Qu’est-ce que l’orniérage d’une chaussée ?

Orniérage

Définition

L’orniérage est une dépression de surface dans la trace de roue d’une chaussée souple, causée par les charges de trafic. La charge consolide ou déplace le matériau d’une ou plusieurs couches de chaussée, ou de la plateforme. La déformation est permanente.

La chaussée peut se soulever le long des bords d’une ornière. De nombreuses ornières n’apparaissent qu’après la pluie, lorsque l’eau remplit les traces de roues. Un orniérage important peut conduire à une défaillance structurelle majeure de la chaussée.

Types d’orniérage

Une ornière peut commencer dans différentes couches de la chaussée. La couche indique la cause et la bonne réparation. Pavement Interactive décrit trois types.

Orniérage par densification

La circulation compacte davantage une couche après la construction. Cela se produit lorsque l’équipe de chantier n’a pas assez compacté l’enrobé ou une couche granulaire. La surface s’abaisse dans la trace de roue. Le matériau ne se déplace pas latéralement, il n’y a donc pas de bourrelets.

Les vides d’air du mélange montrent le risque. Un article du Transportation Research Board indique qu’un enrobé à granulométrie dense ne doit pas dépasser environ 8 % de vides d’air après la construction. La FHWA donne la même limite. La circulation compacte ensuite davantage le mélange. Les vides ne doivent pas descendre sous environ 3 %, car un mélange avec trop peu de vides s’ornière par fluage plastique.

Orniérage du mélange

L’enrobé n’est pas assez stable pour supporter les charges des roues. Le mélange se déplace vers le bas et latéralement sous les pneus. Il en résulte des bourrelets, ou gonflements, le long des deux côtés de la trace de roue. L’orniérage du mélange est aussi appelé orniérage par instabilité ou orniérage par fluage en cisaillement. Il se produit dans les couches d’enrobé proches de la surface.

La chaleur accroît le risque. Selon le NCHRP Report 468, la rigidité de l’enrobé diminue pendant les mois chauds de l’été, et la tendance à l’orniérage augmente.

Orniérage de la plateforme

La plateforme ou une couche de base non liée se déforme sous les charges répétées. La structure entière de la chaussée s’enfonce alors dans la dépression. L’ornière est large et n’a pas de bourrelets.

La conception de la chaussée limite ce type. La méthode de dimensionnement de la FAA pour les chaussées d’aéroport souples (FAARFIELD) limite la déformation verticale au sommet de la plateforme pour se prémunir contre l’orniérage de la plateforme.

Comment distinguer les types

Selon le NCHRP Report 468, la forme du profil en travers permet de trouver la couche qui s’est ornièrée :

• Des bourrelets à côté de l’ornière montrent que l’enrobé s’est déplacé latéralement. L’ornière se situe dans les couches d’enrobé.
• Une large dépression sans bourrelets montre que la couche de base ou la plateforme s’est affaissée.

Un profil ne prouve pas la cause. Une tranchée ou des carottes prélevées à travers l’ornière montrent quelle couche a changé d’épaisseur. Le même rapport indique qu’une tranchée coûte plus cher et présente plus de dangers qu’un profil.

Causes

L’AC 150/5380-6C classe l’orniérage parmi les dégradations par déformation des chaussées souples. Il énumère les causes de ce groupe :

• Tassement de la fondation.
• Compactage insuffisant des couches de chaussée.
• Manque de stabilité du mélange bitumineux.
• Mauvaise adhérence entre la surface et la couche sous-jacente.
• Sols gonflants ou gel dans la plateforme.

La température joue aussi un rôle. Le temps chaud rend l’enrobé moins rigide, si bien que le risque d’orniérage du mélange augmente en été.

Essais de laboratoire de résistance à l’orniérage

Les ingénieurs soumettent le liant et le mélange à des essais avant de construire la chaussée.

• Grade de performance (PG) du liant. Le premier nombre d’un grade PG Superpave est une température, par exemple 64 dans PG 64-22. Il s’agit de la température maximale moyenne de la chaussée sur sept jours, pour le liant. C’est une température de chaussée, et non une température de l’air. Le rhéomètre à cisaillement dynamique (DSR) mesure le paramètre d’orniérage G*/sin δ à 10 rad/s. Pour le liant d’origine, le minimum est de 1,00 kPa à la température du grade.
• Essai de fluage et de récupération sous contraintes multiples (MSCR). L’AASHTO T 350 mesure la part de la déformation du liant qui ne se récupère pas. Le résultat, Jnr à 3,2 kPa, fixe le grade de trafic. La fiche technique de la FHWA donne la valeur maximale de Jnr pour chaque grade. Elle est de 4,0 par kPa pour S (standard) et de 2,0 pour H (lourd). Elle est de 1,0 pour V (très lourd) et de 0,5 pour E (extrêmement lourd).
• Essai à la roue Hamburg. Selon l’AASHTO T 324, une roue d’acier chargée se déplace d’avant en arrière sur une éprouvette d’enrobé. L’éprouvette est immergée dans l’eau à 40 à 50 °C. Le laboratoire relève la profondeur d’ornière en fonction du nombre de passages. L’essai montre la résistance à l’orniérage et aux dommages dus à l’humidité.

