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COTITA – Club des labos départementaux RA Jeudi 4 octobre 2012
STRUCTURES DE CHAUSSEES
Terminologie et D éfinition.: Norme NFP 98-080-1
Partie Supérieure des Terrasements
Couche de Forme
Pla
te-F
orm
e
Couche de Fondation
Couche de BaseAssise
Couche de Liaison
Couche de Roulement Couches de
surfaceCHAUSSEE
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LA FATIGUE DES MATERIAUX LIES
FONCTIONNEMENT D’UNE CHAUSSEE
CHAUSSEE
PLATE - FORME
6.5t
ELONGATION εεεεtCOMPRESSION
εεεεz
εt < seuil εz < seuil
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FONCTIONNEMENT DES CHAUSSEES
� Hypothèses admises :
•Materiaux élastiques et linéaires
•Chaussee = plaque infinie
•Comportement à la fatigue des materiaux
•Approche probabiliste
•Methode rationnelle
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FONCTIONNEMENT DES CHAUSSEES
MODELES DE LA MECANIQUE DES CHAUSSEES
WESTERGAARD (1926) : Bicouche
a
PLAQUE E1, νννν1
Ressorts k
σσσσz = kW
σσσσzW
k = Module de réaction du sol support
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FONCTIONNEMENT DES CHAUSSEES
MODELES DE LA MECANIQUE DES CHAUSSEES
Burmister (1943) : Multi-couches
H1 E1 ν1
H2 E2 ν2
E , ν∞∞∞∞
LOGICIELS DE CALCUL :
ALIZE,ECOROUTE du LCPC, BISTRO de la SHELL
a
Hn En νn
Interfaces :collées
/ décollées
z
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FONCTIONNEMENT DES CHAUSSEES
FONCTIONNEMENT D’UNE CHAUSSEE
CHAUSSEE
PLATE - FORME
6.5t
ELONGATION εεεεt
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LA FATIGUE DES MATERIAUX
LIES
PRINCIPE DE L’ESSAI
épro
uvet
te
CONDITIONS : 10°C et 25 Hz
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LA FATIGUE DES MATERIAUX LIES
100908070
5040
1 10 100 1000 10000 100000 1E+06 1E+07
Sollicitation
Nombre de cycles appliqués
σσσσN
b
εεεεεεεε66
RESULTATS DES ESSAIS :
droite de fatigue
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LA FATIGUE DES MATERIAUX LIES
� CARACTERISTIQUES D’UN MATERIAU :
� Déformation admissible 1 million de fois : σσσσ6 ou εεεε6
� Pente de la droite de fatigue : b
���� Dispersion de la tenue en fatigue : σσσσN
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FATIGUE DES MATERIAUX LIES
� LE CUMUL DES DOMMAGES :• Effet de sollicitations variables ?
Sollicitation
N
droite de fatigue
N1
εεεε1
εεεε2
N2
n1
n2
< N1
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FATIGUE DES MATERIAUX LIES
12
2
1
1 ≅+N
n
N
n
n
N
i
i∑ < 1
n
N
i
i∑ > 1
LE CUMUL DES DOMMAGES
Réponse : la LOI DE MINER
(0.6 à 1.4)
Influence de l’ ”Histoire ” de l’éprouvette :
εεεε élevée d’abord :
εεεε faible d’abord :
Sollicitation
NN1
εεεε1
εεεε2
N2
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CHAUSSEES –LES DIFFERENTES STRUCTURES
