737: Passages valides: Passages valides: Passages valides: Passages valides pneu large 100/100/120Psi pneu large 100/100/120Psi pneu large 100/100/120Psi pneu large 100/100/120Psi sectionsectionsectionsection 100mm100mm100mm100mm
-30
-20
-10
0
10
20
30
40
50
60
27C4-LB10
27C5-LB10
27C6-LB10
26
Figure Figure Figure Figure 38383838: Passages valides: Passages valides: Passages valides: Passages valides pneu pneu pneu pneu jumelé 100/60/55 jumelé 100/60/55 jumelé 100/60/55 jumelé 100/60/55 Psi sPsi sPsi sPsi sectionectionectionection 55550mm0mm0mm0mm
On s’aperçoit que dans le cas des jauges longitudinales basses, et pour trois
passages d’offset entre -50 mm et +50 mm sur la plaque de guidage (basé sur l’arrête
du premier pneu du tridem), les amplitudes de déformations mesurées sont
sensiblement les mêmes. Le décalage observé entre les pics s’explique par le fait que la
vitesse entre les essais variait très légèrement. Intéressons nous donc aux résultats
transversaux.
4.2.3 Particularité des jauges transversales
L’analyse des courbes à mis en évidence des divergences pour les jauges
transversales. En effet alors que les courbes longitudinales offrent des résultats très
similaires les jauges transversales sont plus disparates. Ceci est observable sur les
figures ci-dessous :
Figure Figure Figure Figure 39393939: : : : Pneu largePneu largePneu largePneu large----Section 10Section 10Section 10Section 100000mmmmmmmm----Jauges Transversales Basse N°10Jauges Transversales Basse N°10Jauges Transversales Basse N°10Jauges Transversales Basse N°10
-75
-25
25
75
125
122C2-LB2
122C3-LB2
122C5-LB2
-50
-40
-30
-20
-10
0
10
20
30
40
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8 2 2,2 2,4 2,6 2,8 3 3,2 3,4 3,6 3,8
µdéformations
Temps en seconde
27C4-TB10
27C5-TB10
27C6-TB10
27
Pour expliquer ces différences les courbes sont à mettre en parallèle avec les
offsets de passage des roues de chaque série (Tableau 4).
Tableau Tableau Tableau Tableau 4444: O: O: O: Offset de passage de la série 27Cffset de passage de la série 27Cffset de passage de la série 27Cffset de passage de la série 27C
Offset du tridem
Série Roue 1 Roue 2 Roue 3
27C4 0 10 50
27C5 -10 10 40
27C6 -20 5 40
On remarque sur cet exemple que la courbe 27C4, à savoir le passage le plus
excentré, se démarque des autres pour son amplitude nettement plus élevée au niveau
du tridem. Elle se distingue aussi par un signal en traction pour les deux premières
roues contre de la compression pour les deux suivantes. La série 27C5 qui est située
entre les deux autres présente un signal qui est lui aussi compris entre les deux autres.
La seconde roue présente une légère traction contre une compression et une traction
importante pour les deux autres séries.
Nous pouvons donc en conclure que les jauges transversales sont
particulièrement sensibles à l’offset.
4.2.4 Relevé des variations de température
Pour chaque série, la température à été relevé sur chaque section. Il est
important de maintenir la température autour d’une valeur fixée pour tous les essais. En
effet la variation de la température va modifier le comportement mécanique de la
chaussée et donc l’amplitude des déformations.
Les conditions pour les essais sont résumées dans le Tableau 5 Et toutes les
courbes d’évolutions sont présentes en Annexe E
TablTablTablTableau eau eau eau 5555: Moyenne et écarts de température lors des essais: Moyenne et écarts de température lors des essais: Moyenne et écarts de température lors des essais: Moyenne et écarts de température lors des essais
Section 100 mm Section 50 mm Section Enduit
Printemps 12° ± 2° 12° ± 2° Non imposé
été 22° ± 2° 22° ± 2° Non imposé
4.2.5 Relevé des variations de teneur en eau
La prise de mesure à différentes heures de la journée ne montre pas d’évolution
de la teneur en eau. Il existe cependant une légère variation lorsque les essais étaient
réalisés sur une section sur plusieurs jours. La plage de variation des valeurs est donnée
dans le Tableau 6. La variation étant faible cela n’aura pas de conséquence majeure sur
la prise de mesure.
28
Tableau Tableau Tableau Tableau 6666: Plage de variatio: Plage de variatio: Plage de variatio: Plage de variation de la teneur en eau du soln de la teneur en eau du soln de la teneur en eau du soln de la teneur en eau du sol
Teneur en eau Section 100 mm Section 50 mm Section Enduit
Printemps 9,4 - 9,8 7,7 6,7 - 6,9
été 4,9 - 5 6,7 6,5
4.3 Conclusion Au passage d’une charge, les jauges d’une section retranscrivent correctement le
phénomène de traction ou de compression qui s’opère. Des différences d’amplitudes
sont présentes, l’étude se fera donc entre deux essais jauge par jauge. En ce qui
concerne les différences d’amplitude dues à l’offset il sera important de sélectionner des
séries qui présentent des différences d’offset aussi minimales que possibles en fonction
des séries disponibles obtenues à l’expérimentation. Les mesures obtenues nous ont
permis de comparer des séries ayant une différence relative d’offset de 10 mm
maximum La valeur positive ou négative de l’offset à aussi beaucoup d’importance.
C’est pourquoi deux essais ne pourront être comparés pour deux offsets de même
signe. Le choix des séries se faisant par les distances dans l’offset il sera malgré tout
nécessaire de s’assurer que les courbes ne présentent pas d’irrégularité entre elles.
4.4 Empreinte des pneus Afin de connaitre la variation de la surface d’application de la charge, les empreintes de
pneus du camion forestier ont été reproduites. Une peinture est appliquée sous le pneu
et ce dernier est apposé sur une feuille blanche. Afin de mesurer la surface, les
empreintes sont numérisées et analysées par un logiciel de traitement d’image et la
surface est calculée numériquement (Tableau 7).
