Développement d'un protocole expérimental pour la simulation en laboratoire de l'usure et de la perte d'adhérence des chaussées en béton

Abstract

Lorsqu'elles sont bien mises en œuvre, les chaussées en béton offrent de nombreux avantages. En effet, elles sont très résistantes et ne subissent que très peu de déformation sous les charges de trafic, ce qui les rend très adaptées pour les routes à fort et lourd trafic. De plus, si elles sont bien conçues et mises en œuvre, elles offrent une durée de vie très longue, comprise entre 20 et 40 ans, avec un entretien assez réduit. De ce fait, même si elles nécessitent un coût d’investissement plus élevé que les chaussées en enrobé bitumineux, elles permettent de fortement réduire les coûts au niveau de l'entretien et sont donc moins coûteuses à long terme.

Malgré les nombreux avantages que présentent les chaussées en béton, leur durabilité à long terme peut être parfois significativement compromise. En effet, les chaussées en béton peuvent être confrontées à une perte d’adhérence prématurée, résultant du polissage de leur surface dû au trafic important et aux conditions climatiques, notamment l’utilisation d’abrasifs en hiver. Cette usure, entraînant une perte d’adhérence, est très problématique, car elle augmente considérablement le risque de dérapage des voitures, particulièrement par temps de pluie ou de neige.

L’objectif de ce travail de recherche est de contribuer au développement d'un protocole d’essai en laboratoire permettant de reproduire rapidement et caractériser les conditions observées sur le terrain, afin de mieux comprendre la cause de cette perte d’adhérence et de pouvoir par la suite développer des formulations de béton plus résistantes face à cette problématique.

Pour ce faire, divers dispositifs ont été employés, notamment le Three Wheel Polishing device (TWPD), un dispositif de mesure du coefficient de frottement (DFT), deux profilomètres lasers (MetraSCAN et Gocator), ainsi qu’une échelle d’appréciation visuelle de la rugosité de surface. De nombreux essais ont donc été réalisés sur des échantillons de béton pour déterminer la texture de surface ainsi que le coefficient de frottement. Ce travail s'est concentré sur la recherche d'une corrélation entre la profilométrie et le coefficient de frottement pour des bétons ayant subi une usure progressive par abrasion en présence d'abrasifs.

Les essais ont été réalisés sur des dalles en béton à base de granulats granitiques et sur des dalles en béton à base de granulats de dolomie. En effet, les granulats composés de granite sont plus durs et présentent une meilleure résistance au polissage par rapport aux granulats de dolomie. Le choix s'est donc porté sur ces deux types de granulats de résistance très différente pour déterminer si cette différence était davantage liée au coefficient de frottement ou à la texture des échantillons.

Les essais ont démontré que les coefficients de frottement (obtenus par le dispositif DFT) à eux seuls ne permettaient pas de déterminer une différence de susceptibilité au polissage entre les bétons incorporant des granulats granitiques et dolomitiques.

Le laser profilomètre MetraSCAN utilisé, quant à lui, permettait de mettre en évidence que la texture obtenue après les cycles de TPWD était plus profonde et lisse pour les dalles en béton à base de granulats de dolomie que pour les dalles en béton à base de granulats granitiques. Cette texture permettait donc de montrer que les granulats de dolomie sont bel et bien moins résistants au polissage et s'altèrent plus rapidement que les granulats granitiques.

Finalement, une corrélation linéaire élevée et négative a aussi pu être déterminée entre le coefficient de frottement et la texture obtenus lors des essais de laboratoire. Ainsi, plus le coefficient de frottement diminuait, plus le coefficient MPD (et donc l'usure) augmentait, et inversement.

Ce travail de fin d'études est divisé en deux parties principales. La première consiste en une revue de littérature, expliquant les différents paramètres utilisés dans la suite de ce travail de fin d'étude. Dans la deuxième partie, les différents essais réalisés au laboratoire sont présentés et les résultats obtenus sont interprétés.