Projektbeschreibung
(Deutsch)
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TITRE DU PROJET
Applicabilité de l'enrobé drainant sur les ouvrages d'art du réseau des routes nationales
PROBLEMATIQUE
Les réticences relatives à l'emploi de l'enrobé drainant en regard de l'entretien hivernal et la susceptibilité supposée accrue des ouvrages aux variations de température ont généralement empêché l'application de l'enrobé drainant en surface des ouvrages d'art.
Cependant, son emploi sur ouvrage se justifie dans l'optique de la sécurité des usagers, lorsque la chaussée avant et après l'ouvrage se trouve revêtue d'enrobé drainant. L'application du même produit sur le pont garantit une continuité de la texture de surface et donc de la visibilité par temps de pluie. Un autre type de revêtement n'atténue en effet pas autant la projection d'eau derrière les véhicules, donc tout changement de revêtement passant d'un enrobé drainant à autre chose crée par temps de pluie un écran d'eau plus ou moins important sous l'action de la projection d'eau généré par le trafic.
De même, en cas d'emploi de l'enrobé drainant à des fins de réduction du bruit, le changement de revêtement en surface d'ouvrage réduit voire annule en cet endroit l'effet désiré.
En dehors de l'applicabilité, l'emploi de l'enrobé drainant sur ouvrages d'art nécessite l'étude de détails constructifs, comme par exemple l'évacuation des eaux de ruissellement aux points bas et aux droit des joints de dilatation
Les cantons de Vaud et de Neuchâtel possèdent sur leur réseau de routes nationales une douzaine d'ouvrages au total qui sont déjà revêtus d'enrobé drainant. Il semble qu'à ce jour il n'y ait pas d'augmentation significative du taux d'accidents à ces endroits.
OBJECTIFS DU PROJET DE RECHERCHE
Le but de cette étude est d'évaluer l'applicabilité de l'enrobé drainant sur les ouvrages d'art vis-à-vis de la sécurité hivernale et des risques d'aquaplaning. Il s'agit d'en définir les domaines et les modalités d'application, les mesures et les précautions à prendre. Il convient également de fournir les détails d'exécution et les mesures à prendre lors de l'entretien hivernal.
PROGRAMME PREVU
ETAPE 1:
a) Etat de l'art
Le programme prévu commence par une recherche de la bibliographie existante traitant des études effectuées en matière de sécurité et d'entretien hivernal sur les ouvrages d'art revêtus d'enrobé drainant. Le LAVOC profitera en particulier de ses bons contacts avec les laboratoires nationaux de recherche routière de l'Europe du nord à travers le FEHRL (Forum des laboratoires nationaux de recherche routière). Michel Dysli, qui dispose de nombreux contacts au Canada, participera également à l'inventaire des informations existantes dans ce domaine.
b) Analyse du comportement des ouvrages d'art en enrobé drainant
Une récolte et analyse du comportement des ouvrages d'art déjà en service et comportant un revêtement en enrobé drainant sera effectuée. Il s'agit de quantifier le risque sur ces ouvrages et de le comparer d'une part avec les sections adjacentes (hors ouvrage) et d'autre part d'évaluer la différence entre une situation climatique sèche et des conditions hivernales et de fortes pluies. Les statistiques d'accidents seront utilisées pour quantifier ce risque et les données des responsables de l'exploitation seront prises en compte. Pour les ponts où les données sont disponibles, des comparaisons avant et après la mise en place du drainant seront également menées.
Il doit en découler une analyse de la situation qui mettra en évidence l'augmentation éventuelle du risque au niveau de la sécurité des usagers et les spécificités de l'entretien de ces ouvrages en fonction de la situation (altitude, déclivité, sinuosité) et des types d'ouvrages (pont mixte, caisson, etc.).
Ce recensement donnera la base pour les simulations des effets du changement de la température et les analyses décrites dans les étapes suivantes.
ETAPE 2:
c) Instrumentation
Deux ouvrages situés sur l'A5 dans les cantons de Vaud et Neuchâtel entre Champagne et Areuse ont été sélectionnés comme planches d'essai. Il s'agit plus exactement du pont sur l'Arnon, pour le canton de Vaud et du pont de Chanélaz pour le canton de Neuchâtel. Pour ces ouvrages, une instrumentation spécifique sera installée (voir ci-après), qui permettra de recueillir les données nécessaires à l'évaluation de leur viabilité hivernale d'une part, et d'autre part pour pouvoir évaluer par simulation le comportement hivernal d'autres types d'ouvrages d'art.