Figure Figure Figure Figure 40404040: Empreinte brute: Empreinte brute: Empreinte brute: Empreinte brute
Figure Figure Figure Figure 41414141: : : : Empreinte traitéeEmpreinte traitéeEmpreinte traitéeEmpreinte traitée
29
Tableau Tableau Tableau Tableau 7777: : : : Surface des pneus en fonction du type de pneuSurface des pneus en fonction du type de pneuSurface des pneus en fonction du type de pneuSurface des pneus en fonction du type de pneu
Camion forestier
Pneu jumelé Pneu à bande large
Pression 100 Psi 100 Psi
Surface du pneu (cm²) 621 630
L’ensemble des empreintes de pneus est donné en Annexe B
5. EFFET DU TYPE DE PNEU
5.1 Méthodologie La première étape de l’analyse consiste à sélectionner les séries qui seront deux
à deux comparées. Pour chaque série la valeur des amplitudes des déformations est
calculée pour chaque essieu du tridem du camion. Cela permet d’obtenir trois valeurs
pour chaque jauge situées en bas de la couche d’asphalte.
Prenons pour exemple le cas du camion forestier lors des essais de l’été pour
chaque section (100 mm, 50 mm, enduit), deux comparaisons de série sont possibles et
synthétisées dans le Tableau 8.
Tableau Tableau Tableau Tableau 8888: Sélection des séries : Sélection des séries : Sélection des séries : Sélection des séries pour la comparaison Pneu jumelé/ Pneu largepour la comparaison Pneu jumelé/ Pneu largepour la comparaison Pneu jumelé/ Pneu largepour la comparaison Pneu jumelé/ Pneu large
Distance de passage de chaque essieu
100 mm 50 mm Enduit
117C2 Vs
133C7 123C4 Vs
127C4 120C2 Vs
129C5
-25 # -25 #-10 -30 #-20 # -5 -35 # -35 # -20 -45 # -45 # -25 10 # 5 # 15 20 # 25 # 40
117C3 Vs
133C8
120C3 Vs
129C2
15 # 15 # 25 20 # 25 # 45
-30 # -35 # -25 -45 # -40 # -25
Les valeurs sous la dénomination des séries représentent l’offset des pneus pour
la série (offset pneu N°1 # offset pneu N°2 # offset pneu N°3). Ainsi dans ce cas là 10
séries seront analysées pour offrir trois valeurs comparatives pour chaque jauge. Pour
chaque critère, les séries sont ainsi sélectionnées.
Une fois les séries sélectionnées les valeurs des pics sont relevées pour chaque
essieu.
30
Figure Figure Figure Figure 42424242: Comparaison type de pneu section 100mm (longitudinale): Comparaison type de pneu section 100mm (longitudinale): Comparaison type de pneu section 100mm (longitudinale): Comparaison type de pneu section 100mm (longitudinale)
Figure Figure Figure Figure 43434343: : : : Comparaison type de pneu Comparaison type de pneu Comparaison type de pneu Comparaison type de pneu section 100mm (transversale)section 100mm (transversale)section 100mm (transversale)section 100mm (transversale)
Les amplitudes des pics sont mesurées comme indiqués sur la Figure 42 et la
Figure 43. Ces deux figures illustrent la prise de mesure pour le troisième pneu du
Tridem. Ce qui donne dans le cas de notre exemple le Tableau 9
-100
-50
0
50
100
150
200
Camion Forestier -Section 100mm- Jauge longitudinale
123C4-LB3Jumelé
127C4-LB3Large
-250
-200
-150
-100
-50
0
50
Camion Forestier -Section 100mm- Jauge transversale
123C4-TB3Jumelé
127C4-TB3Large
31
Tableau Tableau Tableau Tableau 9999: : : : Synthèse des amplitudes des picsSynthèse des amplitudes des picsSynthèse des amplitudes des picsSynthèse des amplitudes des pics
N° sérieN° sérieN° sérieN° série PassagePassagePassagePassage VéhiculeVéhiculeVéhiculeVéhicule
VsVsVsVs
N° sérieN° sérieN° sérieN° série PassagePassagePassagePassage VéhiculeVéhiculeVéhiculeVéhicule
123 123C4 Camion 127 127C4 Camion
Essieu 4 5 6 Essieu 4 5 6
TB3 -163,22 -179,86 -161,12 TB3 -176,21 -229,47 -194,40
LB3 159,61 179,42 185,63 LB3 161,07 204,05 220,23
TB2 -141,43 -154,48 -113,13 TB2 -175,11 -207,76 -154,39
LB2 186,91 206,30 211,57 LB2 169,82 221,36 232,44
La différence est alors calculée et un pourcentage de celle-ci est effectué pour quantifier
la différence. Les pourcentages sont arrondis à 5%. Ce qui donne le Tableau 10
Tableau Tableau Tableau Tableau 10101010: Calcul des pourcentages des différences: Calcul des pourcentages des différences: Calcul des pourcentages des différences: Calcul des pourcentages des différences
Type Jumelé/Large
=>
Type Jumelé/Large
Essieu 4 5 6 Essieu 4 5 6
TB3 -7,96% -27,58% -20,66% TB3 -10% -30% -20%
LB3 -0,92% -13,72% -18,64% LB3 0% -15% -20%
TB2 -23,81% -34,49% -36,47% TB2 -25% -35% -35%
LB2 9,15% -7,30% -9,87% LB2 10% -5% -10%
L’interprétation des écarts est la suivante : Une valeur négative des pourcentages
indique que les déformations engendrées par les pneus à bandes larges sont
supérieures à celle des pneus jumelés. Toutes ces opérations sont effectuées pour
chaque comparaison de série et pour chaque critère. Le nombre d’occurrence d’un
pourcentage est alors calculé et les résultats sont donnés dans les parties suivantes.
5.2 Résultats des essais
5.2.1 Essais de printemps
L’étude complète de toutes les courbes va nous permettre de synthétiser les
résultats sous forme de diagramme. Les diagrammes issus de la section 50 mm seront
distingués de ceux de la section 100 mm (Figure 44 et la Figure 45).
