Le faulting (défaut de nivellement) est le déplacement vertical au niveau d’un joint transversal ou d’une fissure dans une chaussée en béton, créant une « marche » ressentie par les véhicules traversant le joint. Il résulte d’un tassement différentiel, d’une perte de support ou d’un pompage. Couvre la mesure FHWA LTPP (mm), la relation avec l’efficacité de transfert de charge aux joints, les effets sur la qualité de roulement, et la détection par LiDAR ou imagerie stéréoscopique.
Le faulting (défaut de nivellement) est défini comme le déplacement vertical ou la différence d’altitude au niveau d’un joint transversal ou d’une fissure dans une chaussée en béton de ciment Portland à joints (JPCP). Dans le Distress Identification Manual for the Long-Term Pavement Performance Program (cinquième édition révisée, FHWA-HRT-13-092) de la FHWA, le faulting est classé parmi les dégradations diverses comme le type de dégradation numéro 12 : « Faulting of Transverse Joints and Cracks (faulting des joints et fissures transversaux) », mesuré en millimètres. Cette classification place le faulting aux côtés des soulèvements, des dénivellations voie-accotement, des séparations voie-accotement, de la détérioration des réparations et des remontées d’eau/pompage comme types de dégradations diverses qui ne s’intègrent pas parfaitement dans les catégories de fissuration, de déficience des joints ou de défauts de surface. Le faulting désigne spécifiquement une condition où la dalle du côté d’approche d’un joint est plus haute que la dalle du côté de départ, créant ce que les ingénieurs en chaussées appellent une « marche » ou une « lèvre » que les véhicules doivent franchir en traversant le joint. Cette marche est ressentie comme une bosse par les occupants du véhicule et mesurée comme une valeur de faulting positive lorsque la dalle d’approche est plus haute. Lorsque la dalle de départ est plus haute que la dalle d’approche, la lecture est négative, bien que le faulting positif soit beaucoup plus courant en raison du mécanisme prédominant d’érosion par pompage.
L’instrument principal utilisé pour la mesure sur le terrain du faulting dans le programme FHWA LTPP est le Georgia Faultmeter (GFM). Développé par le bureau des matériaux et de la recherche du département des transports de Géorgie, cet appareil léger pèse environ 3,2 kg et utilise un transformateur différentiel à variation linéaire (LVDT) pour déterminer la différence d’altitude positive ou négative au niveau d’un joint ou d’une fissure. La procédure de mesure est standardisée : les pieds de la base du GFM sont placés sur la dalle de départ dans le sens de la circulation, le joint étant centré entre les repères indiqués sur le côté de l’appareil. La sonde de mesure entre en contact avec la dalle d’approche, et le mouvement vertical de cette sonde est transmis au LVDT, produisant une lecture numérique en millimètres. Une lecture positive indique que la dalle d’approche est plus haute ; une lecture négative indique que la dalle de départ est plus haute. À chaque joint ou fissure, trois mesures sont prises, et une valeur représentative dérivée de ces trois lectures est saisie dans la base de données de performance des chaussées du LTPP (PPDB). Le processus de mesure manuelle, bien que précis, nécessite du contrôle de la circulation, des fermetures de voie, des mesures de sécurité et du personnel dédié. Des erreurs de mesure peuvent provenir d’un blocage vertical de la tige de la sonde, de la non-linéarité du LVDT lorsque les dalles d’approche et de départ ne sont pas dans le même plan, de batteries faibles, d’un étalonnage inapproprié et d’erreurs de saisie des données avec une résolution de lecture d’environ ±1 mm.
Le programme LTPP a développé un algorithme de mesure automatisée du faulting (AFM) pour réduire la dépendance aux mesures manuelles. En utilisant les données de profil longitudinal à intervalles de 25 mm collectées par des profileurs inertiels à grande vitesse (HSIP) tels que l’ICC MDR 4086L3, l’algorithme AFM identifie les joints transversaux et détermine le faulting à chaque joint de manière automatisée. L’algorithme répond à plusieurs défis inhérents à la détection automatisée des joints, notamment : l’espacement variable des joints qui complique les routines de recherche de motifs, la présence de fissures qui produisent des faux positifs, les joints écaillés qui créent des dépressions d’altitude ressemblant à de véritables joints, les joints remplis de produits d’étanchéité ou de matériaux incompressibles qui masquent la signature du joint, les joints fermés en raison de la dilatation thermique des dalles, les joints obliques qui perturbent les algorithmes de recherche de motifs, et la dérive des instruments de mesure de distance. Deux méthodes de faulting automatisé AASHTO R 36-12 existantes — ProVAL (développé par le Transtec Group utilisant des données de profileur à intervalles de 25 mm) et PaveSuite (développé par FDOT utilisant des données HSIP à intervalles de 20,7 mm) — ont été évaluées parallèlement à l’algorithme AFM du LTPP. La transition vers la mesure automatisée du faulting élimine les fermetures de voie et réduit l’exposition du personnel à la circulation, tout en fournissant des données continues de faulting sur des sections entières de chaussée plutôt que des mesures ponctuelles manuelles discrètes.
