Sujet 5.2 L’auscultation structurelle et l’instrumentation des chaussées

L’objectif visé est une meilleure caractérisation mécanique (structurelle) des chaussées anciennes, pouvant présenter de l’endommagement (fissuration et endommagement des matériaux, d’assise notamment, dégradation des interfaces). Pour cela, l’idée est de travailler sur l’amélioration de l’interprétation des mesures de déflexion avec différents appareils (déflectographe, FWD et curviamètre). Deux voies seront étudiées :

• L’analyse statistique des mesures à l’échelle d’une section afin d’établir un diagnostic d’état de la structure sur son linéaire.

• L’amélioration du calcul inverse à l’échelle d’un bassin de déflexion.

Interprétation statistique des mesures de bassin de déflexion

Les déflectographes et le curviamètre mesurent le bassin de déflexion à grand rendement avec un pas de mesure prédéterminé sur des itinéraires de grande longueur. Deux pistes d’exploitation sont à combiner. L’une d’entre elles consiste à construire un indicateur statistique utilisant les mesures de bassin de déflexion complètes et pas uniquement la valeur maximale et le rayon de courbure. L’autre consiste à regarder la variabilité de cet indicateur sur l’ensemble de la section auscultée afin d’essayer de mettre en évidence des relations entre cette variabilité et les défauts ou dégradations de la structure (fissures, endommagement…).

On devrait pouvoir dégager de ces analyses des bassins de déflexions types caractéristiques de différents états de la structure. Ces bassins types pourront être exploités à des fins de calcul inverse.

D’autres points peuvent être étudiés :

• la variation dans le temps des mesures de déflexion sur une chaussée donnée, qui peut traduire une dégradation de ses performances (à conditions environnementales constantes).

• La différence entre mesures réalisées dans les traces de roues et hors traces

Calcul inverse des mesures de déflexion à l’échelle locale

Les zones dégradées ou caractérisées comme telles par la méthode ci-dessus par exemple, pourront faire l’objet d’investigations complémentaires avec le FWD. Les bassins de déflexion mesurés, ou à défaut les bassins types relevés précédemment, seront utilisés  pour le calcul inverse des propriétés des matériaux mais également pour la détection de défauts localisés (fissures, décollements..) et l’évaluation de leur gravité (battement des fissures, par exemple..).

Pour définir ces méthodes d’interprétation, on s’appuiera sur la bibliographie et sur les modélisations directes, en dynamique de l’essai FWD, au voisinage de défauts (fissures, décollements), afin de déterminer l’influence de ces défauts sur le bassin mesuré, puis d’utiliser ces résultats pour identifier ces défauts par calcul inverse, sur des mesures sur chaussées réelles.

D’autres méthodes d’auscultation locales pourront être testées, soit en utilisant d’autres appareils (par exemple Colibri ou Radar), soit en jouant sur les modalités mêmes  de mesure. On essaiera notamment de comparer les mesures effectuées  avec et sans précontrainte, l’idée étant d’aider à la détection de dommages (fissures, décollement d’interface) en en faisant varier l’état à travers des chargements statiques idoines appliqués en surface de chaussée (ex : fissure fermée / fissure ouverte). Le « dommage » serait alors caractérisé par le différentiel de mesure entre de tels états, ce qui permettrait de s’affranchir du besoin d’état de référence. 

Instrumentation in situ des chaussées

La surveillance des chaussées s’effectue historiquement par des appareils spécifiques lors d’auscultation périodique. Cette méthode présente des nombreux inconvénients comme les coûts de développement, de maintenance et d’utilisation des appareils, l’impact de ses appareils sur le trafic et donc sur les conditions de sécurité. Les appareils de mesures de déflection circulent ainsi à moins de 20 km/h constituant un danger pour l’usager. Une alternative pourrait être d’équiper les chaussées de capteurs communiquant vers les gestionnaires pour délivrer des informations pertinentes sur l’état structurel d’une section de chaussée. L’intérêt des capteurs est également de pouvoir réaliser des mesures à la fois sous charge contrôlée et en continu sous trafic réel, ce dernier apportant plus d’information qu’une auscultation périodique.

Les progrès actuels en matière de capteurs et de transmission à distance de données permettront de développer des bases de données de comportement des chaussées utiles aux chercheurs. En outre, ils pourraient ouvrir la voie au développement de moyens in situ permettant aux gestionnaires de suivre, en temps réel, l’endommagement de leurs structures et donc d’optimiser leur entretien. Ce type  d’instrumentation constitue une brique de la route de 5^ième génération communicante entre l’infrastructure et le gestionnaire.

Ces techniques d’instrumentation sont plus largement utilisées pour la surveillance des ouvrages d’art mais commencent à se développer pour les chaussées. De nombreux points restent toutefois à éclaircir notamment :

• Le choix des capteurs (fibres optique, jauges de déformation, température, …), ainsi que la précision de cette instrumentation ;

• La répartition des capteurs y compris la possibilité de section témoin à moindre durabilité pour alerter la dégradation d’un itinéraire ;

• L’analyse des données pour comprendre les pathologies de la chaussée, définir des lois d’évolution et calculer des indicateurs de durabilité structurels intégrables dans les systèmes de gestion des routes.

Les actions envisagées sont la réalisation de démonstrateurs sur le manège de fatigue ou à l’occasion de chantiers routiers.