(Rappel : L’interprétation des écarts est la suivante : Une valeur négative des
pourcentages indique que les déformations engendrées par les pneus à bandes larges
sont supérieures à celle des pneus jumelés)
32
Figure Figure Figure Figure 44444444: : : : Écart de déformations sur Écart de déformations sur Écart de déformations sur Écart de déformations sur la section la section la section la section 100100100100 mmmmmmmm (printemps)(printemps)(printemps)(printemps)
Figure Figure Figure Figure 45454545: : : : Écart Écart Écart Écart de déformations sur la section 5de déformations sur la section 5de déformations sur la section 5de déformations sur la section 50 mm0 mm0 mm0 mm (printemps)(printemps)(printemps)(printemps)
5.2.2 Essais à l’été
Les mêmes séries de courbes ont été tracées pour les essais de l’été :
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
-70% -60% -50% -40% -30% -20% -10% 0% 10% 20% 30% 40% 50%
Nombre d'occurence du pourcentage
Pourcentage calculé de l'écart des déformations
Camion forestier- Pneu Jumelé/large (100 Psi)Section 100mm
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
4
4,5
-70% -60% -50% -40% -30% -20% -10% 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60%
Nombre d'occurence du pourcentage
Pourcentage calculé de l'écart des déformations
Camion forestier- Pneu Jumelé/large (100 Psi)Section 50 mm
33
Figure Figure Figure Figure 46464646: : : : Écart de déformations sur Écart de déformations sur Écart de déformations sur Écart de déformations sur la section la section la section la section 100100100100 mm (été)mm (été)mm (été)mm (été)
Figure Figure Figure Figure 47474747: : : : Écart de déformations sur Écart de déformations sur Écart de déformations sur Écart de déformations sur la section 5la section 5la section 5la section 50000 mm (été)mm (été)mm (été)mm (été)
On peut constater aux vues des résultats que les courbes présentent souvent une
répartition souvent disparate. Dans un but de synthèse nous allons déterminer pour
chaque courbe la moyenne des pourcentages ainsi que l’écart type.
5.2.3 Synthèse des résultats
Le Tableau 11 synthétise la moyenne des points obtenus ainsi qu’entre
parenthèse l’écart type de la courbe. Les cases grisées représentent les valeurs
moyennes et les écarts types des figures présentées par la suite (Figure 48 et Figure 49)
0
1
2
3
4
5
6
7
-80% -60% -40% -20% 0% 20% 40% 60%
Nombre d'occurence du pourcentage
Pourcentage calculé de l'écart des déformations
Camion forestier- Pneu Jumelé/large (100 Psi)Section 100mm
0
1
2
3
4
-60% -50% -40% -30% -20% -10% 0% 10% 20% 30% 40%
Nombre d'occurence du pourcentage
Pourcentage calculé de l'écart des déformations
Camion forestier- Pneu Jumelé/large (100 Psi)Section 50mm
34
Tableau Tableau Tableau Tableau 11111111: : : : Synthèse deSynthèse deSynthèse deSynthèse des résultats suivant la section étudiées résultats suivant la section étudiées résultats suivant la section étudiées résultats suivant la section étudiée
Pneu jumelé Vs Pneu large
Section 100 mm Section 50 mm
Printemps -17,9% (12) -8,7% (23)
-14,0% (18)
été -19,6% (24) -22% (11)
-21% (19)
Ce tableau met en avant plusieurs observations :
� Toutes les moyennes sont négatives, cela implique que le changement des pneus
jumelés par les pneus à bande large à bien pour effet d’augmenter l’impact des
déformations en bas de la couche d’asphalte. Ces constatations sont valables quelque
soit l’épaisseur d’asphalte étudiée pour la période d’été.
� Il apparait que le changement de pneus à plus d’impact pour la période de l’été, à
la fois pour la section 100 mm que la section 50 mm. La moyenne toute section
confondue pour les essais printaniers est de -14,1% contre -16,4% pour l’été.
� Il ressort de ces moyennes que l’impact est sensiblement le même pour la section
100 mm entre l’été et le printemps et de l’ordre de -18% à -20%. La différence est bien
plus marquée pour la section 50 mm puisque le pourcentage est doublé pour l’été.
Les écarts type mesurés ainsi que la répartition des points des courbes est importante
dans l’interprétation.
� Les écarts types calculés sont variables, ils peuvent aller de 11-12 (cas de la
Figure 44 et de la Figure 47), qui représentent un bon groupement des points, à une
valeur proche de 25 (cas de la Figure 45 et de la Figure 46), où la les points sont
espacés. Il est donc important de bien associer une moyenne des points avec la forme
de la courbe qui lui est associée. La moyenne est en effet modifiée par la présence des
points qui sont plus éloignés.
En effectuant une combinaison de tous les résultats indépendamment de la section
ou du type de sollicitation il en ressort les courbes de la Figure 48 pour les données
printanières et la Figure 49 pour les données estivales.
35
Figure Figure Figure Figure 48484848: : : : Écart de déformations Écart de déformations Écart de déformations Écart de déformations pour les essais de ppour les essais de ppour les essais de ppour les essais de printempsrintempsrintempsrintemps
La moyenne de la courbe est de -14 % avec un écart type de 18. Comme on peut
l’observer les points sont fortement groupés entre -15% et -25%. Plusieurs valeurs
ponctuelles positives augmentent cependant la moyenne. Les valeurs importantes de
certains ecarts types seront expliquées dans les sections suivantes.
Figure Figure Figure Figure 49494949: : : : Écart de déformations Écart de déformations Écart de déformations Écart de déformations pour les essais de l’étépour les essais de l’étépour les essais de l’étépour les essais de l’été
La moyenne de la courbe est de -21% avec un ecart type de 19. Les observations sont
les même que pour les essais de printemps.
0
2
4
6
8
10
12
14
-70% -60% -50% -40% -30% -20% -10% 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70%
Nombre d'occurence du pourcentage
Pourcentage calculé de l'écart des déformations
Camion forestier- Pneu Jumelé/large (100 Psi)Printemps
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
-75% -65% -55% -45% -35% -25% -15% -5% 5% 15% 25% 35% 45% 55%
Nombre d'occurence du pourcentage
Pourcentage calculé de l'écart des déformations
Camion forestier- Pneu Jumelé/large (100 Psi)Été
36
L’analyse des courbes à mis en avant une grande sensibilité du décallage spacial sur la
réponse des jauges. L’analyse de cet effet est détaillé dans les sections suivantes.
5.2.4 Jauge en haut de couche
L’analyse de cette section à été effectuée en exploitant les jauges situées en haut
de la couche d’asphalte. La seule section instrumentée à ce niveau est celle ayant 100
mm d’épaisseur d’asphalte. L’instrumentation comme précédemment est suivant deux
directions (longitudinale et transversale). Les résultats sont les suivants :
Figure Figure Figure Figure 50505050: : : : Écart de déformationsÉcart de déformationsÉcart de déformationsÉcart de déformations en haut de couche (en haut de couche (en haut de couche (en haut de couche (étéétéétéété))))
La moyenne de la courbe est 20,8% avec un écart type de 21. L’interprétation des
courbes est la suivante : Une valeur positive des pourcentages indique que les
déformations engendrées avec les pneus larges sont inférieures à celles des pneus
jumelés. Les conclusions sont donc inversées par rapport aux jauges situées en fond de
couche. Les pneus jumelés semblent plus agressifs en surface de la couche. Ce
phénomène est valable pour des offsets proches de zéro et la section suivante va
permettre de caractériser les déformations s’exerçant sur la largeur du sentier de roue.