Le mécanisme dominant responsable du faulting dans les chaussées en béton à joints est le pompage — l’éjection hydraulique d’eau et de matériaux fins depuis le dessous des dalles en béton sous l’action de charges de roues lourdes répétées. Trois conditions nécessaires doivent être réunies pour que le pompage s’initie : la présence d’eau libre sous la dalle, un matériau de fondation, de sous-fondation ou de sol de fondation à grains fins ou érodable, et des déflexions fréquentes de la dalle sous les charges d’essieux lourdes qui pressurisent l’eau piégée. Lorsqu’une roue chargée s’approche et traverse un joint transversal, la dalle d’approche fléchit vers le bas, comprimant l’eau présente dans l’espace vide entre le fond de la dalle et la fondation sous-jacente. Cette eau pressurisée est forcée latéralement vers l’ouverture du joint et à la surface de la chaussée, transportant avec elle les particules fines en suspension du matériau de fondation, de sous-fondation ou de sol de fondation. Sur des milliers de répétitions de charge, ce processus retire progressivement le matériau de support sous le coin de la dalle d’approche tout en le déposant sous la dalle de départ. Le résultat net est une perte de support sous la dalle d’approche — ce qui provoque son tassement — et une accumulation de matériau sous la dalle de départ — ce qui la fait s’élever par rapport au côté d’approche. Ce mouvement vertical différentiel produit la marche de faulting caractéristique au niveau du joint.
L’érosion des matériaux de fondation et de sous-fondation est au cœur du mécanisme de faulting. Des études documentées dans le Transportation Research Record ont montré que les fines sont retirées des matériaux non traités principalement par l’accumulation de pression interstitielle lors de l’application des charges. L’érodabilité du matériau de fondation, le taux d’éjection d’eau, l’amplitude de la déflexion de la dalle et le nombre de répétitions de charge influencent tous la vitesse à laquelle le faulting se développe. Les fondations traitées au ciment, les fondations en béton maigre et les fondations perméables traitées à l’enrobé bitumineux présentent des taux d’érosion significativement plus faibles que les fondations granulaires non traitées. Le verrouillage des granulats aux joints — le mécanisme naturel de transfert de cisaillement dans les chaussées sans goujons — se détériore à mesure que l’érosion progresse, ce qui augmente à son tour les déflexions des dalles et accélère le pompage, créant un cycle d’auto-renforcement de la détérioration. Des études en laboratoire à l’Université du Texas et des observations sur le terrain du programme LTPP ont confirmé que les taux de faulting dans les JPCP sans goujons peuvent être trois à cinq fois plus élevés que dans les chaussées avec goujons pour les mêmes conditions de fondation et de trafic.
Le tassement différentiel du sol de fondation représente une cause distincte mais connexe du faulting, en particulier aux endroits où les conditions de sol changent brusquement sous la chaussée, comme aux passages de ponceaux, aux approches de ponts ou aux transitions entre les sections de déblai et de remblai. Le tassement différentiel diffère du faulting induit par pompage en ce qu’il résulte d’une consolidation ou d’une compression à long terme des sols sous-jacents plutôt que du transport hydraulique de matériau. Cependant, les deux mécanismes interagissent souvent : le tassement différentiel crée de petites différences d’altitude initiales qui permettent à l’eau de s’accumuler et de s’infiltrer aux joints, ce qui initie ensuite le pompage. De plus, le voilage et le gauchissement des dalles en béton dus aux gradients thermiques et d’humidité contribuent au développement du faulting. Pendant la journée, le dessus de la dalle est plus chaud que le dessous, ce qui fait que les bords de la dalle s’incurvent vers le bas et augmentent les demandes de transfert de charge au niveau du joint. La nuit, le gradient de température s’inverse et les coins des dalles s’incurvent vers le haut, laissant la dalle principalement supportée en son centre et augmentant le potentiel de déflexions des coins sous charge. Ces cycles de température quotidiens soumettent le joint et la fondation sous-jacente à des contraintes cycliques qui accélèrent l’érosion.
La publication de recherche FHWA Long-Term Pavement Performance Automated Faulting Measurement (FHWA-HRT-14-092) identifie la combinaison de facteurs qui contribuent au faulting : un transfert de charge inefficace aux joints, le pompage des dalles, les tassements des dalles, le voilage et le gauchissement, et des conditions de support de fondation inadéquates. Le faulting n’est pas uniquement une défaillance structurelle mais plutôt une dégradation qui se développe par l’interaction de la conception structurelle, des propriétés des matériaux, des conditions environnementales et du chargement du trafic au fil du temps.
Le Distress Identification Manual de la FHWA LTPP classe le faulting comme une dégradation diverse (Type 12) pour les chaussées en béton de ciment Portland à joints, mesurée strictement en millimètres, sans niveaux de sévérité définis. Cela distingue le faulting des dégradations de fissuration telles que les cassures d’angle, la fissuration longitudinale et la fissuration transversale, qui ont des classifications de sévérité Faible, Modérée et Élevée. Pour le faulting, la valeur de mesure brute est enregistrée directement dans la PPDB. Cependant, les seuils de sévérité du faulting sont implicitement intégrés dans la classification des dégradations connexes. Pour les cassures d’angle (Type de dégradation JCP 1), une cassure d’angle est classée comme de sévérité modérée lorsque le faulting de la fissure ou du joint est inférieur à 13 mm, et de sévérité élevée lorsque le faulting est égal ou supérieur à 13 mm. Pour la fissuration longitudinale (Type de dégradation JCP 3), les seuils de faulting sont fixés à moins de 13 mm pour la sévérité modérée et à 13 mm ou plus pour la sévérité élevée. Pour la fissuration transversale (Type de dégradation JCP 4), les seuils sont plus stricts : un faulting jusqu’à 6 mm correspond à une sévérité modérée, tandis qu’un faulting de 6 mm ou plus correspond à une sévérité élevée. Ces seuils intégrés fournissent un cadre pratique pour évaluer quand le faulting a atteint un niveau qui, combiné à la fissuration, justifie une réhabilitation majeure.
