Qu'est-ce que l'essai de fatigue en génie des chaussées ?

Qu’est-ce que l’essai de fatigue ?

L’essai de fatigue est un essai de laboratoire qui applique une charge répétée à un matériau de chaussée et compte les cycles de charge jusqu’à la rupture du matériau. Chaque passage de roue est un cycle de charge.

La fissuration par fatigue sur le terrain a la même cause. La FAA AC 150/5380-6C décrit la fissuration en peau de crocodile (fatigue) comme des fissures causées par la rupture par fatigue de la surface en asphalte sous charges répétées du trafic. Les fissures commencent au bas de l’asphalte, où les contraintes et les déformations de traction sous une roue sont les plus fortes. Elles remontent ensuite jusqu’à la surface.

L’essai de fatigue sur poutre d’asphalte

L’essai le plus connu pour l’asphalte est l’AASHTO T 321, un essai de flexion quatre points sur une poutre. Le manuel de laboratoire de la FHWA donne ces conditions d’essai :

• La poutre mesure environ 380 mm de long, 50 mm de haut et 63 mm de large. L’essai utilise trois poutres répliquées.
• L’essai maintient la poutre à 20 °C et la charge à 5 à 10 Hz.
• La machine maintient une déformation constante, entre 250 et 750 microstrain, à chaque cycle. La charge nécessaire pour atteindre cette déformation diminue à mesure que la poutre s’endommage.
• L’essai enregistre la rigidité de la poutre et la multiplie par le nombre de cycles (S x n). L’essai s’arrête lorsque ce produit est tombé de 15 % sous sa valeur maximale.

Le résultat est le nombre de cycles jusqu’à la rupture à chaque niveau de déformation. Une déformation plus forte donne moins de cycles. Les ingénieurs doivent ajuster les résultats de laboratoire avant de les utiliser pour la conception sur le terrain. Le NCAT indique que les essais de poutre en flexion sous-estiment en général la durée de vie en fatigue sur le terrain, et que les ingénieurs appliquent un facteur de décalage de 4 à 100.

Le NCAT cite aussi 70 microstrain comme seuil de fatigue couramment utilisé pour la conception des chaussées souples. C’est une valeur fondée sur des essais en laboratoire à une seule température, et non une propriété de chaque mélange.

La fatigue dans la conception des chaussées aéroportuaires

FAARFIELD, le programme de conception de l’AC 150/5320-6G de la FAA, utilise la fatigue comme limite de conception. Pour les chaussées souples, il s’appuie sur deux prédicteurs de la durée de vie de la chaussée. Le premier est la déformation horizontale à la base des couches d’asphalte. Le second est la déformation verticale au sommet du sol support. Il exprime la rupture par fatigue sous forme de facteur de dommage cumulé (CDF), un modèle fondé sur la règle de Miner. Le CDF est la somme, pour chaque aéronef, du nombre de répétitions de charge appliquées divisé par le nombre de répétitions admissibles jusqu’à la rupture. On ajuste l’épaisseur jusqu’à ce que CDF = 1 pour la durée de vie de conception.

Pour le béton, l’AC 150/5320-6G désigne la résistance en flexion comme résistance critique et renvoie à l’ASTM C78 pour la déterminer. L’ASTM C78 est un essai de résistance statique, et non un essai de fatigue.

Ce que voit une inspection

Un essai de fatigue en laboratoire ne remplace pas une inspection de terrain. L’inspection repère les endroits où la fissuration par fatigue est déjà apparue. PAVER l’enregistre comme dégradation 41, fissuration en peau de crocodile ou par fatigue, et la classe selon sa gravité dans l’indice de l’état de la chaussée (PCI) . L’AC 150/5380-6C relie aussi la fatigue aux nids-de-poule : lorsque les fissures par fatigue s’imbriquent et que les morceaux desserrés sont arrachés sous les charges des roues, un nid-de-poule peut se former.