5.2.5 Étude de la déflection section 50 mm et enduit
Les deux déflectomètres placés sur la section 50 mm et sur l’enduit, renvoient au
passage du camion un signal sous la forme de la Figure 51
0
1
2
3
4
5
-60
%
-55
%
-50
%
-45
%
-40
%
-35
%
-30
%
-25
%
-20
%
-15
%
-10
%
-5%
0%
5%
10
%
15
%
20
%
25
%
30
%
35
%
40
%
45
%
50
%
55
%
60
%
65
%
70
%
75
%
80
%
Camion forestier- Pneu Jumelé/large (100 Psi)Jauge en haut de la couche
37
Figure Figure Figure Figure 51515151: Réponse du déflectomètre au passage du tridem: Réponse du déflectomètre au passage du tridem: Réponse du déflectomètre au passage du tridem: Réponse du déflectomètre au passage du tridem
Les amplitudes des pics sont mesurées et comparés suivant la démarche énoncée pour
les jauges longitudinales et transversales. Les résultats sont synthétisés dans le Tableau
12
Tableau Tableau Tableau Tableau 12121212: : : : Synthèse deSynthèse deSynthèse deSynthèse des résultats de déflection suivant la section éts résultats de déflection suivant la section éts résultats de déflection suivant la section éts résultats de déflection suivant la section étudiéeudiéeudiéeudiée
Pneu jumelé Vs Pneu large
Section 50 mm Enduit
Printemps -5,0% (7) -25% (5)
-12,1% (12)
été -11,1% (13) 7,0% (28)
-1,6% (19)
Ce tableau met en avant plusieurs observations :
� Les moyennes négatives indiquent que les pneus jumelés sont moins agressifs que
les pneus à bandes larges. C’est le cas pour les essais de printemps. Les deux séries
d’essais présentent des écarts types inférieur à 10% ce qui montre un bon regroupement
des points. Pour le printemps, la baisse est plus marquée pour l’enduit avec une
différence de 25%.
� Les observations faites pour le printemps ne sont pas valables pour la période de
l’été. En effet les valeurs sont plus disparates (écart de 13% et de 28%). Sur la section de
50 mm la mise en place de pneus jumelés est moins agressive ce qui n’est pas le cas
pour l’enduit.
� La différence sur la section 50 mm est d’autant plus marquée pour la période de
l’été que pour le printemps (Il en était de même pour les déformations transversales et
longitudinales -Tableau 11-).
-0,01
0
0,01
0,02
0,03
0,04
0,05
0,06
Réponse du déflectomètre au passage du tridem
24C4-D1
38
L’écart type pour la période de l’été peut s’expliquer par la grande sensibilité au niveau
de l’offset. En effet en traçant la distribution des déformations longitudinales dans la
chaussée pour la section 50 mm on observe sur une largeur de 600 mm la différence
pouvant exister entre les deux configurations.
Figure Figure Figure Figure 52525252: Bassin de : Bassin de : Bassin de : Bassin de déflection à 100 Psi sur la section 50 mmdéflection à 100 Psi sur la section 50 mmdéflection à 100 Psi sur la section 50 mmdéflection à 100 Psi sur la section 50 mm
Pour des valeurs proches de l’offset 0 (arrête du pneu), on observe un signal
proche pour les deux types de pneus. La différence est bien plus marquée au niveau de
la distribution sous le pneu. Il apparait clairement que les pneus jumelés y sont moins
agressifs à cet égard. L’ensemble des bassins des déformations est traitée dans la
section 6.
5.3 Conséquence sur la durée de vie des chaussées La déformation de la fibre inférieure de la couche d'asphalte influe directement
sur la durée de vie de la structure de chaussée, donc des ECAS (Essieu équivalent)
admissibles. Des valeurs courantes de déformations relevées au bas de la structure
d'asphalte ont été prises en exemple (dans notre cas, de 100 à 250 µdéf) et il a été
calculé le nombre d'ECAS admissible sur une structure dimensionnée acceptant ce même
ordre de grandeur de déformation. Ensuite, les mêmes déformations ont été envisagées,
mais avec des baisses homogènes aux différents gains enregistrés, suite aux variations
de pression des pneus des véhicules, évoquées dans ce rapport.
-0,05
0
0,05
0,1
0,15
0,2
0,25
-800 -600 -400 -200 0 200 400 600
µdéformations
Distance du flanc du pneu en mm
Jumelé
Large
39
Figure Figure Figure Figure 53535353:Impact de la baisse des déformations sur le nombre d'ECAS:Impact de la baisse des déformations sur le nombre d'ECAS:Impact de la baisse des déformations sur le nombre d'ECAS:Impact de la baisse des déformations sur le nombre d'ECAS
Il apparait, à la vue de la Figure 53, qu'une baisse de 7% de la déformation engendrée
par un passage de pneu engendre quasiment une durée de vie multipliée par deux pour
la structure de chaussée. Un gain de l'ordre de 10%, permettrait d'augmenter la durée de
vie de la chaussée d'un facteur proche de 2,5. Ces constatations sont valables pour la
résistance en fatigue de la couche d'asphalte au niveau de sa fibre inférieure.
Cependant, il faut prendre en compte que des dégradations majeures sont aussi
provoquées par les efforts en surface, mais ceux-ci ne pourraient être mis en évidence
qu'au travers d'études spécifiques adaptées pour se focaliser sur ces effets (effets de
cisaillement, effets dynamiques, etc.)
6. ANALYSE DE LA DISTRIBUTION DES DÉFORMATIONS
6.1 Jauge en fond de couche L’objectif de cette étude est de déterminer un bassin de déformation, en
effectuant des passages successifs à des offsets volontairement de plus en plus éloignés
de part et d’autre du zéro. Pour permettre une meilleure compréhension, la zone
rectangulaire représente la localisation du pneu de l’autobus dont le flanc passe au droit
de l’axe de la jauge de déformation.
6.1.1 Jauge longitudinale
Les bassins de déformations sont tracés pour le deuxième essieu du tridem. Il
s’agit de représenter sur un même graphique les bassins longitudinaux pour les deux
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
100 150 200 250
Mill
ion
s d
'EC
AS
Déformation en μdef
Nombre d'ECAS suivant une réduction de la déformation
Déformations initiales
Baisse de 3%
Baisse de 5%
Baisse de 7%
Baisse de 10%
40
types de pneus afin d’avoir une vision plus générale des différences pouvant subsister
entre ces deux configurations.