Le choix de ces deux planches d'essai se justifie par leurs configurations géométriques différentes. En effet, l'un est presque horizontal et rectiligne tandis que l'autre est en pente avec un tracé en courbe.
Il est prévu de mettre en oeuvre deux types de revêtement distincts dans chaque sens de circulation:
- revêtement monocouche en enrobé drainant
- revêtement bicouche en enrobé drainant
Cela se justifie par le fait que leur comportement thermique est supposé être différent, ce qui apportera un degré supplémentaire à l'analyse des résultats.
L'instrumentation prévue pour les deux planches d'essai se fera sur l'ouvrage. Une instrumentation de la chaussée au voisinage de l'ouvrage est également prévue afin de servir de base de comparaison. Ceci permettra, à plus ou moins long terme, de quantifier et d'évaluer les aspects suivants:
- variations de température
- variations d'humidité
- risque de gel
L'instrumentation prévue se compose des éléments suivants et est plus amplement détaillée en annexe 2:
1. Station météo Boschung complète
2. Instrumentation de l'ouvrage avec des sondes de mesure
- de température
? de l'air
? en surface de la chaussée
? à l'interface DRA/revêtement
? à l'interface revêtement/tablier
? sous le revêtement (route)
? sous l'ouvrage
- d'humidité
? en surface de la chaussée
? à l'interface DRA/revêtement
- de gel
? en surface de la chaussée
- des radiations
? capteurs sur mât, 1 capteur dirigé vers le sol et 1 capteur vers le ciel
Le choix et l'implantation de la station météo et de l'instrumentation, de même que l'acquisition, la transmission et le traitement des données se feront en collaboration avec l'entreprise Boschung Mecatronic AG. Il faut noter que le viaduc de Chanélaz et le pont sur l'Arnon sont déjà équipés de certains capteurs, en particulier de détecteurs de verglas qu'il s'agira d'intégrer dans le système d'acquisition pour les besoins de l'étude en question.
ETAPE 3:
d) Collecte de données
Les instruments implantés sur les planches d'essai, ainsi que ceux mis en place dans la chaussée au voisinage des ouvrages permettront de collecter les données nécessaires pour évaluer les conditions de la superstructure durant l'hiver. Ces informations seront complétées par les données en matière d'accidents aux abords de ces ouvrages. A cet effet, et en cas d'un éventuel accident, la police sera sollicitée pour récolter des données spécifiques sur l'ouvrage et aux abords immédiats de celui-ci, notamment les conditions de la chaussée au moment de l'accident et ses causes probables.
e) Scannage thermographique de la surface de l'ouvrage et géoradar
Le scannage thermographique de chaque ouvrage d'art instrumenté se fera dans des conditions météorologiques jugées défavorables pour la sécurité des usagers, à savoir lorsqu'il y aura l'annonce d'un risque significatif et imminent de gel et/ou de précipitations abondantes de neige.
Il s'agira de mettre en évidence, à l'aide d'un équipement pour la thermographie et d'un géoradar, l'évolution des conditions de température dans la couche de surface drainante mise en place sur les ouvrages instrumentés. La campagne de mesures et les prestations s'y rattachant seront menées à bien par l'EMPA durant l'hiver 2004/2005 et seront répétées durant l'hiver 2005/2006.
L'étude thermographique sert d'une part à la saisie du régime de température en surface du pont et aux abords des points particuliers comme les bordures, les regards, etc. et, d'autre part, à l'estimation du mode de la gestion des eaux, comme le drainage ou la formation de glace.
Pour examiner l'évolution de l'humidité et la gestion des eaux, le géoradar sera utilisé en période de fortes précipitations ou par arrosage.
ETAPE 4:
f) Simulation du comportement hivernal
Une simulation du comportement hivernal des divers types d'ouvrages recensés sur le réseau des routes nationales sera réalisée à l'aide d'un logiciel spécifique, sur la base des données climatiques recueillis durant les hivers 2004/2005 et 2005/2006 à l'aide des instruments implantés sur les ouvrages retenus comme planches d'essai. Cette simulation permettra d'évaluer les risques potentiels auxquels sont soumis les ouvrages d'art lorsque ceux-ci sont revêtus d'une couche de roulement en enrobé drainant, par rapport aux risquent qui menacent les ouvrages d'art revêtus de mélange bitumineux traditionnel (AB ou GA).
g) Analyse des résultats
Après avoir effectué toutes les campagnes de mesures établies dans cette étude et récolté les données issues de l'instrumentation des deux planches d'essai, il s'agira de rassembler tous les résultats obtenus en vue d'une analyse plus approfondie.
