L'orniérage
Défaillance structurelle et problèmes sécuritaires
L'orniérage, causes et conséquences
A la suite d'un passage répété de véhicules lourds, une déformation plastique et permanente de la chaussée peut être observée.
De forme longitudinale, ces déformations sont présentes sur des portions localisées de sections routières particulièrement sollicitées, tels que les arrêts de bus ou les carrefours (de type standard ou giratoire).
La création d'ornières est bien souvent due à un défaut d'absorption d'efforts par la chaussée, soumise de façon répétée à des contraintes mécaniques élevées.
Ces efforts mécaniques appliqués sont le fruit de l'association de deux composantes mécaniques associées :
- L'effort radial : association du poids et de l'accélération verticale du véhicule considéré
- L'effort tangentiel : résultante du poids par accélération et transfert de masse sur essieux
Cette dégradation peut être issue d'un sous-dimentionnement de structure, ou bien d'un phénomène de fatigue altérant les propriétés mécaniques initiales de la chaussée.
Création d'orniérage : mode 1
La roue d'un véhicule exerce dans ce mode un effort radial (vertical) composé du poids du véhicule (composante statique), combiné à un transfert de masse provenant du phénomène d'acclélération / freinage (composante dynamique).
L'effort tangentiel (horizontal) est pour sa part uniquement représenté par la composante horizontale du transfert de masse.
L'effort résultant n'est donc, dans ce cas d'application, pas perpendiculaire à la surface de la chaussée.
Création d'orniérage : mode 2
Les contraintes de ce mode de création sont semblables au mode 1, à la différence près que les résultantes dynamiques (horizontale et verticale) sont désormais créées par le transfert de masse dû à la force centrifuge.
Nous pourrons noter que les modes 1 et 2 sont souvent combinés dans des zones d'accélération / freinage en virage (ex : carrefours giratoires, arrêts de bus déportés), rendant l'approche de renforcement plus complexe, nécessitant alors des solutions spécifiques.
Risques sécuritaires et structurels
Pour ces deux modes de création d'orniérage, des conséquences similaires sont identifiées.
L'orniérage des couches bitumineuses est l'un des principaux modes de dégradation potentielle de chaussées. Ce phénomène ne peut être toléré en de trop fortes intensités pour plusieurs raisons, mettant en cause l'inconfort des usagers ainsi que leur sécurité (facteurs d'autant plus importants à haute vitesse).Cette déformation pose en effet de nombreux problèmes aux utilisateurs des réseaux routiers. Des poches d'eau se créent en cas de pluie modérée, favorisant les effets d'aqua-planning. En fonction de la profondeur d'ornière, cette dégradation peut également aisément mettre en danger les utilisateurs circulant en deux-roues (risque de chutes), ce type de véhicules étant sensibles aux variations locales du niveau de la chaussée.
De nombreuses études et recherches ont été menées sur le travail des matériaux noirs pour limiter ce phénomène, notamment en rendant ces matériaux plus rigides et donc résistants aux déformations permanentes. Ces formulations sont néanmoins beaucoup plus sensibles à la fissuration de fatigue.
La formulation d'un matériau répondant aux exigences mécaniques de résistance à l'orniérage et à la fissuration par fatigue est par conséquent une tâche complexe, compte tenu des exigences contradictoires de la lutte contre ces deux modes de dégradation, en termes de dureté de bitume ou autre teneur en liant.
Que ce phénomène soit issu d'un sous-dimensionnement ou d'une fatigue structurelle, chaque passage de véhicule lourd aura un impact sur la dimension de l'ornière considérée : ces dégradations se doivent d'être traitées rapidement, avant que la seule solution admissible ne soit le remplacement intégral de la structure.
Orniérage plastique (à petit rayon)
L'orniérage plastique - dit "à petit rayon" - est issu d'une déformation plastique de la (des) couche(s) supérieure(s) d'enrobés bitumineux.
Des actions correctives simples permettent de solutionner ce phénomène pouvant occasionner une gêne importante.
Plusieurs facteurs peuvent entraîner la formation d'ornières à faible rayon. Bien souvent, ce phénomène s'observe suite à l'exposition aux facteurs suivants :
- Fortes températures (ou température d'exposition supérieure à celle préconisée pour l'enrobé considéré)
- Action répétée de contraintes importantes dans des zones spécifiques (arrêts de bus, giratoires)
- Efforts tangentiels importants (sous charge)
- Perte d'inertie structurelle par décollement des couches d'enrobés
- Sous dimensionnement des couches bitumineuses
- Utilisation d'enrobés trop ductiles
La déformation plastique observée se présente sous forme de fluage. La profondeur de l'ornière sera donc deux fois supérieure à celle représentée par la matière ayant flué.
De ce fait, la création des ornières est d'autant plus rapide, tout en étant associée à un caractère auto-dégénérescent : plus elles sont profondes, plus les dégradations à venir se feront rapidement.
Face à ce problème, les gestionnaires de réseaux routiers ont souvent recours à des opérations de surface, visant à remplacer de façon fréquente (tout ou partie de) la couche de roulement, ou encore à fraiser localement les excédents de matière en surface (bourrelets). Cette opération ne traite cependant pas le problème à sa source, et nécessite donc des interventions fréquentes jusqu'au moment où la structure routière se verra altérée par cette défaillance initialement localisée.
Il peut donc être adapté de renforcer la surface soumise à ces efforts de façon préventive grâce à des solutions adaptées, dès les premières apparitions d'ornières afin de ne pas laisser ces dernières dégrader une chaussée saine.
Orniérage structurel (à grand rayon)
L'orniérage structurel - dit "à grand rayon" - résulte d'un tassement important de la structure non bitumineuse de chaussée.
Ce tassement issu d'un défaut de portance provoque l'effondrement de la chaussée, des suites d'une mauvaise absorption répétée des charges appliquées en surface.
Les conditions de mise en oeuvre, la nature de la couche de support ainsi que celle de la couche de fondation sont des facteurs pouvant laisser place à ce phénomène.
Une des solutions existante peut être le remplacement total de la structure existante, pour assurer une reprise complète de l'ouvrage. Ce procédé long et très onéreux ne s'applique généralement que dans des cas extrêmes, pour lesquels l'usage de la route considérée ne peut plus être envisagé.
Des solutions alternatives parfois envisageables proposent des prestations moins coûteuses en renforçant la structure bitumineuse existante afin d'optimiser la répartition des charges sur la couche de fondation existante.
L'expertise TEXUM
Notre gamme de produits s'articule autour de solutions développées pour des applications et contraintes spécifiques.
L'orniérage reste une problématique d'actualité dépendant de nombreux facteurs. Nos ingénieurs et techniciens se tiennent à votre disposition pour vous accompagner dans votre analyse de l'existant, afin de vous proposer la solution en adéquation avec votre problématique.
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