Figure Figure Figure Figure 54545454: : : : BBBBassin des déformations assin des déformations assin des déformations assin des déformations longitudinales longitudinales longitudinales longitudinales basses basses basses basses sur la section 100 mmsur la section 100 mmsur la section 100 mmsur la section 100 mm
Figure Figure Figure Figure 55555555: : : : BBBBassin des déformations longitudinales assin des déformations longitudinales assin des déformations longitudinales assin des déformations longitudinales basses basses basses basses sur la section 50 mmsur la section 50 mmsur la section 50 mmsur la section 50 mm
Les largeurs des pneus sont issues des empreintes de pneus prises au moment
des essais.
� Chaque courbe présente un maximum qui se situe approximativement au centre du
pneu pour le pneu à bande large ou au niveau de l’espace entre les deux pneus
pour le pneu jumelé. Les mesures effectuées sont nombreuses proches de l’arrête
-50
0
50
100
150
200
250
300
-1200 -1000 -800 -600 -400 -200 0 200 400 600 800
µdéformations
Distance du flanc du pneu en mm
Double
Large
-50
0
50
100
150
200
250
300
350
400
-800 -600 -400 -200 0 200 400 600
µdéformations
Distance du flanc du pneu en mm
Double
Large
41
en zéro cependant le manque de point pour des offsets proches de + 400 mm ne
permet pas de transcrire avec précision les phénomènes physiques dans cette zone.
� On constate aux vues de ces courbes que les observations effectuées
précédemment dans le rapport sont confirmées. Pour les jauges longitudinales
situées en fond de couche, les déformation engendrées par les pneus jumelés sont
bien inférieures a celles issus du passage des pneus jumelées. Cette observation est
d’autant plus importante lorsque les offsets sont proches de 200 mm
� Les bassins longitudinaux possèdent la même forme générale, cependant les
bassins issus des pneus jumelés sont plus large. La zone affectée par les pneus
jumelés est plus importante compte tenue de largeur de ce pneus ( 535 mm contre
380 pour le pneu large)
� Il est a noté la faible variation des déformations proche de l’offset zéro qui confirme
l’analyse et les conclusions de la section 4.2.2.
6.1.2 Jauge transversale
La même étude est effectuée pour les jauges transversales. Des différences
importantes apparaissent au niveau des déformations dépendamment de la section à
l’étude.
Figure Figure Figure Figure 56565656: Bassin des déformation: Bassin des déformation: Bassin des déformation: Bassin des déformations transversales s transversales s transversales s transversales basses basses basses basses sur la section 10sur la section 10sur la section 10sur la section 100 mm0 mm0 mm0 mm
-150
-100
-50
0
50
100
150
-1200 -1000 -800 -600 -400 -200 0 200 400 600 800
µdéformations
Distance du flanc du pneu en mm
Double
Large
42
Figure Figure Figure Figure 57575757: Bassin des déformations transversales : Bassin des déformations transversales : Bassin des déformations transversales : Bassin des déformations transversales basses basses basses basses sur la section 50 mmsur la section 50 mmsur la section 50 mmsur la section 50 mm
Il est important dans l’analyse de distinguer les différentes zones du pneu. De
même que sur les figures précédentes, les empreintes des pneus sont représentées afin
de visualiser ces différentes zones.
� Pour des offsets inférieurs à zéro: Sur la section 100 mm et 50 mm il apparait que
les déformations engendrées par les pneus larges sont supérieures à celles des
pneus doubles. La différence atteint un maximum pour des offsets proche de -25
mm. Ces observations confirment l’analyse de la section 5.2. Ou il apparaissait que
les pneus jumelés étaient de l’ordre de 15% moins agressif que les pneus à bandes
larges. L’étude la section 5.2 à été effectuée pour des offsets compris entre -50 mm
et 50 mm. Il est donc important de noter que la variation de déformations est très
importante dans cette zone. Cela confirme l’analyse de la section 4.2.3 dans
laquelle l’importance de l’offset pour les jauges transversales étaient mise en avant.
Ces variations expliquent aussi la grande disparité des résultats précédents.
� Pour les pneus jumelés : Les déformations passent d’une valeur négative pour les
offsets inférieurs à zéro, à des valeurs positives. Les déformations vont attendre un
maximum au niveau du centre du pneu gauche. Ces déformations vont par la suite
décroître pour atteindre des valeurs négatives au niveau de l’espacement entre les
pneus. Au niveau des phénomènes s’appliquant sous le pneu droit, le nombre de
valeur est insuffisant pour tirer de bonne conclusion. Cependant il semble que les
déformations deviennent de nouveau positives sous le pneu droit pour décroitre par
la suite. Il semble donc y avoir une bonne symétrie du phénomène.
� Pour les pneus à bande large ; Les bassins des deux sections à l’étude montrent une
différence importante entre les deux. En effet sur la section 100 mm, les
déformations deviennent positives pour des offsets supérieurs à zéro. Il y a aussi
-300
-250
-200
-150
-100
-50
0
50
100
150
-800 -600 -400 -200 0 200 400 600
µdéformations
Distance du flanc du pneu en mm
Double
Large
43
une augmentation des déformations pour la section 50 mm cependant celle-ci n’est
pas aussi importante et les déformations restent négatives. Le signal obtenu sur la
section 50 mm présentent un phénomène de cisaillement qui n’est pas présent sur
la section 100 mm (ou de très faible amplitude). Ceci est observable sur la Figure
58. En plus d’une amplitude variable, les deux signaux ne possèdent pas la même
allure.
Figure Figure Figure Figure 58585858: Signal du tridem: Signal du tridem: Signal du tridem: Signal du tridem, pneu large, pneu large, pneu large, pneu large sur la section 50 mmsur la section 50 mmsur la section 50 mmsur la section 50 mm
6.1.3 Conclusion
Les jauges longitudinales confirment les conclusions de la section précédente qui
sont que les pneus jumelés sont moins agressifs pour des offsets proche de zéro. Ce
résultat est à nuancer par le fait que le bassin de déformation est cependant plus large
puisque les charges sont mieux réparties. Les conclusions sur les jauges transversales
sont plus discutables. En effet pour certains zones, les pneus jumelés sont bien moins
agressifs cependant les déformations vont passer de valeurs négatives à des valeurs
positives et cela à deux reprises sur la largeur du pneu jumelé. Au contraire, les
déformations sont plus constantes pour le pneu à bande large. Les répercutions au
niveau de l’asphalte n’est donc pas le même dépendamment de l’épaisseur de
l’asphalte.