Dans le protocole de collecte de données du LTPP, les mesures de faulting sont enregistrées à chaque joint et fissure transversal sur les sections d’essai JCP durant chaque cycle de surveillance. Les données de profil longitudinal collectées par HSIP le long de l’ornière gauche, de l’ornière droite et du centre de la voie depuis 1995 fournissent un enregistrement continu à partir duquel l’IRI et les valeurs de faulting automatisé peuvent être dérivées. L’algorithme AFM du programme LTPP traite ces données de profil pour calculer le faulting à chaque joint détecté, se comparant favorablement aux mesures manuelles du GFM. Les recherches documentées dans FHWA-HRT-14-092 démontrent que la corrélation entre les valeurs de faulting du GFM et de l’AFM est la plus forte sur les sections avec des joints bien définis et un minimum de dégradations de surface. Les sections présentant un écaillage étendu, des réparations ou un scellement de fissures posent des défis plus importants pour la détection automatisée en raison de la difficulté à distinguer les signatures de joints réels des dépressions d’altitude liées à l’écaillage.
L’approche standardisée du programme LTPP a permis une analyse à l’échelle nationale de la progression du faulting en fonction des variables de conception, du chargement du trafic, du climat et du type de sol de fondation. Cet ensemble de données longitudinal — couvrant plus de trois décennies pour certaines sections d’essai — a joué un rôle déterminant dans le calibrage des modèles de prédiction du faulting utilisés dans le logiciel AASHTOWare Pavement ME Design. Le modèle de faulting ME Design pour le JPCP prédit le faulting incrémental mensuel en fonction du nombre d’applications de charges d’essieux, des propriétés structurelles de la chaussée, de l’efficacité de transfert de charge, de l’érodabilité de la fondation et des conditions climatiques. Le modèle distingue les chaussées avec et sans goujons, les sections avec goujons présentant un faulting prédit significativement plus faible sur la durée de vie de conception en raison du maintien d’une efficacité de transfert de charge élevée par l’action mécanique des goujons.
L’efficacité de transfert de charge (LTE) aux joints transversaux est le pourcentage d’une charge de roue appliquée d’un côté du joint qui est transféré à la dalle adjacente par action de cisaillement. Dans les chaussées en béton à joints, la LTE peut être assurée par le verrouillage des granulats (la résistance au cisaillement naturelle entre les faces de granulats fracturées le long de la fissure sous le joint), par des barres de goujon en acier mécaniques, ou par une fondation stabilisée qui pont le joint. La LTE est mesurée à l’aide d’un déflectomètre à masse tombante (FWD) ou d’un déflectomètre à masse lourde (HWD), avec des capteurs positionnés des deux côtés du joint. La déflexion sur la dalle non chargée divisée par la déflexion sur la dalle chargée, exprimée en pourcentage, définit la LTE. Un joint avec une LTE de 100 pour cent transfère la totalité de la charge ; un joint avec une LTE de 0 pour cent ne transfère rien. Les critères d’acceptation typiques pour les nouvelles constructions spécifient des valeurs minimales de LTE de 70 à 80 pour cent, tandis que les valeurs inférieures à 50 pour cent indiquent généralement une détérioration importante du joint et un développement accéléré du faulting.
Le faulting et la LTE partagent une relation de cause à effet réciproque. Lorsque la LTE est élevée, les déflexions des dalles au niveau du joint sont minimisées, ce qui réduit l’action de pompage et l’érosion des matériaux de fondation qui causent le faulting. Lorsque la LTE se dégrade — soit parce que le verrouillage des granulats se détériore en raison de l’élargissement des fissures, soit parce que les barres de goujon se desserrent dans le béton — les déflexions des dalles augmentent. Des déflexions accrues amplifient l’action de pompage hydraulique, accélérant l’érosion et le faulting. À mesure que le faulting augmente, la géométrie du joint change, dégradant potentiellement davantage la LTE en créant une marche qui force les barres de goujon à agir en flexion plutôt qu’en cisaillement pur, ou en ouvrant davantage le joint et en réduisant le verrouillage des granulats. Cette boucle de rétroaction explique pourquoi les sections JPCP sans goujons avec un bon verrouillage initial des granulats peuvent connaître un faulting qui s’accélère rapidement une fois l’érosion amorcée.
Les recherches publiées par le National Center for Pavement Preservation et documentées dans les rapports FHWA ont quantifié la forte corrélation entre la LTE et le faulting. Les études montrent qu’une diminution de 10 pour cent de la LTE correspond à une augmentation d’environ 20 à 30 pour cent du taux de développement du faulting dans les chaussées sans goujons. Dans les chaussées avec goujons, la relation est moins directe car les goujons en acier maintiennent un transfert de charge positif même après une érosion importante de la fondation. Cependant, une fois qu’un jeu dans les goujons se développe — souvent détectable par un son « creux » caractéristique lors des essais FWD ou visible sous forme d’anneaux polis sur les goujons extraits — le faulting progresse généralement rapidement car le goujon desserré offre une résistance au cisaillement réduite et permet à la dalle d’approche de pomper et de se tasser.
