Qu'est-ce qu'une couche de roulement (couche de surface) ?

La couche de roulement est la couche supérieure d’une structure de chaussée qui reçoit directement le trafic aérien. On l’appelle aussi couche de surface.

Où se situe la couche de roulement

L’AC 150/5320-6G désigne quatre éléments d’une structure de chaussée : la couche de surface, la couche de base, la couche de fondation et la plate-forme (1.6). Dans une chaussée souple, chaque couche protège la couche située en dessous (3.15.1).

Pavement Interactive indique que la couche de surface est la couche en contact avec le trafic. Elle comporte en général les matériaux de la plus haute qualité. La couche de surface peut être une seule couche ou plusieurs sous-couches d’asphalte :

• Couche de roulement. La sous-couche supérieure. Elle subit l’usure du trafic et peut être retirée puis remplacée lorsqu’elle est usée.
• Couche de liaison. La sous-couche située sous la couche de roulement. Elle est aussi appelée couche intermédiaire. Elle fournit la plus grande partie de l’épaisseur d’asphalte, et son rôle principal est de répartir la charge.

L’AC 150/5370-10H indique que la spécification P-403 peut être utilisée pour les couches de liaison en asphalte. La couche de base située sous la couche de liaison est une couche distincte. Voir la fiche du glossaire sur la couche de base.

Types de couche de roulement

• Enrobé bitumineux à chaud dense (HMA). Pavement Interactive le décrit comme un mélange à granulométrie continue pour un usage général, adapté à toutes les couches. Sur un aérodrome, il s’agit de la spécification P-401 de la FAA. Les granulométries de la P-401 sont continues, du gros au fin.
• Stone Mastic Asphalt (SMA). Un enrobé à granulométrie discontinue qui assure un contact pierre sur pierre dans le mélange. Pavement Interactive indique qu’il est presque exclusivement un mélange de couche de surface sur les routes américaines à fort trafic.
• Couche de friction à granulométrie ouverte. Une fine couche d’asphalte perméable. La FHWA indique que sa macrotexture favorise le drainage au contact pneu et chaussée, et réduit l’aquaplanage et les projections. La FHWA indique une durée de vie de 7 à 10 ans, et précise qu’elle peut se désagréger et se déformer aux intersections. Sur un aérodrome, la FAA appelle l’équivalent une couche de friction drainante (porous friction course, PFC).
• Béton de ciment Portland (PCC). Dans une chaussée rigide, la dalle constitue la couche de surface. Il s’agit de la spécification P-501 de la FAA.
• Grave. Sur une route non revêtue, la couche de roulement est une grave de surface. Le Gravel Roads Maintenance and Design Manual décrit le mélange. La grave de surface a besoin de pierre pour la résistance, de sable pour remplir les vides et de fines plastiques pour lier la surface. La grave de base a besoin de plus gros éléments et de peu de fines. Le manuel donne en exemple une spécification d’État. Selon celle-ci, la grave de surface contient de 4 à 15 % de fines et un indice de plasticité de 4 à 12. La grave de base contient de 3 à 12 % de fines et un indice de plasticité de 0 à 6. Le manuel recommande de suivre la spécification de son propre État.

Matériau et épaisseur

Dans une chaussée souple, la couche de surface est un enrobé d’asphalte, spécification P-401 de la FAA. Dans une chaussée rigide, c’est la dalle de béton de ciment, spécification P-501. La dalle supporte la charge et forme la surface. La FAA recommande la P-401 pour les chaussées desservant des aéronefs de plus de 60 000 lb (27 215 kg). La spécification P-403 peut être utilisée pour 60 000 lb ou moins.

L’AC 150/5320-6G, tableau 3-3, donne l’épaisseur minimale de la couche d’asphalte. Elle est de 3 in (75 mm) pour les chaussées desservant des aéronefs de moins de 60 000 lb, et de 4 in (100 mm) pour les aéronefs plus lourds. Le tableau 3-4 donne un minimum de 6 in (150 mm) pour la surface en béton. Le dimensionnement structurel fixe l’épaisseur réelle.