6.2 Jauge en haut de couche
6.2.1 Jauge longitudinale
Dans cette section la même étude que précédement est effectuée pour les jauges
situés en haut de la couche.
-250
-200
-150
-100
-50
0
50
100
Jauge transversal basse section 50 mm
127C3-TH3
128T1-TH3
44
Figure Figure Figure Figure 59595959: Bassin des déformations longitudinales hautes sur la section : Bassin des déformations longitudinales hautes sur la section : Bassin des déformations longitudinales hautes sur la section : Bassin des déformations longitudinales hautes sur la section 101010100 mm0 mm0 mm0 mm
� A partir des offsets +350 mm , le nombre de point n’est pas assez important
pour retracer correctement les phénomènes s’exerçant dans cette zone. Il est
possible cependant de noter pour ces jauges, une symétrie du signal qui aurait
pour axe le centre du pneu.
� Pour les offsets supérieur à zéro : Les courbes mettent en avant que les pneus
jumelés sont plus agressifs que les pneu à bande large au niveau des zones en
contact avec le pneu. L’espacement présent au centre du pneu réduit localement
les déformations. Alors que pour le pneu à bande large les déformations sont
sensiblements constantes (présence malgrès tout d’un effet de bord). Le pic de
déformation est bien plus important dans le cas des pneus jumelés
� Pour les offsets inférieurs à zéro : Les déformations issues du pneu à bande
large sont bien inférieures à celle du pneu jumelé.
6.2.2 Jauge transversale
La sensibilité des jauges transversales situées en haut de la couche est très grande. Le
bassin des déformations est le suivant
-90
-80
-70
-60
-50
-40
-30
-20
-10
0
-1200 -1000 -800 -600 -400 -200 0 200 400 600 800
µdéformations
Distance du flanc du pneu en mm
Double
Large
45
Figure Figure Figure Figure 60606060: Bassin des déformations transversales hautes sur la section 100 mm: Bassin des déformations transversales hautes sur la section 100 mm: Bassin des déformations transversales hautes sur la section 100 mm: Bassin des déformations transversales hautes sur la section 100 mm
Les jauges transversales présentent une grande sensibilité proche de l’offset.
Cependant il apparait que pour des offsets négatifs, les déformations des pneus jumelés
sont moins importantes que celles causées par les pneus larges.Une analyse plus précise
serait nécessaire afin de pousser plus loin l’analyse à ce niveau la.
7. ANALYSE FUTURE L’étude des différentes configurations à mis en avant l’importance de détailler
certains points de l’étude. Dans cette étude le signal à été traité en sélectionnant les
amplitudes des pics (Section 5.1). Cependant plusieurs signaux présentent des allures
particulières qui nécessiteraient une analyse. Dans la littérature, plusieurs études font
état des déformations en fond de couche mais peu traitent des effets proches du haut
de la couche. Ce rapport à mis en avant que les déformations sont loin d’être
hétérogènes dans la couche et les conclusions en fond de couche ne se révèlent pas être
les même proche de la surface. En particulier les jauges transversales présentent une
grande sensibilité quand à la position du pneu. Les efforts appliqués par le pneu
(traction, compression, cisaillement) sont multiples et se combinent, ce qui se traduit au
niveau des déformations, observées par les jauges, par des variations très importantes.
L’analyse future ne devra donc pas seulement porter sur les amplitudes des signaux
mais aussi sur leur allure et particulièrement pour les jauges en haut de la couche.
Enfin au cours de la campagne de l’été des essais complémentaires (Annexe D)
ont été effectués qui n’ont pas été analysés dans ce rapport. Ces essais mettaient en
œuvre une diminution de la charge à 80% de sa valeur pour étudier l’impact sur les
déformations. Ils testaient aussi l’influence de l’essieu escamotable, qui une fois baissé
au contact de la chaussée permettait de diminuer les charges par essieux. Les analyses
pourraient offrir une nouvelle approche pour diminuer l’impact des déformations dans
la chaussée.
-120
-100
-80
-60
-40
-20
0
20
40
60
80
-1200 -1000 -800 -600 -400 -200 0 200 400 600 800
Double
Large
46
8. CONCLUSION L’implantation des jauges optiques en croisillon sur plusieurs épaisseurs de la
couche d’asphalte ont permis une bonne caractérisation des déformations s’exerçant
dans la chaussée. L’analyse des amplitudes des signaux à mis en avant la différence
pouvant exister suivant les configurations appliquées au véhicule. Toutes les mesures
ont été relevées par les jauges prises au bas et en haut de la couche d’asphalte. Les
données issues des jauges hautes ne sont cependant exploitées que pour l’analyse des
bassins de déformations. L’analyse numérique des déformations s’exerçant pour des
offsets compris à ± 50 mm du centre de la jauge à mis en avant que les pneus jumelés
étaient en moyenne de 15 % moins agressifs que les pneus à bande large. Cette analyse
à aussi mis en avant une disparité des valeurs de certains essais. Les prises de mesures
sont ponctuelles et peuvent présenter des irrégularités dépendamment du bon
alignement du véhicule, de l’offset du passage, et des conditions extérieures. Il est donc
important d’associer la forme la moyenne mesurée aux formes des courbes qui
renvoient une tendance générale. Une étude approfondie à des signaux à relevé
l’importance de l’offset. En effet les jauges dépendamment de l’épaisseur d’asphalte
mettent en lumière une agressivité propre à chaque pneu.
Les pneus à bandes larges vont présenter des maximums de déformations au
centre du pneu au niveau longitudinal en bas de la couche. Les pneus jumelés par la
présence d’un espace entre chaque pneu vont permettre une augmentation dans la
largeur du bassin et des niveaux de déformation moindre. Cet espacement cependant
entraine de grandes variations au niveau des jauges transversales qui impose des
variations brutales de la réponse de la chaussée. L’analyse en haut de couche est plus
complexe car des effets de cisaillement sont présents. Enfin les signaux présentent de
bonne symétrie donc les axes sont les centres des pneus. Il est important d’analyser les
déformations issues de chaque jauge en fonction de sa position dans la couche et de
son orientation car l’impact du type de pneu ne sera pas isotrope dans la couche. Il
apparait donc que des phénomènes autres que la simple mise en tension de la fibre
inférieure de la couche d’asphalte entrent en ligne de compte dans le schéma complexe
de sollicitation de la structure de chaussée. Des études complémentaires seraient à
planifier pour focaliser l’observation et l’expérimentation sur les phénomènes de
traction/compression en surface, ainsi que la prise en compte des efforts de
cisaillement localisés au droit des pneus.