Le diamètre des barres de goujon est la variable de conception unique la plus importante contrôlant la LTE et, par conséquent, le faulting. Une étude paramétrique par éléments finis publiée dans la revue Buildings (MDPI, 2024) a révélé que l’augmentation du diamètre des barres de goujon entraîne une augmentation d’environ 3 pour cent de la LTE. Inversement, l’augmentation de l’ouverture du joint entre les dalles conduit à une diminution d’environ 2,1 pour cent de la LTE. Les diamètres standard des goujons vont de 25 mm (1 pouce) pour les routes à faible trafic à 38 mm (1,5 pouce) pour les autoroutes inter-États, avec des goujons de 50 mm (2 pouces) spécifiés pour certaines chaussées industrielles lourdes et portuaires. Le guide de conception AASHTO 1993 spécifie le diamètre des goujons en fonction de l’épaisseur de la dalle, avec la règle générale que le diamètre du goujon doit être égal à un huitième de l’épaisseur de la dalle. Un alignement correct des goujons pendant la construction est essentiel : des goujons mal alignés qui bloquent le joint contre tout mouvement horizontal peuvent provoquer des fissures et de l’écaillage, tandis que des goujons trop lâches ou trop serrés dans le béton peuvent réduire la LTE.
Le faulting dégrade la qualité de roulement en introduisant une discontinuité verticale périodique dans le profil longitudinal de la chaussée. Chaque fois qu’un essieu de véhicule traverse un joint présentant du faulting, la suspension subit une impulsion qui contribue à la rugosité globale perçue par les occupants du véhicule. L’indice de rugosité international (IRI) — la mesure standardisée à l’échelle mondiale de la rugosité des chaussées exprimée en mètres par kilomètre (m/km) ou en pouces par mile (in/mi) — capture l’effet cumulé de toutes les irrégularités de surface sur la réponse d’une simulation standardisée de véhicule à quart de voiture. Le faulting augmente directement l’IRI car la marche à chaque joint s’ajoute au déplacement cumulé de la suspension sur la longueur de la section. Les recherches publiées par la FHWA dans Relating Ride Quality and Structural Adequacy for Pavement Rehabilitation and Management démontrent une forte corrélation linéaire entre le taux de variation des valeurs de faulting et le taux de variation de l’IRI sur les JPCP. Sur les sections avec un espacement des joints transversaux de 4,6 mètres (15 pieds), des valeurs de faulting de 2,5 mm à chaque joint contribuent environ 0,5 m/km (32 in/mi) à l’IRI total, tandis qu’un faulting de 5 mm à chaque joint contribue environ 1,0 m/km (63 in/mi).
L’indice de service actuel (PSI) — une échelle de 0 à 5 développée lors de l’AASHO Road Test (1958-1960) — reste la base des décisions de conception et de réhabilitation des chaussées aux États-Unis. Le PSI est dérivé de mesures physiques de la rugosité, de la fissuration, des réparations et de l’orniérage (pour les chaussées souples) ou du faulting et de la fissuration (pour les chaussées rigides). L’équation PSI pour les chaussées rigides incorpore le faulting moyen des joints comme variable d’entrée directe : des valeurs de faulting plus élevées réduisent le PSI calculé. Un PSI de 5,0 représente une chaussée parfaite ; un PSI de 2,5 représente le niveau de service terminal auquel une réhabilitation majeure est requise. La relation entre le faulting et le PSI est approximativement linéaire dans la plage de faulting couramment rencontrée en service, chaque millimètre supplémentaire de faulting moyen des joints réduisant le PSI d’environ 0,05 à 0,10 unité, selon la forme spécifique de l’équation et la contribution des autres dégradations.
Les valeurs seuils issues des études de terrain et des enquêtes auprès des usagers établissent des limites opérationnelles de faulting pour la gestion des chaussées. Le faulting devient perceptible pour les occupants d’un véhicule à environ 2,5 mm (0,1 pouce) de faulting moyen sur une section de chaussée. À 4 mm (0,15 pouce) de faulting moyen, la qualité de roulement s’est suffisamment dégradée pour qu’un meulage au diamant ou d’autres mesures de réhabilitation soient envisagées. Le Guide for Diamond Grinding (2001) de la FHWA et ses mises à jour ultérieures identifient le faulting comme une dégradation candidate principale pour le traitement par meulage au diamant, qui peut restaurer la planéité de la chaussée en supprimant mécaniquement la marche de faulting. Les implications économiques de la rugosité induite par le faulting sont significatives : des augmentations de l’IRI de 1 m/km ont été corrélées à des augmentations des coûts d’exploitation des véhicules d’environ 2 à 5 pour cent pour les poids lourds, englobant la consommation de carburant, l’usure des pneus, la maintenance de la suspension et les dommages à la cargaison. Sur la durée de vie de conception d’une autoroute principale transportant 20 000 véhicules par jour, la pénalité de coût cumulée pour les usagers d’un faulting non contrôlé peut s’élever à des dizaines de millions de dollars.
Les seuils d’IRI pour les classements de l’état des chaussées fournissent des repères opérationnels. Selon les normes FHWA, un IRI inférieur à 1,50 m/km (95 in/mi) correspond à une évaluation « Bon », un IRI compris entre 1,50 et 2,68 m/km (95-170 in/mi) à « Moyen », et un IRI supérieur à 2,68 m/km (170 in/mi) à « Mauvais ». Sur les sections JPCP fortement affectées par le faulting, la seule contribution du faulting peut faire passer une chaussée de Moyen à Mauvais, déclenchant une réhabilitation obligatoire en vertu des politiques de gestion des chaussées fédérales et étatiques. Cette conséquence financière directe du faulting — combinée à la forte perception publique de la planéité comme indicateur de la qualité de la route — a fait du contrôle du faulting un objectif central de la conception, de la construction et de la préservation des chaussées en béton.