L’enrobé à matrice pierreuse (SMA) est un mélange conçu pour une forte résistance à l’orniérage. Il contient un granulat grossier à granulométrie discontinue, avec un contact pierre sur pierre qui porte la charge. Le SMA utilise en général un liant modifié.

Gravité et mesure

Le manuel PAVER pour les aérodromes en enrobés évalue l’orniérage selon la profondeur moyenne de l’ornière :

• Gravité faible : 6 à 13 mm (1/4 à 1/2 po).
• Gravité moyenne : plus de 13 mm et jusqu’à 25 mm (1/2 à 1 po).
• Forte gravité : plus de 25 mm (1 po).

Pour trouver la profondeur, placez une règle droite en travers de l’ornière et mesurez la profondeur. La norme ASTM E1703 est la méthode d’essai qui mesure la profondeur d’ornière en un point, à l’aide d’une règle droite et d’une jauge. Calculez la profondeur moyenne à partir de mesures prises sur toute la longueur de l’ornière. Le manuel enregistre la superficie de l’ornière en mètres carrés. Si un faïençage et un orniérage se produisent dans la même zone, l’inspecteur consigne chacun à sa propre gravité.

Les agences n’utilisent pas une seule échelle. Le TxDOT évalue l’orniérage routier en quatre classes :

• Peu profond : 0,25 à 0,49 po.
• Profond : 0,50 à 0,99 po.
• Sévère : 1,00 à 1,99 po.
• Défaillance : 2,00 po ou plus.

Le manuel FHWA sur le comportement à long terme des chaussées (LTPP) ne définit aucun niveau de gravité. Il enregistre la profondeur d’ornière mesurée.

Orniérage sur un aérodrome

Les directives de l’EASA classent l’orniérage parmi les paramètres physiques de la surface de piste. L’exploitant vérifie l’orniérage visuellement pendant et après la pluie, et en mesure le degré avec une règle droite. Un essai de frottement ne remplace pas ce contrôle. Les appareils de mesure du frottement à mouillage automatique fonctionnent sur piste sèche, et ils ne détectent donc pas les effets des flaques et de l’orniérage.

Les ornières retiennent l’eau. L’AC 150/5320-12C de la FAA indique qu’une rupture structurelle telle que l’orniérage peut contribuer à une perte de frottement sur la piste. Elle indique aussi de réparer les zones déprimées où l’eau stagne sous la pluie. Une eau profonde dans la trace de roue accroît aussi le risque d’aquaplanage. La NASA TN D-2056 donne une règle pour la vitesse d’aquaplanage dynamique d’un pneu. En nœuds, elle vaut environ 9 fois la racine carrée de la pression du pneu en psi. Cela s’applique lorsque l’eau est plus profonde que les sculptures du pneu. Pour un pneu à 200 psi, cela donne environ 127 kt.

L’orniérage est l’une des dégradations du classement PAVER pour les aérodromes en enrobés, et il alimente l’indice de l’état de la chaussée (PCI).

Réparation

La réparation dépend de la couche qui s’est ornièrée.

• Orniérage dans les couches d’enrobé. L’ornière peut provenir surtout d’une déformation latérale du mélange. Selon le NCHRP Report 468, le fraisage ou le nivellement avec une nouvelle couche de roulement, ou le recyclage de la surface, est alors une réparation possible.
• Orniérage dans la couche de base ou la plateforme. Le même rapport indique que l’orniérage provenant des couches inférieures exige une résistance structurelle accrue. Une nouvelle couche de surface seule ne l’apporte pas.

L’AC 150/5380-6C range l’orniérage parmi les irrégularités de surface. La réparation consiste à retirer et remplacer les zones endommagées, ou à rectifier ou fraiser la surface. Les causes probables sont le trafic et le vieillissement. Avant une recharge, l’AC 150/5320-6G recommande de réparer l’orniérage par fraisage de profil, puis de niveler la surface avec un mélange d’enrobé approprié.