De plus, l’actuel processus expérimental est principalement axé sur la mesure
des déformations engendrées dans la structure au passage d’un véhicule. Il serait
intéressant de modifier le processus d’essais, en modifiant éventuellement
l’instrumentation pour mettre l’accent sur les phénomènes s’exerçant sur toute la
hauteur de la couche d’asphalte. Enfin, il serait également intéressant de s’attarder sur
les effets des flancs de pneus des camions sur les revêtements minces, effets faisant
également intervenir les éléments de cisaillement mentionnés.
47
RÉFÉRENCE (1) Douglas, R.A., Woodward, W.D.H., and Woodside, A.R. 2000. Road contact stresses and
forces under tires with low inflation pressure, Canadian Journal of Civil Engineering, 27,
pp. 1248- 1258
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pavement damage.’’ Vehicle-road interaction, ASTM STP 1225, ASTM, West
Conshohocken, Pa., 52–63
(3) Owende, P.M.O., Hartman, A.M., Ward, S.M., Gilchrist, M.D., and O’Mahony, M.J. 2001.
Minimizing Distress on Flexible Pavements Using Variable Tire Pressure, Journal of
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(6) Gilbert Y. Baladi, Michael Schorsch, Tunwin Svasdisant. 2003. Détermining the causes of
top-Down cracks in bituminous pavements, MDOT - PRCE - MSU -2003 -110.
48
Annexe A. CARACTÉRISTIQUES DU CAMION FORESTIER
Charge par essieu
Date : 28,29 et 30 Juillet 2008 Côté
chauffeur Côté
passager Côté
chauffeur Côté
passager
Essieu 100% 80% Directeur (kg) 5420 5393 5330
Moteur avant (kg) 9213 7833 6820 Moteur arrière (kg) 8910 7563 6640
Relevable (kg) ----- 7080 ----- Tracteur 1 (kg) 8778 7225 7450 5840 Tracteur 2 (kg) 8263 6658 6570 5270 Tracteur 3 (kg) 8453 7118 6380 6060
Total 49035 49070 39190 39190
Truck
Owner Daniel Tardif
Make Kenworth
Model T800 Color Orange
Trailer Make Trailex
Charge par essieu Date : 7 mai 2008
Côté chauffeur
Côté passager
Essieu-moteur #1 (pneus 3-6)
4.55 t 4.61 t
Essieu-moteur #2 (pneus 7-10)
4.35 t 4.45 t
Essieu-remorque #1 (pneus 19-22)
4.21 t 4.6 t
Essieu-remorque #2 (pneus 23-26)
3.95t 4.55 t
Essieu-remorque #3 (pneus 27-30)
4.0 t 4.45 t
Charge par groupe d’essieux Date : 6 mai 2008 (14h00)
Essieu directeur
Essieux-moteurs (2)
Essieux remorque (3)
5 460 kg 17 900 kg (charge axiale =
8 950 kg)
25 650 kg (charge axiale = 8
550 kg)
49
Tire Position Tire Size Tire Make Tire Model
Pression normale/réduite
(psi)
Steer 1 L Steer 11R24.5 Michelin XZE LRH 100/100
2 R Steer 11R24.5 Michelin XZE LRH 100/100
Drives
3 Drive 1 L-O 11R24.5 Michelin XDHT LRG 100/60
4 Drive 1 L-I 11R24.5 Michelin XDHT LRG 100/60
5 Drive 1 R-I 11R24.5 Michelin XZE LRG 100/60
6 Drive 1 R-O 11R24.5 Michelin XZY-2 LRG 100/60
7 Drive 2 L-O 11R24.5 Michelin XDHT LRG 100/60
8 Drive 2 L-I 11R24.5 Michelin XDY-2 LRG 100/60
9 Drive 2 R-I 11R24.5 Michelin XDN2 LRG 100/60
10 Drive 2 R-O 11R24.5 Michelin XZA-1 LRG 100/60
Trailer
19 Tridem 2 L-O 11R24.5 Michelin XDA-HT LRG 100/55
20 Tridem 2 L-I 11R24.5 Michelin XDA-HT LRG 100/55
21 Tridem 2 R-I 11R24.5 Michelin XZY3 LRH 100/55
22 Tridem 2 R-O 11R24.5 Michelin XZY3 LRH 100/55
23 Tridem 3 L-O 11R24.5 Michelin XZE LRG 100/55
24 Tridem 3 L-I 11R24.5 Michelin XDA-HT LRH 100/55
25 Tridem 3 R-I 11R24.5 Michelin XDA-HT LRH 100/55
26 Tridem 3 R-O 11R24.5 Michelin XDA-HT LRG 100/55
27 Tridem 4 L-O 11R24.5 Michelin XDS LRH 100/55
28 Tridem 4 L-I 11R24.5 Firestone FD663 100/55
29 Tridem 4 R-I 11R24.5 Yokohama RY637 LRG 100/55
30 Tridem 4 R-O 11R24.5 Sumitomo ST928 LRH 100/55
Pneus à bande large 455/55R22.5 LRL Michelin X one 80/100/120 psi
50
Annexe B. Empreintes des pneus du camion forestier
Camion forestier-Pneu jumelé- 100 Psi
Camion forestier-Pneu à bande large- 100 Psi
51
Annexe C. MATRICE DES ESSAIS REALISES AU PRINTEMPS 2008
N° série
Véhicule Epaisseur asphalte
Pression Essieu1
Pression Essieu2
Pression Essieu3
observation Type de
Pneu Dénomination
14 Camion Forestier 100 100 100 100 None Double 14C
17 Camion Forestier Enduit 100 100 100 None Double 17C
18 Camion Forestier 50 100 100 100 None Double 18C
21 Camion Forestier 50 100 100 100 None Large 21C
24 Camion Forestier Enduit 100 100 100 None Large 24C
28 Camion Forestier 100 100 100 100 None Large 28C
Remarque : Les dénominations « essieu1 »à « essieu3 » correspondent à la pression au
niveau des groupes d’essieu. Par conséquent essieu1=> Essieu directeur, essieu2=>
essieu moteur (tandem) et essieu 3=> essieu remorque (tridem)
52
Annexe D. MATRICE DES ESSAIS RÉALISÉS A L’ÉTÉ 2008
N° série
Véhicule Epaisseur asphalte
Pression Essieu1
Pression Essieu2
Pression Essieu3
Particularité Type de
Pneu Dénomination
117 Camion Forestier 100 100 100 100 None Double 117C
119 Camion Forestier 100 100 100 100 Transversal Double 119T
120 Camion Forestier Enduit 100 100 100 None Double 120C
123 Camion Forestier 50 100 100 100 None Double 123C
124 Camion Forestier 50 100 100 100 Transversal Double 124T
127 Camion Forestier 50 100 100 100 None Large 127C
128 Camion Forestier 50 100 100 100 Transversal Large 128T
129 Camion Forestier Enduit 100 100 100 None Large 129C
133 Camion Forestier 100 100 100 100 None Large 133C
134 Camion Forestier 100 100 100 100 Transversal Large 134T
136 Camion Forestier 100 100 100 100 4ieme Large 136X
Des essais complémentaires ont été effectués ou la valeur de la charge du camion
forestier est diminuer à 80 % de la charge normale ou bien l’essieu escamotable était
descendu Ces données ne sont cependant pas traitées dans le présent rapport.