Le faulting sur les pistes en béton d’aéroport présente un ensemble distinct de considérations de performance, de sécurité et d’inspection qui le différencie du faulting routier. Les conséquences, même de petits déplacements verticaux, sont amplifiées aux vitesses d’exploitation des aéronefs : un joint présentant du faulting qui produit une bosse à peine perceptible dans une voiture de tourisme à 100 km/h devient un impact significatif aux vitesses d’atterrissage de 240 à 290 km/h (130 à 160 nœuds). La circulaire consultative FAA 150/5320-6G (Airport Pavement Design and Evaluation) et les normes ICAO établissent des tolérances plus strictes pour les déviations de surface des pistes que pour les chaussées routières. Les déviations verticales aux joints doivent être étroitement surveillées car elles peuvent déclencher des oscillations du train avant connues sous le nom de « shimmy », accélérer la fatigue du train d’atterrissage et — dans les cas graves — contribuer à une perte de contrôle directionnel pendant le roulage critique au décollage.
L’environnement de chargement sur les pistes d’aéroport diffère fondamentalement de celui des autoroutes. Les aéronefs appliquent moins de répétitions de charge — un grand aéroport hub peut enregistrer 1 000 à 2 000 départs quotidiens contre des dizaines de milliers de passages d’essieux de camions sur une autoroute inter-États — mais chaque charge d’aéronef est considérablement plus lourde. Un Boeing 777-300ER entièrement chargé applique environ 34 tonnes par jambe de train d’atterrissage principal, réparties sur un bogie à six roues, tandis qu’un Boeing 747-8 entièrement chargé applique environ 30 tonnes par jambe de train de fuselage et 22 tonnes par jambe de train d’aile. Ces charges concentrées produisent des zones d’influence de contrainte plus profondes dans la structure de la chaussée, mobilisant potentiellement l’eau et les matériaux érodables à des profondeurs plus grandes que les charges routières. Les chaussées en béton d’aéroport sont donc conçues avec des dalles plus épaisses — typiquement 350 à 500 mm (14 à 20 pouces) — et des couches de fondation stabilisées robustes pour résister aux charges lourdes des trains d’atterrissage et minimiser les déflexions qui génèrent le pompage et le faulting.
L’inspection du faulting sur les pistes d’aéroport est confrontée à des contraintes pratiques absentes de l’inspection routière. Les fermetures de piste pour la mesure manuelle du faulting à l’aide d’appareils comme le Georgia Faultmeter sont extrêmement coûteuses en termes de perturbation opérationnelle et doivent être programmées dans des fenêtres de temps très étroites, souvent la nuit ou pendant les périodes de faible trafic. Cela a conduit à l’adoption de technologies d’inspection automatisée à grande vitesse capables de collecter des données de faulting sans fermeture de piste, en utilisant des véhicules circulant à vitesse routière sur la piste pendant de brèves périodes d’accès autorisées. Le programme de systèmes de gestion des chaussées d’aéroport (APMS) de la FAA et les directives de gestion des chaussées d’aérodrome de l’ICAO soulignent tous deux la nécessité d’une surveillance automatisée et continue de l’état de surface des pistes, avec la détection du faulting intégrée dans les relevés d’indice de condition de chaussée (PCI) plus larges.
La prévention du faulting sur les pistes d’aéroport repose sur les mêmes principes fondamentaux que les chaussées routières — transfert de charge positif par des barres de goujon ou des fondations stabilisées, drainage souterrain efficace et matériaux de fondation résistants à l’érosion — mais les normes d’exécution sont plus élevées. Les barres de goujon des pistes d’aéroport sont généralement de plus grand diamètre et plus rapprochées que les goujons routiers, reflétant les configurations plus larges des trains d’atterrissage des aéronefs et la nécessité de transférer les charges entre des dalles de plus grandes dimensions en plan. La FAA spécifie des goujons en acier revêtus d’époxy résistants à la corrosion pour tous les joints de piste et de voie de circulation. Les systèmes d’étanchéité des joints doivent être méticuleusement entretenus pour empêcher l’infiltration d’eau, car les conséquences d’un faulting induit par pompage sur une piste principale peuvent nécessiter des fermetures d’urgence et une réhabilitation imprévue coûteuse. Certains aéroports ont adopté des barres de goujon en acier inoxydable ou en polymère renforcé de fibres (FRP) dans les environnements agressifs pour éliminer les problèmes de corrosion sur la durée de vie de conception de 30 à 40 ans de la chaussée.
L’évolution des technologies de détection du faulting est passée de mesures ponctuelles manuelles à des systèmes automatisés continus à grande vitesse capables d’inspecter des réseaux entiers d’aérodromes et d’autoroutes en une fraction du temps requis par les méthodes traditionnelles. Le profilographe — à l’origine une règle droite roulante avec capacité d’enregistrement — a été le premier outil systématique pour mesurer les déviations du profil longitudinal, y compris le faulting. Le profilographe californien, avec son empattement de 7,6 mètres (25 pieds) et sa roue de détection centrale reliée à un enregistreur graphique, produit un tracé de profil à partir duquel les bosses individuelles dépassant une bande d’effacement spécifiée (typiquement 5 mm par 0,1 km) peuvent être comptées pour calculer un indice de profil. Bien que les profilographes puissent détecter les joints présentant du faulting comme des pics discrets dans le tracé de profil, ils ne mesurent pas directement l’amplitude du faulting et sont de plus en plus remplacés par des profileurs inertiels qui enregistrent des données d’altitude réelles plutôt que des déviations relatives.