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LES DIFFERENTES STRUCTURES
1 - Souples
P L A T E – F O R M E
G N T
2 – Bitumineuses
épaisses
G B
G B
G N T
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LES DIFFERENTES STRUCTURES
3 – Semi - Rigides
P L A T E – F O R M E
G. Hydr.G. Hydr.
G. Hydr.
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LES DIFFERENTES STRUCTURES
4 – Mixtes
P L A T E – F O R M E
G. Hydr.G. Hydr.
G B
5 – Inverses
G N T
G B
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LES DIFFERENTES STRUCTURES
CHAUSSEES RIGIDES (BETON)
P L A T E – F O R M E
BETON
5 – Dalles californiennes
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LES DIFFERENTES STRUCTURES
CHAUSSEES RIGIDES (BETON)
P L A T E – F O R M E
BETON
6 – Dalles goujonées
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LES DIFFERENTES STRUCTURES
CHAUSSEES RIGIDES (BETON)
P L A T E – F O R M E
BETON
7 – Béton Armé Continu (BAC)
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LA PLATE-FORME
P.S.T 1 m
Couche de forme
ARi
20 à 50 Mpa : AR150 à 120 Mpa : PF2
120 à 200 Mpa : AR3> 200 Mpa : AR4 PFi
20 à 50 Mpa : PF150 à 120 Mpa : AR2
120 à 200 Mpa : PF3> 200 Mpa : PF4
h
Classification
Géotechnique
Constitution
PST0PST1
PST2PST3PST4PST5P
S
T
6
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LA PLATE-FORME
� Son role :
•Nivellement (3cm)
•Portance a court terme
•Traficabilité
•Protection au gel
•Portance à long terme
•Homogéneisation de la portance
•Minimiser le cout Chaussée + P. Forme
•Drainage de la Chaussée
LA COUCHE DE FORME
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LA PLATE-FORME
Mesure de la Portance
z
5.1.0z
aqE =
a
Essai de plaque
q0
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LA PLATE-FORME
Mesure de la Portance
Essai Dynaplaque
H0
H1
R= H1
H0
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LA PLATE-FORME
Mesure de la Portance
Essai Dynaplaque
R
E MPa
100
50
50 %
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LA PLATE-FORMEMesure de la
Portance
Essai
Dynaplaque
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DIMENSIONNEMENT DES CHAUSSEES – LE TRAFIC
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LA FATIGUE DES MATERIAUX LIES
100908070
5040
1 10 100 1000 10000 100000 1E+06 1E+07
Sollicitation
Nombre de cycles appliqués
σσσσN
b
εεεεεεεε66
RESULTATS DES ESSAIS :
droite de fatigue
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LE TRAFICEVOLUTION de L’AGRESSIVITE avec la CHARGE
0.000001
0.00001
0.0001
0.001
0.01
0.1
1
10
100
1000
0 5 10 15 20
Charge à l‘essieu
Nb
essi
eux
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� Disperse en nature
� Comptage
� Taux de croissance : τ� Fatigue : Durée de service : n
� Essieux de 13t
� Fatigue : Trafic cumulé NE
LE TRAFIC
( )NE TraficPL CAM
n
=−+
3651 1
. . .ττ
CAM : Coefficient d’ Agressivité Moyen d’un PL
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LE TRAFIC
CALCUL DE L’AGRESSIVITE
Modèle élastique et linéaire :εε
t
t
PP0 0
=avec P0 = 13t.