L'analyse des résultats devrait permettre d'étendre et de parfaire les connaissances actuelles concernant le comportement des enrobés drainants mis en place sur les ouvrages d'art, ainsi que les précautions à prendre en ce qui concerne la maintenance hivernale et la sécurité des usagers.
h) Rapport
L'analyse et l'interprétation des résultats serviront à l'établissement d'un rapport final complet et pourront également servir de base à l'élaboration de prescriptions et de recommandations ne figurant pas encore dans les normes.
IMPLICATION POUR LA PRATIQUE
L'implication de ce projet dans la pratique consiste en la définition des conditions à respecter pour être en mesure de mettre en place un revêtement bitumineux en enrobé drainant sur les ouvrages d'art du réseau des routes nationales.
L'application de l'enrobé drainant aux ouvrages d'art permettra de garder un système cohérent et continu du type de revêtement mis en place tout au long d'un même tronçon de route. Ceci assurera également un accroissement de l'efficacité des mesures anti-bruit de l'ensemble du système et augmentera la sécurité des usagers de la route en présence pluie.
La recherche, par l'évaluation du comportement hivernal d'ouvrages revêtus d'enrobé drainant permettra de définir les risques en cas de gel ou de neige et d'établir des prescriptions et recommandations pour l'entretien hivernal de ces ouvrages.
EFFET SUR LA NORMALISATION
L'étude permettra à l'Office Fédéral des Routes (OFROU) de mettre en place des directives ou des recommandations définissant les conditions de mise en place d'un enrobé drainant à la surface des ouvrages d'art présent dans le réseau des routes nationales et de définir les règles en matière de maintenance hivernale.
DEVIS
Le montant total de la recherche se monte à CHF 199'795.-. Le décompte détaillé figure en annexe 2.
Cette recherche est à considérer comme un projet pilote, financé par les cantons VD/NE dans le cadre de la construction de la A5.
PLANNING
Le planning débute en mars de cette année (2005) et s'achèvera à fin 2006. Le détail figure à l'annexe 2:
- Etat de l'art: de mars 2005 à juin 2005
- Analyse du comportement des ouvrages d'art en enrobé drainant: de mai 2005 à septembre 2005
- Instrumentation: une première étape, à savoir la pose de la planche d'essai sur le pont de l'Arnon a été effectuée durant les mois de septembre et octobre 2004. A court terme, une seconde étape est prévue pour l'instrumentation du pont sur l'Arnon et du pont de Chanélaz.
- Collecte de données: elle se fera dans un premier temps sur le pont de l'Arnon, puis sur les deux sites de mesure de novembre 2005 à avril 2006
- Scannage thermographique de la surface de l'ouvrage: il se fera de décembre 2005 au mois de février 2006
- Simulation du comportement hivernal: de mai 2006 à juillet 2006
- Analyse des résultats et rapport: du mois de mai 2006 au mois de septembre 2006
- Rapport: du mois d'août 2006 à décembre 2006
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Methoden
(Deutsch)
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ETAPE 1:
a) Etat de l'art
Le programme prévu commence par une recherche de la bibliographie existante traitant des études effectuées en matière de sécurité et d'entretien hivernal sur les ouvrages d'art revêtus d'enrobé drainant. Le LAVOC profitera en particulier de ses bons contacts avec les laboratoires nationaux de recherche routière de l'Europe du nord à travers le FEHRL (Forum des laboratoires nationaux de recherche routière). Michel Dysli, qui dispose de nombreux contacts au Canada, participera également à l'inventaire des informations existantes dans ce domaine.
b) Analyse du comportement des ouvrages d'art en enrobé drainant
Une récolte et analyse du comportement des ouvrages d'art déjà en service et comportant un revêtement en enrobé drainant sera effectuée. Il s'agit de quantifier le risque sur ces ouvrages et de le comparer d'une part avec les sections adjacentes (hors ouvrage) et d'autre part d'évaluer la différence entre une situation climatique sèche et des conditions hivernales et de fortes pluies. Les statistiques d'accidents seront utilisées pour quantifier ce risque et les données des responsables de l'exploitation seront prises en compte. Pour les ponts où les données sont disponibles, des comparaisons avant et après la mise en place du drainant seront également menées.