Les profileurs inertiels à grande vitesse (HSIP) sont devenus l’outil standard pour la mesure automatisée du faulting dans les applications routières et aéroportuaires. Un profileur inertiel utilise un accéléromètre monté sur la carrosserie du véhicule pour établir un plan de référence inertiel, un capteur de distance sans contact (laser ou infrarouge) pour mesurer la distance du véhicule à la surface de la chaussée, et un instrument de mesure de distance (DMI) pour enregistrer la position le long de la chaussée. En combinant les données d’accélération verticale — doublement intégrées pour obtenir le déplacement — avec la mesure de hauteur de surface, le profileur calcule le profil d’altitude réel de la chaussée à des intervalles d’échantillonnage aussi fins que 1 mm et des intervalles de rapport de 25 mm ou moins. L’algorithme AFM du programme LTPP traite ces données de profil à travers une séquence d’opérations : d’abord, les emplacements potentiels des joints sont identifiés en détectant les changements d’altitude localisés dépassant un seuil ; ensuite, une région autour de chaque joint candidat est analysée pour calculer le faulting caractéristique à cet emplacement en ajustant des droites aux profils des dalles d’approche et de départ et en calculant le décalage vertical entre elles. La norme AASHTO R 36-12 définit deux méthodes établies : ProVAL (Méthode A), qui utilise une ligne de base de 300 mm et une régression linéaire de chaque côté du joint, et PaveSuite (Méthode B), qui emploie un algorithme de détection de pente optimisé pour les données de profil FDOT.
La technologie LiDAR (Light Detection and Ranging) représente la frontière actuelle de la détection du faulting dans les chaussées. Les systèmes LiDAR mobiles montés sur des véhicules d’inspection émettent des impulsions laser à des taux allant jusqu’à 2 millions de points par seconde, enregistrant les coordonnées tridimensionnelles de chaque point réfléchi avec une précision millimétrique. Le nuage de points 3D dense résultant capture la géométrie complète de la surface de la chaussée, à partir de laquelle le faulting aux joints peut être extrait algorithmiquement. La détection du faulting par LiDAR offre plusieurs avantages par rapport aux méthodes basées sur les profileurs : elle capture le profil transversal complet plutôt que des ornières uniques, permettant la détection du faulting différentiel sur la largeur de la voie ; elle peut simultanément capturer d’autres dégradations de la chaussée telles que l’orniérage, la fissuration et la texture de surface ; et le nuage de points dense permet une analyse rétrospective et un perfectionnement des algorithmes sans nécessiter de collecte de données supplémentaires sur le terrain. Les recherches publiées dans le Journal of Infrastructure Systems et présentées aux réunions annuelles du Transportation Research Board ont démontré que les mesures de faulting dérivées du LiDAR sont corrélées aux mesures manuelles du GFM avec des valeurs de R² dépassant 0,90 sur les surfaces de chaussée bien entretenues. Les principales limitations du LiDAR sont le coût et les exigences de traitement des données — un seul kilomètre de voie génère des gigaoctets de données de nuage de points nécessitant des logiciels et des ressources informatiques spécialisés pour le traitement.
Les systèmes de vision stéréoscopique offrent une approche complémentaire au LiDAR pour la détection automatisée du faulting. Utilisant des caméras appariées montées sur un véhicule d’inspection, la vision stéréoscopique reconstruit la surface tridimensionnelle de la chaussée par triangulation, similaire au principe de la perception humaine de la profondeur. Les implémentations modernes combinent des caméras stéréoscopiques avec des modules GPS (système de positionnement global) et des centrales inertielles (IMU) pour un géoréférencement précis. Une étude de 2024 publiée dans la revue Results in Engineering (Implementation of a Low-Cost Comprehensive Pavement Inspection System) a démontré que les systèmes de caméras stéréoscopiques peuvent atteindre une précision de détection du faulting comparable à celle des profileurs dédiés pour une fraction du coût de l’équipement. Les algorithmes d’apprentissage profond — en particulier les réseaux de neurones convolutifs (CNN) et les architectures U-Net — entraînés sur des ensembles de données étiquetées d’images et de nuages de points de chaussées peuvent identifier automatiquement les joints, classifier la sévérité du faulting et distinguer le faulting des autres anomalies d’altitude telles que l’écaillage, les réparations et les débris. La détection automatisée des dégradations de chaussée au niveau du pixel basée sur la vision stéréoscopique et l’apprentissage profond, comme décrit dans les recherches de l’Université Monash, intègre l’imagerie stéréoscopique multi-vue avec la segmentation sémantique pour produire des cartes complètes de l’état de la chaussée qui incluent le faulting, la fissuration et la déformation de surface en un seul passage.