Chaque couche d’asphalte a aussi un minimum. Le tableau 2 de la P-401 recommande une épaisseur minimale de couche de mise en œuvre pour chaque granulométrie. Elle est de 3 in (75 mm) pour la granulométrie 1, de 2 in (50 mm) pour la granulométrie 2 et de 1-1/2 in (38 mm) pour la granulométrie 3. La granulométrie 3 est destinée aux couches de nivellement. Pavement Interactive donne une règle empirique pour éviter le déchirement de la nappe. La couche compactée doit faire au moins deux fois la dimension maximale des granulats, ou trois fois la dimension nominale maximale des granulats.

Certaines zones reçoivent des déversements de carburant, de fluide hydraulique ou d’autres solvants. Les postes de ravitaillement des aéronefs et les aires d’entretien en sont des exemples. La FAA recommande d’y utiliser une surface résistante aux solvants, par exemple P-501, P-404 ou P-629 (AC 150/5320-6G, 3.15.3.4).

Rôle de la couche

La couche de roulement en asphalte remplit trois fonctions :

• Elle limite la pénétration des eaux de surface dans la couche de base.
• Elle offre une surface lisse et antidérapante, exempte de particules libres pouvant devenir des FOD.
• Elle résiste aux contraintes de cisaillement dues aux charges de roues des aéronefs.

Une dalle de béton offre aussi une surface antidérapante et empêche les eaux de surface d’atteindre la fondation.

Mise en œuvre et compactage

La P-401 exige un finisseur automoteur à table chauffante. Le finisseur répand l’enrobé à l’épaisseur, à l’uni et au profil prescrits. La P-401 n’autorise pas la mise en œuvre d’asphalte sur une surface humide. Elle fixe aussi une température minimale pour la couche sous-jacente. La limite est de 40 °F (4 °C) pour une nappe d’au moins 3 in (75 mm) d’épaisseur. Elle est de 45 °F (7 °C) pour une nappe plus épaisse que 2 in (50 mm) et plus mince que 3 in (75 mm). Le représentant résident du projet (RPR) peut accorder une dérogation à la limite de température. Toutes les autres exigences, y compris le compactage, restent applicables.

Les rouleaux suivent le finisseur. La P-401 exige des rouleaux automoteurs. Les équipes compactent la nappe jusqu’à obtenir une texture uniforme, le bon profil et la section transversale correcte, ainsi que la compacité sur chantier requise. Les bandages des rouleaux sont maintenus humides pour empêcher l’asphalte d’adhérer.

Le TxDOT décrit le train de rouleaux habituel :

• Rouleau de compactage primaire. Le premier rouleau derrière la table. Il s’agit en général d’un rouleau vibrant à roues en acier.
• Rouleau intermédiaire. Utilisé si un compactage supplémentaire est nécessaire. Il s’agit en général d’un rouleau à pneus.
• Rouleau de finition. Le dernier rouleau. Il s’agit presque toujours d’un rouleau statique à roues en acier, pour l’uni.

La vitesse du rouleau de compactage primaire est de 2,0 à 3,5 mph pour un rouleau statique à roues en acier ou à pneus. Elle est de 2,0 à 3,0 mph pour un rouleau vibrant à roues en acier. Les passes successives se recouvrent d’au moins 6 in (15 cm).

Le compactage détermine la durée de vie de la couche. Pavement Interactive indique qu’un enrobé dense ne devrait pas dépasser 8 % de vides d’air ni descendre sous 3 %. Trop de vides laissent entrer l’eau et provoquent la désagrégation. Pas assez rendent le mélange instable. La P-401 accepte les lots selon les vides d’air, la compacité de la couche de surface et la compacité des joints. Le tableau 5 fixe ces limites. Les vides d’air totaux du mélange sont de 2,0 à 5,0 %. La compacité de la couche de surface est d’au moins 92,8 %. La compacité des joints est d’au moins 90,5 %.