Loi de fatigue : εεεε = a.N-b
Pour un essieu élémentaire : A KP
P=
α
0
KEssieu simple Essieu tandem essieu tridem
5 1 0.75 1.1
Semi-Rigides 12 1 12 113
Béton 12 1 12 113
ααααSTRUCTURES
Souples etBitumineuses
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LE TRAFIC
CALCUL DE L’AGRESSIVITE (FIN)
Trafic reel :
CAMNbPL
K nj ijPi
P=
10
Σα
CAM : Coefficient d’ Agressivité Moyen
1991 1992 1993 1994 1994 1996 1997 0.30 0.28 0.28 0.27 0.27 0.25 0.27
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LE TRAFIC
CLASSE DE TRAFIC
0 25 50 150 300 750 2000 5000
T5 T4 T3 T2 T1 T0 TSO Tex
MATERIAUX T5 T4 T3 - T3+ > T2 < 20 cm 0.4 0.5 0.7 0.8
BITUMINEUX
Ds chauss. mixtes
0.8
> 20 cm 1 HYDRAULIQUES 1.3
trafic PL (C.U. > 5 t!) par sens
CAM : Coefficient d’ Agressivité Moyen
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LES DOCUMENTSDE DIMENSIONNEMENT
Guide technique Chaussées neuve (1994)
Catalogue structure de chaussées RN(1998)
Manuel chaussées à faible trafic
Manuel Scétauroute (Aut. Concédées) 1997
Chaussées transport en commun
Renforcement des Tr. D’Agglo en EME
Guide technique Chaussées Béton (1997)
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� DESCRIPTION DU PHENOMENE :
� Températures < 0 �, + Eau :
� Aspiration d’eau (Cryosuccion) �� Gonflement �� Liquéfaction au dégel �
DIMENSIONNEMENT AU GEL
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DIMENSIONNEMENT AU GEL
ESSAI DE GONFLEMENT AU GEL :
EAU
g
Mesure du gonflement de l’éprouvette en fonction de quantitéde gel appliquée
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DIMENSIONNEMENT AU GEL
quantité de gel ���� INDICE DE GEL :In
dic
e d
e G
EL
-5°-10° -5° -10°
-5°
5°
15°
20°
Temps
en Jour
30°
35°
Temp. moyenne
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DIMENSIONNEMENT AU GEL
RESULTATS DE L’ESSAI :
p > 1
0.05 < p < 1
p < 0.05
Matériaux ���� Qg : Quantité de gel admissible
���� GELIFS ���� Qg = 0
���� PEU GELIFS
Qg = 4 si 0.05 <p<0.25Qg = 1/p si 0.25 < p < 1
NON GELIFS ���� Qg = ∞∞∞∞
Gonflementen mm
Indice de gel
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DIMENSIONNEMENT AU GEL
PROPAGATION
1- ENTRE L’ATMOSPHERE ET LA CHAUSSEE :
Isurface = 0.7.(Iatmos. -10)
qq 100 W/m²
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DIMENSIONNEMENT AU GEL PROPAGATION
2 – DANS UNE COUCHE DE CHAUSSEE :
CHAUSSEE H
Is
It8 BB + 22 GB
Is
It
Is aH It bH= + +( )1
Matériau BB-GB GC-GL-GNT GCV LTCC SL-SC a 0.008 0.008 0.012 0.012 0.012 b 0.06 0.10 0.13 0.14 0.15
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DIMENSIONNEMENT AU GEL PROPAGATION
2 – DANS LA PLATE-FORME :
QQ PF
Qng Couche de FORME H
SOL SUPPORT
Qg
QPF = Qng + Qg + QM
Qng = An.hn2 /(hn+10)
Matériau A B et C D LTCC CV,SC,SL An 0.15 0.13 0.12 0.14 0.17
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AUSCULTATION DES CHAUSSEES –MESURES STRUCTURELLES
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MESURES STRUCTURELLES
� Déflexion
� Rayons de courbure
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MESURES STRUCTURELLES
MESURES DE DEFLEXION
Déflexion
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MESURES STRUCTURELLESRAYON DE COURBURE
Rc
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MESURES STRUCTURELLESMESURES DE DEFLEXION
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MESURES STRUCTURELLES
MESURES DE DEFLEXION
Déflexion
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MESURES STRUCTURELLESMESURES DE RAYON DE COURBURE
81 échantillons
x
d(x)
d0d1d2d81
1 - CALCUL a PARTIR de la COURBE de DEFLEXION :
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MESURES STRUCTURELLESMESURES DE RAYON DE COURBURE
2 – MESURE à L’INCLINOMETRE :
CHAUSSEE
6,5 tαααα
αααα
p
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LES COUCHES DE SURFACE
� POUR L’USAGER :• Adhérence
• Confort (UNI)
• Bruit
� POUR L’EXPLOITANT :• Tenue à l’orniérage
• Durabilité
• Imperméabilité
• Viabilité hivernale
FONCTIONS
Vitesse
Lame d'eau
COUCHE DE ROULEMENT
p = 9 bars
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LES COUCHES DE SURFACE
� 1950 : Enrobés Denses
� 1966 : Enrobés Grenus
� 1969 : Enrobés semi-grenus
� 1973 : Enrobés Minces
� 1982 : Enrobés Très Minces
� 1985 : Enrobés Drainants
� 1988 : Enrobés Ultra-Minces
HISTORIQUE
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LES COUCHES DE SURFACE
� Asphaltes routiers 2 à 4 cm
� Béton Bitumineux à froid 5 à 8 cm
� Enrobés Coulés à froid 0,6 à 1,5 cm
� Enduits superficiels 1 à 1,5 cm
Autres produits Bitumineux ….