Une prévention efficace du faulting commence dès la phase de conception de la chaussée avec trois éléments interdépendants : un transfert de charge positif par des barres de goujon, des fondations stabilisées résistantes à l’érosion et un drainage souterrain complet. Les barres de goujon constituent la mesure la plus directe et la plus efficace contre le faulting. En assurant un transfert de cisaillement mécanique positif à travers le joint, les goujons maintiennent une LTE élevée pendant toute la durée de vie de la chaussée, réduisant considérablement les déflexions des dalles et l’action de pompage qui génère le faulting. Le diamètre, la longueur, l’espacement et la profondeur d’ancrage des barres de goujon sont tous des paramètres de conception critiques. La pratique standard pour les chaussées routières spécifie des barres d’acier rondes lisses revêtues d’époxy espacées de 300 mm (12 pouces) d’axe en axe sur le joint transversal. La longueur des goujons doit être suffisante pour transférer le cisaillement tout en permettant au joint de s’ouvrir et de se fermer avec la dilatation et la contraction thermiques — typiquement 460 mm (18 pouces) pour un espacement standard des joints de 4,6 mètres (15 pieds). Les barres de goujon doivent être placées à mi-épaisseur de la dalle (tolérance de ±20 mm) et alignées parallèlement à la fois à la surface de la chaussée et à l’axe de la voie (±10 mm horizontalement et verticalement). Les goujons mal alignés qui restreignent le mouvement du joint provoquent la fissuration et l’écaillage du béton adjacent, tandis que les goujons desserrés offrent une LTE réduite et peuvent aggraver plutôt que prévenir le faulting. Des paniers à barres de goujon ou des inséreurs mécaniques (DBI) sont utilisés pendant la construction pour positionner les barres à la bonne position et au bon alignement avant la mise en place du béton.
Les fondations stabilisées fournissent une plateforme ferme et résistante à l’érosion sous la dalle en béton qui résiste à l’action de lessivage hydraulique du pompage. L’American Concrete Pavement Association et la FHWA identifient les fondations traitées au ciment (CTB), les fondations en béton maigre (LCB) et les fondations perméables traitées à l’enrobé bitumineux (ATPB) comme des options efficaces de fondations stabilisées. Les fondations traitées au ciment avec des teneurs en ciment de 3 à 5 pour cent en poids développent une résistance et une cohésion suffisantes pour résister à l’érosion tout en restant suffisamment flexibles pour s’adapter aux mouvements des dalles. Les fondations en béton maigre, avec des résistances à la compression de 5 à 10 MPa (700 à 1 500 psi), offrent la plus grande résistance à l’érosion mais sont également les plus coûteuses. Les fondations perméables traitées à l’enrobé bitumineux combinent drainage et résistance à l’érosion en une seule couche : le squelette granulaire à granulométrie ouverte stabilise la fondation contre l’érosion tandis que les vides interconnectés permettent à l’eau de s’écouler latéralement vers les drains de rive. Les données du LTPP ont démontré de manière concluante que les sections JPCP construites sur des fondations stabilisées développent un faulting à des taux 40 à 60 pour cent inférieurs à ceux des fondations granulaires non traitées, tous autres facteurs étant égaux. L’écart de performance est le plus prononcé sur les itinéraires à fort trafic et dans les climats humides où le potentiel de pompage est le plus grand.
Le drainage souterrain s’attaque à la cause profonde du pompage en éliminant l’eau qui rend le pompage possible. Un système de drainage de chaussée correctement conçu comprend une couche drainante perméable (soit une fondation perméable traitée, soit une couche de drainage séparée à granulométrie ouverte), des drains de rive longitudinaux avec des tuyaux collecteurs perforés, et des structures d’évacuation positives qui déversent l’eau à l’air libre ou dans les égouts pluviaux. La couche drainante doit avoir une perméabilité d’au moins 300 m/jour (1 000 pi/jour) pour acheminer rapidement l’eau vers les drains de rive, et elle doit être protégée du colmatage par un séparateur géotextile ou un filtre granulaire calibré. Les drains de rive doivent être placés à une profondeur permettant l’écoulement par gravité et doivent être régulièrement inspectés et entretenus — un drain de rive obstrué n’apporte aucun bénéfice et peut même piéger l’eau sous la chaussée. Les recherches de la FHWA et des départements des transports des États ont montré que les sections JPCP avec des drains de rive fonctionnels développent un faulting à des taux 30 à 50 pour cent inférieurs à ceux des sections non drainées dans des environnements similaires. Dans les régions avec des nappes phréatiques élevées, le système de drainage peut nécessiter l’inclusion de drains profonds qui abaissent le niveau de la nappe sous la structure de la chaussée, car l’eau qui remonte par le bas est tout aussi dommageable que l’eau qui s’infiltre par le haut.
Le scellement des joints est une mesure de prévention supplémentaire qui limite la quantité d’eau de surface pénétrant dans la structure de la chaussée par les joints. Bien que le produit d’étanchéité pour joints n’empêche pas directement le faulting — l’eau pénètre dans la structure de la chaussée par les fissures, les accotements et l’action capillaire du sol de fondation indépendamment du scellement des joints — des joints d’étanchéité bien entretenus réduisent le volume d’eau disponible pour le pompage et empêchent les matériaux incompressibles (sable, pierres) de pénétrer dans le réservoir du joint, prévenant l’écaillage et les soulèvements liés à la pression. Les produits d’étanchéité coulés à chaud, les produits silicones et les joints de compression préformés sont utilisés selon le climat, le trafic et les préférences de l’agence. Le produit d’étanchéité doit être périodiquement remplacé car il s’oxyde, se fragilise et perd son adhérence — les durées de vie typiques des produits d’étanchéité varient de 5 à 12 ans selon le matériau et l’environnement.