Les joints et l’uni comptent aussi. Dans la P-401, le joint longitudinal d’une couche est décalé d’au moins 1 ft (30 cm) par rapport au joint de la couche inférieure. Le joint de la couche supérieure se trouve sur l’axe d’une chaussée bombée. Les joints transversaux sont décalés d’au moins 10 ft (3 m). L’entrepreneur contrôle l’uni avec une règle de 12 ft (3,7 m). La limite est un écart inférieur à 1/4 in (6 mm) sur 12 ft. L’entrepreneur doit corriger tout défaut qui retient plus de 1/4 in (6 mm) d’eau sur la couche de surface finale. Les méthodes sont le meulage au diamant ou le remplacement de la couche de surface sur toute son épaisseur.

Exigences de surface

L’EASA CS ADR-DSN.B.090 indique qu’une surface de piste ne devrait présenter aucune irrégularité qui compromette l’adhérence ou affecte le décollage et l’atterrissage. Une piste revêtue devrait être construite ou renouvelée de manière à offrir une adhérence égale ou supérieure au niveau minimal d’adhérence. L’Annexe 14 de l’OACI, volume I, 3.1.26, et l’EASA donnent tous deux une profondeur de texture. Une nouvelle surface devrait avoir une profondeur moyenne de texture d’au moins 1,0 mm.

L’EASA GM1 ADR-DSN.B.090 donne une norme de construction pour l’uni. Mesurée à l’aide d’une règle de 3 m dans n’importe quelle direction, la couche de roulement finie ne présente aucun écart supérieur à 3 mm. L’EASA et l’OACI demandent toutes deux de soigner l’uni lorsque des feux de piste ou des grilles de drainage sont posés dans la surface.

Deux échelles de texture comptent. La microtexture est la texture de chaque granulat. Elle est le principal élément de l’adhérence à faible vitesse. La macrotexture est la texture de l’ensemble des granulats. L’EASA indique que la macrotexture est le facteur majeur de la capacité de drainage à grande vitesse. L’EASA demande aussi de choisir des matériaux concassés résistant au polissage, et désigne la valeur de pierre polie (PSV) comme mesure. Une nouvelle surface d’asphalte est en général assez lisse à cause du compactage. L’AC 150/5320-12C, paragraphe 2-4, énumère les moyens de l’améliorer : une bonne formulation de mélange, des couches de friction drainantes, des enduits superficiels, des coulis bitumineux et des rainures sciées.

L’EASA GM1 ADR-DSN.B.191 donne les mesures de la macrotexture. La méthode volumétrique donne une profondeur moyenne de texture (MTD) et est valable de 0,25 à 5 mm. La méthode du profil donne une profondeur moyenne de profil (MPD) et est valable de 0 à 5 mm. Les deux valeurs diffèrent, il faut donc une équation de transformation pour relier le MPD au MTD. L’EASA donne aussi l’échelle ESDU, qui classe la texture des pistes de A (0,10 à 0,14 mm) à E (1,01 à 2,54 mm).

Le rainurage raccourcit le trajet de l’eau. La rainure standard de la FAA mesure 1/4 in sur 1/4 in, avec 1-1/2 in entre axes. Les rainures s’usent sous le trafic. Prenons une section de piste de 1 500 ft (457 m). Si 40 % de ses rainures ont 1/8 in (3 mm) ou moins de profondeur ou de largeur, leur effet contre l’aquaplanage est fortement réduit. La FAA demande alors une action corrective.

Une couche de friction drainante (porous friction course, PFC) est une fine couche d’enrobé à granulométrie ouverte, d’une épaisseur de 3/4 à 1-1/2 in (25 à 40 mm). La FAA déconseille son emploi sur les pistes où l’on compte plus de 91 arrivées de turboréacteurs par jour et par extrémité de piste. Les dépôts de caoutchouc peuvent obstruer ses vides.

Niveaux d’adhérence

L’AC 150/5320-12C fixe trois niveaux d’adhérence : minimal, de planification de l’entretien, et de conception ou de construction neuve. Les valeurs dépendent de l’appareil de mesure et de la vitesse d’essai. Pour un Mu Meter à 40 mph, les valeurs sont 0,42, 0,52 et 0,72. L’intervalle entre les relevés dépend du nombre d’atterrissages de turboréacteurs par jour et par extrémité de piste. Il va d’un an pour moins de 15 atterrissages à une semaine pour plus de 210.