Il doit en découler une analyse de la situation qui mettra en évidence l'augmentation éventuelle du risque au niveau de la sécurité des usagers et les spécificités de l'entretien de ces ouvrages en fonction de la situation (altitude, déclivité, sinuosité) et des types d'ouvrages (pont mixte, caisson, etc.).
Ce recensement donnera la base pour les simulations des effets du changement de la température et les analyses décrites dans les étapes suivantes.
ETAPE 2:
c) Instrumentation
Deux ouvrages situés sur l'A5 dans les cantons de Vaud et Neuchâtel entre Champagne et Areuse ont été sélectionnés comme planches d'essai. Il s'agit plus exactement du pont sur l'Arnon, pour le canton de Vaud et du pont de Chanélaz pour le canton de Neuchâtel. Pour ces ouvrages, une instrumentation spécifique sera installée (voir ci-après), qui permettra de recueillir les données nécessaires à l'évaluation de leur viabilité hivernale d'une part, et d'autre part pour pouvoir évaluer par simulation le comportement hivernal d'autres types d'ouvrages d'art.
Le choix de ces deux planches d'essai se justifie par leurs configurations géométriques différentes. En effet, l'un est presque horizontal et rectiligne tandis que l'autre est en pente avec un tracé en courbe.
Il est prévu de mettre en oeuvre deux types de revêtement distincts dans chaque sens de circulation:
- revêtement monocouche en enrobé drainant
- revêtement bicouche en enrobé drainant
Cela se justifie par le fait que leur comportement thermique est supposé être différent, ce qui apportera un degré supplémentaire à l'analyse des résultats.
L'instrumentation prévue pour les deux planches d'essai se fera sur l'ouvrage. Une instrumentation de la chaussée au voisinage de l'ouvrage est également prévue afin de servir de base de comparaison. Ceci permettra, à plus ou moins long terme, de quantifier et d'évaluer les aspects suivants:
- variations de température
- variations d'humidité
- risque de gel
L'instrumentation prévue se compose des éléments suivants et est plus amplement détaillée en annexe 2:
1. Station météo Boschung complète
2. Instrumentation de l'ouvrage avec des sondes de mesure
- de température
? de l'air
? en surface de la chaussée
? à l'interface DRA/revêtement
? à l'interface revêtement/tablier
? sous le revêtement (route)
? sous l'ouvrage
- d'humidité
? en surface de la chaussée
? à l'interface DRA/revêtement
- de gel
? en surface de la chaussée
- des radiations
? capteurs sur mât, 1 capteur dirigé vers le sol et 1 capteur vers le ciel
Le choix et l'implantation de la station météo et de l'instrumentation, de même que l'acquisition, la transmission et le traitement des données se feront en collaboration avec l'entreprise Boschung Mecatronic AG. Il faut noter que le viaduc de Chanélaz et le pont sur l'Arnon sont déjà équipés de certains capteurs, en particulier de détecteurs de verglas qu'il s'agira d'intégrer dans le système d'acquisition pour les besoins de l'étude en question.
ETAPE 3:
d) Collecte de données
Les instruments implantés sur les planches d'essai, ainsi que ceux mis en place dans la chaussée au voisinage des ouvrages permettront de collecter les données nécessaires pour évaluer les conditions de la superstructure durant l'hiver. Ces informations seront complétées par les données en matière d'accidents aux abords de ces ouvrages. A cet effet, et en cas d'un éventuel accident, la police sera sollicitée pour récolter des données spécifiques sur l'ouvrage et aux abords immédiats de celui-ci, notamment les conditions de la chaussée au moment de l'accident et ses causes probables.
e) Scannage thermographique de la surface de l'ouvrage et géoradar
Le scannage thermographique de chaque ouvrage d'art instrumenté se fera dans des conditions météorologiques jugées défavorables pour la sécurité des usagers, à savoir lorsqu'il y aura l'annonce d'un risque significatif et imminent de gel et/ou de précipitations abondantes de neige.