N° série
Véhicule Epaisseur asphalte
Pression Essieu1
Pression Essieu2
Pression Essieu3
Chargement Type de
Pneu Dénomination
137 Camion Forestier 100 100 100 100 Valeur 80% Large 137C
138 Camion Forestier 100 100 100 100 Valeur
80%+4ieme Large 138X
139 Camion Forestier Enduit 100 100 100 Valeur 80% Large 139C
140 Camion Forestier 50 100 100 100 Valeur 80% Large 140C
141 Camion Forestier 50 100 100 100 Valeur 80% Double 141C
142 Camion Forestier Enduit 100 100 100 Valeur 80% Double 142C
143 Camion Forestier 100 100 100 100 Valeur 80% Double 143C
144 Camion Forestier 100 100 100 100 Valeur
80%+4ieme Double 144X
137 Camion Forestier 100 100 100 100 Valeur 80% Large 137C
53
Annexe E. Évolution de la température de l’asphalte au cours des essais (printemps)
9
10
11
12
13
14
15
Evolution de la température sur la section 100 mm
5 Mai 7 Mai 8 Mai
9
10
11
12
13
14
15
Evolution de la température sur la section 50 mm
8 Mai
6
11
16
21
26
31
36
Evolution de la température sur la section enduit
7 Mai 8 Mai 9 Mai
54
Évolution de la température de l’asphalte au cours des essais (été)
18
19
20
21
22
23
24
25
26
Evolution de la température sur la section 100 mm
15 Juillet 28 Juillet 29 Juillet 30 Juillet
18
19
20
21
22
23
24
25
Evolution de la température sur la section 50 mm
29 Juillet 30 Juillet
15
20
25
30
35
40
Evolution de la température sur la section enduit
28 Juillet 29 Juillet 30 Juillet
55
Annexe F. Teneur en eau multi-niveaux suivant les sections d’étude au cours de l’été
Date: 29 juillet 2008
100 mm 200 mm
Profondeur en mm
Teneur en eau (%)
Profondeur en mm
Teneur en eau (%)
100 16,1 100 23,9
200 16,3 200 21,3
300 14,5 300 13,8
400 14,2 400 15,1
600 15,4 600 25,5
1000 38,0 1000 27,1
ENDUIT 50 mm
Profondeur en mm
Teneur en eau (%)
Profondeur en mm
Teneur en eau (%)
100 15,5 100 15,6
200 17,4 200 9,2
300 16,6 300 12,6
400 16,9 400 13,2
600 19,9 600 9,8
1000 23,4 1000 25,5
Date : 30 Juillet 2008
50 mm
Profondeur en mm
Teneur en eau (%)
100 14,0
200 9,2
300 12,4
400 12,6
600 9,2
1000 25,0
56
Annexe G. Bassin de déformations du camion forestier
Jauge longitudinale basse section 100 mm
-50
0
50
100
150
200
-1200 -1000 -800 -600 -400 -200 0 200 400 600 800
Camion Forestier-Tridem-Jauge Longitudinale -Section 100mm-Pression de 100 Psi - Pneu jumelé
Essieu 1
Essieu 2
Essieu 3
-50
0
50
100
150
200
250
300
-800 -600 -400 -200 0 200 400 600
Camion Forestier-Tridem-Jauge Longitudinale -Section 100mm-Pression de 100 Psi-Pneu Large
Essieu 2
Essieu 1
Essieu 3
57
Jauge transversale basse section 100 mm
-150
-100
-50
0
50
100
150
-1200 -1000 -800 -600 -400 -200 0 200 400 600 800
Camion Forestier-Tridem-Jauge Transversale -Section 100mm-Pression de 100 Psi - Pneu jumelé
Essieu 1
Essieu 2
Essieu 3
-150
-100
-50
0
50
100
150
-800 -600 -400 -200 0 200 400 600
Camion Forestier-Tridem-Jauge transversale -Section 100mm-Pression de 100 Psi-Pneu Large
Essieu 1
Essieu 2
Essieu 3
Série4
58
Jauge longitudinale section 50 mm
-50
0
50
100
150
200
250
300
-800 -600 -400 -200 0 200 400 600
Camion Forestier-Tridem-Jauge longitudinale-Section 50mm-Pression de 100 Psi - Pneu jumelé
Essieu 1
Essieu 2
Essieu 3
-50
0
50
100
150
200
250
300
350
400
-800 -600 -400 -200 0 200 400 600
Camion Forestier-Tridem-Jauge longitudinale-Section 50mm-Pression de 100 Psi - Pneu large
Essieu 1
Essieu 2
Essieu 3
59
Jauge transversale section 50 mm
-350
-300
-250
-200
-150
-100
-50
0
50
100
150
-800 -600 -400 -200 0 200 400 600
Camion Forestier-Tridem-Jauge transversale-Section 50mm-Pression de 100 Psi - Pneu jumelé
Essieu 1
Essieu 2
Essieu 3
-300
-250
-200
-150
-100
-50
0
50
-800 -600 -400 -200 0 200 400 600
Camion Forestier-Tridem-Jauge transversale-Section 50mm-Pression de 100 Psi - Pneu large
Essieu 1
Essieu 2
Essieu 3