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LES COUCHES DE SURFACE
Ex. : Béton Bitumineux Semi-Grenus
NORMES ENROBES
GRANULATS :
LIAISON : DIIIa ROULEMENT : CIIIa
TERMINOLOGIE-ABREVIATIONS-CLASSES
CONDITIONS D’EMPLOI :
Etat du support : Déformation < 2 cm règle de 3m
Granulometrie Epaiss. Mini Epaiss. moyenne0/10 4 5 à 7 0/14 5 6 à 9
< 10% sable roulé RC > 2 Fines : IVR < 40% PouvoirRigidifiant : 10 à 20 °C
Recyclés : LIAISON : < 20% ROULEMENT : < 10 °C
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LES COUCHES DE SURFACE
Ex. : Béton Bitumineux Semi-Grenus
NORMES ENROBES
CARACTERISTIQUES DU MELANGE :
Passant à 2 mm : 25 à 45 %
Teneur en liant : 0/10 : K = 3.4 0/14 : K = 3.2
NIVEAU D’ETUDES :
1 2 3 4
DURIEZ X X X X
PCG X X X X
ORNIERAGE X X X
MODULE X X
FATIGUE X
ESSAINIVEAU
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LES COUCHES DE SURFACE
Ex. : Béton Bitumineux Semi-Grenus
NORMES ENROBES
PERFORMANCES MECANIQUES :
ESSAI CLASSE 1 CLASSE 2 CLASSE 3DURIEZ r/R > 0,75 > 0,75 > 0,75
ORNIERAGE (30 000 cycles - 60°C ) < 10% < 7,5 % < 5 %MODULE COMPLEXE 15°C, 10 Hz (MPa) > 5 500 > 7 000 > 7 000
MODULE Traction Directe 15°C 0,02s > 5 500 > 7 000 > 7 000FATIGUE ε6 10°C, 25 Hz > 100.10-6 > 100.10-6 > 100.10-6
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LES COUCHES DE SURFACE
Ex. : Béton Bitumineux Semi-Grenus
NORMES ENROBES
Norme 98-150 (Enrobés à Chaud) FABRICATION :
MISE EN OEUVRE :
Norme 98-150 (Enrobés à Chaud)
Couche d’accrochage : > 250 g/m2
Températures : 70/100 > 120 °C50/70 > 125 °C35/50 > 130 °C
Vides : 4 à 8 %
HS : 0/10 : > 0,4 mm 0/14 : > 0,5 mm
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LES COUCHES DE SURFACE
% Sable10 20 30 40 50
Epaisseur
2
4
6
8BBSG
Béton Bitumineux Semi-Grenus
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LES COUCHES DE SURFACE
� Avantages :• Apport structurel
• Bonne étanchéité
• Reprofilage
• Résistance au polissage
• Tenue au vieillissement
� Inconvénients :• Chers
• Pb aux forts trafics
• Rugosité médiocre
• Bruit médiocre
Béton Bitumineux Semi-Grenus
Principe : 45% sable 55% gravillon F. Continue
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LES COUCHES DE SURFACE
% Sable
Epaisseur
10 20 30 40 50
2
4
6
8BBSG
BBDr
Béton Bitumineux DRAINANTS
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LES COUCHES DE SURFACE
Béton Bitumineux DRAINANTS
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LES COUCHES DE SURFACE
� Avantages :• Plus de projection
d’eau (> 20% Vides)
• Excellent à l’orniérage
• Faible niveau de bruit
� Inconvénients :• Polissage des gravillons
• Viabilité hivernale délicate
• Pas d’étanchéité
• Fragilité
• Vieillissement du liant
• Renouvellement ?