Dégradations

Le manuel PAVER pour les aérodromes en asphalte répertorie 17 types de dégradations. Ce sont celles qui débutent dans la couche de roulement :

• Ressuage (42) : un film brillant et collant de matériau bitumineux à la surface. Un excès d’asphalte ou de faibles vides d’air en sont la cause. Elle est relevée lorsqu’elle suffit à réduire l’adhérence.
• Agrégat poli (51) : les granulats en surface sont très petits ou n’ont pas de particules rugueuses et anguleuses. Une circulation répétée en est la cause.
• Désagrégation (52) : des granulats grossiers se détachent de la surface.
• Altération (57) : le liant d’asphalte et la matrice de fines s’usent à la surface. PAVER ne la relève pas lorsqu’une désagrégation de gravité moyenne ou élevée est relevée.
• Fissuration par glissement (55) : des fissures en croissant que provoquent les roues qui freinent ou tournent. Une couche de surface de faible résistance, ou une mauvaise adhérence avec la couche inférieure, en sont la cause.
• Érosion par le souffle des réacteurs (46) : liant brûlé ou carbonisé. Les zones brûlées peuvent atteindre environ 1/2 in (13 mm) de profondeur.

L’orniérage est une dégradation de toute la structure, et la couche de roulement peut être la couche qui s’ornière. PAVER le répertorie aussi (53). L’écaillage (70) est la dégradation équivalente d’une couche de roulement en béton. Le manuel PAVER pour le béton le nomme délamination ou désintégration de la surface de la dalle. Un surfaçage excessif, un défaut de cure, un entraînement d’air insuffisant et un gel avant que le béton n’ait gagné sa résistance en sont la cause.

On ne peut pas juger la texture et l’adhérence à l’œil. L’AC 150/5320-12C indique que les travaux de recherche montrent que les évaluations visuelles de l’adhérence ne sont pas fiables. Il indique aussi que les inspections visuelles ne permettent pas de repérer une mauvaise texture, et que la profondeur de texture ne se détermine que par une mesure directe. Un relevé visuel, y compris un relevé par drone, consigne les dégradations de surface citées plus haut. Il ne remplace ni un essai d’adhérence ni une mesure de texture.

Remplacement de la couche

L’AC 150/5320-6G appelle réhabilitation le retrait et le remplacement d’une partie ou de la totalité d’une couche de roulement souple. Un fraisage suivi d’une recharge apporte souvent une durée de vie fonctionnelle et structurelle supplémentaire notable. Retirer et remplacer une couche située sous la couche de surface constitue une reconstruction.

L’AC utilise l’indice de l’état de la chaussée (PCI) comme repère. Un PCI supérieur à 70 désigne un candidat à l’entretien. Un PCI de 55 à 70 désigne un candidat à la réhabilitation. Un PCI inférieur à 55 désigne un candidat possible à la reconstruction. L’AC ajoute que le type de dégradation peut justifier un autre choix.

Une recharge peut aussi corriger des problèmes non structurels, comme le bombement, le profil en long ou l’adhérence. Avant le fraisage, prélevez des carottes pour déterminer l’épaisseur et l’état de la surface. Si le fraisage laisse moins de 2 in (50 mm) de couche de surface, la couche mince risque de se délaminer sous la circulation de chantier (4.8). Le fraisage de profil et une couche de nivellement corrigent les irrégularités de surface comme le bourrelage, l’orniérage et le ressuage (4.10.1.2).

Entretien

La FAA recommande de retirer le caoutchouc à des intervalles allant de 2 ans (moins de 15 atterrissages) à 2 mois (plus de 210). Un enduit superficiel (chip seal) ou un coulis bitumineux (slurry seal) est un moyen temporaire de restaurer l’adhérence. Un coulis bitumineux dure en général de 2 à 5 ans et constitue une mesure provisoire avant une recharge. Un enduit de brouillard (fog seal) peut réduire sensiblement l’adhérence la première année.