Lorsque le faulting s’est déjà développé sur une chaussée en service, deux techniques de réhabilitation complémentaires — le rétrofit par barres de goujon (DBR) et le meulage au diamant — peuvent restaurer le transfert de charge, la qualité de roulement et l’intégrité structurelle sans remplacement complet de la dalle. La DBR est le processus d’installation de barres de goujon à travers les joints ou fissures existants d’une chaussée en béton à joints pour restaurer un transfert de charge positif. La procédure commence par la découpe de fentes d’environ 100 à 150 mm (4 à 6 pouces) de largeur, 300 à 400 mm (12 à 16 pouces) de longueur, s’étendant jusqu’à mi-épaisseur de la dalle sur chaque ornière des deux côtés du joint. Les fentes sont nettoyées des débris de béton et inspectées pour l’état de la fondation — si une érosion importante de la fondation est évidente, une injection de coulis sous pression ou un mudjacking pour remplir les vides sous la dalle doit être effectué avant la mise en place des goujons. Des barres de goujon en acier revêtues d’époxy, typiquement de 32 mm ou 38 mm (1,25 ou 1,5 pouce) de diamètre et de 460 mm (18 pouces) de longueur, sont positionnées dans les fentes avec des capuchons d’extrémité ou des agents anti-adhérence appliqués à une extrémité pour permettre au joint de se déplacer librement. Les goujons doivent être installés à la bonne altitude et au bon alignement à l’aide de supports ou d’équerres de positionnement, puis les fentes sont remplies d’un coulis cimentaire à prise rapide et haute résistance initiale non rétractable ou d’un béton polymère. Après une période de durcissement de 2 à 4 heures pour les matériaux à prise rapide, la chaussée peut être rouverte à la circulation.
La DBR est utilisée de manière extensive aux États-Unis depuis la fin des années 1980, le département des transports de l’État de Washington faisant office d’État pilote dans le développement et le perfectionnement de la technique. La fiche technique FHWA sur la DBR documente des données de performance montrant qu’une DBR correctement exécutée restaure la LTE à 70-90 pour cent et réduit le développement ultérieur du faulting de 60 à 80 pour cent par rapport aux joints non goujonnés non traités. La longévité de la DBR dépend de manière critique de l’état de la dalle et de la fondation existantes : la DBR ne doit pas être installée sur un matériau de fondation gravement détérioré, car les goujons nécessitent un béton sain et un support de fondation adéquat pour fonctionner correctement. Les emplacements présentant un pompage actif ou une perte importante de fondation doivent recevoir un traitement de stabilisation de la fondation avant ou en même temps que la DBR. La DBR est appropriée pour des amplitudes de faulting comprises entre 3 mm et 12,5 mm (0,125 à 0,5 pouce). En dessous de 3 mm, le faulting ne dégrade pas significativement la qualité de roulement et ne justifie pas le coût du rétrofit. Au-dessus de 12,5 mm, les dommages sous-jacents à la fondation et au sol de fondation sont généralement trop étendus pour une DBR efficace, et une reconstruction en pleine profondeur est justifiée.
Le meulage au diamant est une technique de restauration de surface qui enlève une fine couche de béton de la surface de la chaussée à l’aide de lames de scie imprégnées de diamant étroitement espacées, montées sur une meuleuse autoportée. Les lames sont typiquement espacées de 2,5 à 3,2 mm (0,10 à 0,125 pouce) et découpent des rainures de 3 à 5 mm de profondeur dans la surface, produisant une texture caractéristique en côtes de velours. Le but principal du meulage au diamant est d’éliminer le faulting aux joints en rectifiant la surface surélevée de la dalle d’approche jusqu’au niveau de la dalle de départ, restaurant ainsi un profil lisse et continu. Le meulage au diamant élimine également les irrégularités de surface mineures, rétablit le drainage transversal en restaurant la pente transversale, et offre une texture de surface silencieuse et résistante au dérapage. Le Concrete Pavement Rehabilitation — Guide for Diamond Grinding (2001) de la FHWA spécifie que le meulage doit atteindre un indice de profil inférieur à 160 mm/km (10 in/mi) en utilisant un profilographe californien avec une bande d’effacement de 5 mm (0,2 pouce) — une norme qui équivaut à un IRI d’environ 1,6 m/km (100 in/mi) ou mieux.
Lorsque la DBR et le meulage au diamant sont combinés, ils offrent une stratégie complète de réhabilitation du faulting. La DBR restaure le mécanisme de transfert de charge sous-jacent pour prévenir le développement futur du faulting, tandis que le meulage au diamant corrige le faulting de surface existant et la rugosité. Les recherches publiées par l’International Grooving and Grinding Association et la FHWA démontrent que la DBR suivie d’un meulage au diamant peut prolonger la durée de vie d’une chaussée en béton présentant du faulting de 15 à 20 ans, ce qui en fait l’un des traitements de préservation des chaussées en béton les plus rentables disponibles. Les données de performance à long terme des expériences LTPP Specific Pavement Studies (SPS) montrent que les sections JPCP meulées au diamant avec des fondations stabilisées, des drains de rive et des espacements de joints adéquats maintiennent des taux de faulting plus faibles après meulage par rapport aux sections sans ces caractéristiques, confirmant que le meulage traite le symptôme (faulting de surface) tandis que la DBR et la conception de la fondation/drainage traitent la cause (transfert de charge inadéquat et pompage).
La rentabilité de la réhabilitation du faulting doit être évaluée par rapport à l’alternative de la reconstruction. Un projet typique de DBR et de meulage au diamant coûte environ 25 à 45 dollars par mètre carré (3 à 5 dollars par pied carré) en dollars de 2024, contre 80 à 150 dollars par mètre carré (10 à 15 dollars par pied carré) pour une reconstruction en pleine profondeur. Cet écart de coût, combiné à la durée de construction plus courte (jours contre semaines par kilomètre de voie) et à la réduction des perturbations de la circulation, fait de la DBR et du meulage le traitement privilégié pour les chaussées en béton présentant du faulting lorsque la dalle et la fondation sous-jacentes restent structurellement adéquates.
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