• (Colmatage)
• Réservé autoroutes
Béton Bitumineux DRAINANTS
Principe : 85% 6/10 15% 0/2 F. Discontinue
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LES COUCHES DE SURFACE
% Sable
Epaisseur
10 20 30 40 50
2
4
6
8BBSG
BBDrBBTM
Béton Bitumineux TRES MINCES
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LES COUCHES DE SURFACE
� Avantages :• Très bons à l’orniérage
• Faible niveau de bruit (0/6)
• Economiques
• Très bonne rugosité
� Inconvénients :• Polissage des gravillons
• Peu d’étanchéité
• Pas de reprofilage
• Viabilité hivernale délicate
Béton Bitumineux TRES MINCES
Principe : 72 % 6/10 28 % 0/2 F. Discontinue
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LES COUCHES DE SURFACE
% Sable
Epaisseur
10 20 30 40 50
2
4
6
8BBSG
BBM
BBDrBBTM
BBUM
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LES COUCHES DE SURFACE
PRINCIPE : Gravillons collés
LES ENDUITS
1 - Monocouche : 40 à 50 %
2 - Monocouche double gravillonnage : 10 à 15%
3 - Bicouche : 15 à 20 %
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LES COUCHES DE SURFACELES ENDUITS (suite et fin)
4 - Pré-gravillonné : 15 à 20%
5 - Sandwich : % ?
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LES COUCHES DE SURFACE
� Avantages :• Economique
• Rugosité très élevée
• Imperméabilisation efficace
• Bonne adhérence
� Inconvénients :• Réalisation « pointue »
• Rejets de gravillons
• Très bruyants
• Polissage de gravillons
ENDUITS
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LES COUCHES DE SURFACELES ENROBES COULES A FROID
RU
PT
EU
R
EMULSION
SABLE+
GRAVILLON
PRINCIPE : Gravillons + Sable + Bitume
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LES COUCHES DE SURFACELES ENROBES COULES A FROID
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LES COUCHES DE SURFACE
� Avantages :• Pas de rejets de
gravillons
• Remise en circulation rapide
• niveau de bruit moyen
• Bonne adhérence
• Economique
� Inconvénients :• Fort trafic
• Etanchéité imparfaite
Enrobés Coulés à Froid
Principe : % SABLE % GRAVILLON
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COUCHES DE ROULEMENTPERFORMANCES ACOUSTIQUES
Base de données des revêtements : 313 mesures VM (LAmax, température de 20°, vitesse 90 km/h)
70.1
7374.2 74.6
75.2 75.676.6
77.2 77.4 77.578.1 78.2
78.879.4 79.6 80.0 80.1
80.7
73.5
65
67
69
71
73
75
77
79
81
83
85
BB
Dr
0/6
BB
TM
0/6
-T2
BB
Dr
0/1
0
BB
TM
0/6
BB
UM
0/6
BB
TM
0/1
0-T
2
BB
Dr
0/1
4
BB
SG
0/1
0
BB
M 0
/10
EC
F
BB
UM
0/1
0
ES
BB
TM
0/1
0
BB
SG
0/1
4
ES
6/1
0
BC
BB
TM
0/1
4
BB
UM
0/1
4
ES
10
/14
Lre
v e
n d
B(A
)
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COUCHES DE ROULEMENT
CARACTERISTIQUES D’USAGE
BB Très Mince
Rugosité + + + + + + + + + + + - 0Polissage - + - + - - - 0 0 0
Reprofilage - - - - - 0 + + + + + +Bruit - - - + + + + + + 0 0 0
Etanchéité + + + - - - - - + + +Orniérage + 0 + + + + + + 0 + + -
Apport Structurel - - - - - 0 0 0 + + + + +
ENDUITS E. C. F.BB
Ultra Mince
BB Drainant
BB Mince
BB à Mod. Eleve
BB Semi Grenu
CRITERE0/6 0/10