Il s'agira de mettre en évidence, à l'aide d'un équipement pour la thermographie et d'un géoradar, l'évolution des conditions de température dans la couche de surface drainante mise en place sur les ouvrages instrumentés. La campagne de mesures et les prestations s'y rattachant seront menées à bien par l'EMPA durant l'hiver 2004/2005 et seront répétées durant l'hiver 2005/2006.
L'étude thermographique sert d'une part à la saisie du régime de température en surface du pont et aux abords des points particuliers comme les bordures, les regards, etc. et, d'autre part, à l'estimation du mode de la gestion des eaux, comme le drainage ou la formation de glace.
Pour examiner l'évolution de l'humidité et la gestion des eaux, le géoradar sera utilisé en période de fortes précipitations ou par arrosage.
ETAPE 4:
f) Simulation du comportement hivernal
Une simulation du comportement hivernal des divers types d'ouvrages recensés sur le réseau des routes nationales sera réalisée à l'aide d'un logiciel spécifique, sur la base des données climatiques recueillis durant les hivers 2004/2005 et 2005/2006 à l'aide des instruments implantés sur les ouvrages retenus comme planches d'essai. Cette simulation permettra d'évaluer les risques potentiels auxquels sont soumis les ouvrages d'art lorsque ceux-ci sont revêtus d'une couche de roulement en enrobé drainant, par rapport aux risquent qui menacent les ouvrages d'art revêtus de mélange bitumineux traditionnel (AB ou GA).
g) Analyse des résultats
Après avoir effectué toutes les campagnes de mesures établies dans cette étude et récolté les données issues de l'instrumentation des deux planches d'essai, il s'agira de rassembler tous les résultats obtenus en vue d'une analyse plus approfondie.
L'analyse des résultats devrait permettre d'étendre et de parfaire les connaissances actuelles concernant le comportement des enrobés drainants mis en place sur les ouvrages d'art, ainsi que les précautions à prendre en ce qui concerne la maintenance hivernale et la sécurité des usagers.
h) Rapport
L'analyse et l'interprétation des résultats serviront à l'établissement d'un rapport final complet et pourront également servir de base à l'élaboration de prescriptions et de recommandations ne figurant pas encore dans les normes.
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Stand der eigenen Forschung
(Deutsch)
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DUMONT A.-G., SIMOND E., "Expérimentation d'un additif au sel de déverglaçage dans le cadre de la réalisation de traitement automatique du pont d'Aigues-Vertes – N1A, Genève", janvier 1994.
DUMONT A.-G., SIMOND E., "Installation de salage automatique et additif anti-corrosif", LAVOC-EPFL, mai 1997.
DUMONT A.-G., BAUMANN D., "Etude d'implantation d'une installation automatique de déverglaçage – Autoroute A12", LAVOC-EPFL, publication à venir.
DUMONT A.-G., BAUMANN D., TORDAY A., "Critères d'implantation et de rentabilité des installations automatiques de déverglaçage", LAVOC-EPFL, publication à venir.
TORDAY A., BAUMANN D., "Suivi des installations automatiques de déverglaçage. Autoroute de contournement de Lausanne", LAVOC-ENAC, mars 2003.
TURTSCHY J.-C., PITTET M., "Planches d'essai en DRA 11 sur la chaussée montagne, caractérisation des liants, A9 autoroute du Léman lot 52/807. Renouvellement des revêtements entre Aigle et Bex-sud", LAVOC, juillet 2000.
PITTET M., "Canton de Vaud. SR, routes nationales. Rapport d'étude. A1 Autoroute Yverdon-Berne. Revêtement Payerne-Avenches, lot 1816. Couche de roulement DRA 11 et DRA 8 au liant Styrelf 13/80, LAVOC, octobre 1999.
CROTTAZ R., DUMONT A.-G., "Etude d'un revêtement antibruit – BAR – Fribourg", LAVOC, avril 1985.
CROTTAZ R., PITTET M., "Etude d'une saumure de NaCl avec fixatif destiné au traitement anti-verglas, octobre 1979.
CROTTAZ R., DUMONT A.-G., "Traitement anti-verglas semi-permanent des chaussées (procédé "Selfix") M. Dubois – Essais sur routes et en laboratoire", mai 1981.
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Literatur
(Deutsch)
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BONJOUR J.-E., "Profondeur de pénétration du gel, mesures à Payerne (VD)", Office Fédéral des Routes, 106, 1985.
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