Cours 9 Dimensionnement Des Routes [PDF]

Zitiervorschau

Dimensionnement des Structures de Chaussées

Dr Makhaly Ba UFR Sciences de l’Ingénieur Université de Thiès

Les différents types de structures de chaussées ►RAPPEL= FONCTIONNEMENT D’UNE CHAUSSEE Chaussée = interface entre le sol support et la contrainte du pneu

►Données de Base=

Sol Support (terrassement)

→ Les performances mécaniques du sol support = contraintes maxi admissibles sadm déformations maxi admissibles eadm (réversible) → Les chaussées = toujours formées de matériaux granulaires ⇒Cône de distribution de charge idéalisé (angle de frottement interne) ⇒ Déformation interne des matériaux ez , et ⇒Contrainte Résiduelle sr ⇒Déformation Résiduelle er

Les différents types de structures de chaussées ►RAPPEL= FONCTIONNEMENT D’UNE CHAUSSEE

Chaussée = interface entre sol le sol support et la contrainte du pneu

Sol Support (terrassement)

►Dimensionner une Chaussée= Trouver le meilleur compromis entre TERRASSEMENT Présence d’Argile Traitement du sol Insensibiliser à l’eau CHAUX Durcir CIMENT Géométrique: ↑ hauteur de chaussée

(limitée par la mise en œuvre)

►Paramètres complémentaires =

Améliorer la contrainte maxi du sol support Augmenter le cône de distribution Améliorer l’angle de frottement interne Ajout d’un liant Bitume ou Ciment Chaussée semi-rigide

F CFA Sol : er < eadm st < s(adm,mat) matériaux : (ez, et) < e(adm,mat)

→ Fatigue (attrition), durée de vie → Imperméabilité → Traficabilité → Comportement au Gel/Dégel → Surface= Glissance, bruit, confort → Limites de Mise en Œuvre (Epaisseurs)

Les différents types de structures de chaussées Caractéristique du réseau Français = Grande diversité de Structures de Chaussées (6 groupes) ► Chaussées Souples (moins chère) → Couche de roulement= couverture Bitumineuse mince (≤12cm, enduit pour faible trafic) → Assise= une ou plusieurs couches de matériaux granulaires non traités (G.N.T.) (20 à 50cm) → épaisseur globale entre 30 et 60cm

→ mode de fonctionnement - Couche de roulement= Réduction de la contrainte verticale (fct (ep)) Effort en traction par flexion - Assise= Faible angle du cône de distribution des charges Contrainte verticale en fond de couche Déformation résiduelle en fond de couche

Forte Sensibilité à l’eau Fatigue par attrition des granulats

!

Les différents types de structures de chaussées ►Chaussées Bitumineuses Epaisses: → Couche de roulement= couverture Bitumineuse → Assise= matériaux traités aux liants hydrocarbonés (Base + Fondation) (ép entre 12 et 40cm) → épaisseur totale > 12cm

→ mode de fonctionnement - Couche de roulement= Réduction de la contrainte verticale (fct (ep)) Travail en flexion sur toute l’épaisseur ⇒ PAS d’Effort en traction en fond de couche de roulement - Assise= Fort angle du cône de distribution des charges Forte Réduction de la Contrainte verticale en fond de couche Effort en traction par flexion Faible Déformation résiduelle en fond de couche

!

Importance du Collage entre les couches Travail en flexion sur toute l’épaisseur Sinon Risque de rupture par fatigue en flexion de chaque couche

Les différents types de structures de chaussées

►Chaussées à assise traitée aux Liants Hydrauliques = « semi-rigide »: → Couche de roulement= couverture Bitumineuse (6 à14cm) → Assise= matériaux traités aux liants hydrauliques (Base +Fondation) (ép entre 20 et 50cm) → épaisseur globale entre 25cm et 60cm

→ mode de fonctionnement - Couche de roulement= Réduction de la contrainte verticale (fct (ep)) Travail en flexion sur toute l’épaisseur ⇒ PAS d’Effort en traction en fond de couche de roulement - Assise= Fort angle du cône de distribution des charges (rigidité béton) Forte épaisseur de la couche Forte Réduction de la Contrainte verticale en fond de couche Effort en traction par flexion Faible Déformation résiduelle en fond de couche

!

Importance du Collage entre les couches Travail en flexion sur toute l’épaisseur Sinon Risque de rupture par fatigue en flexion de chaque couche

!

Retrait de prise et retrait thermique important ⇒ Fissuration transversale: - Remonte rapidement au travers CR (1 cm/an) - Espace régulier (entre 5 et 15m)

Les différents types de structures de chaussées

►Chaussées à structure Mixte → Couche de roulement= couverture Bitumineuse → Assise= Couche de BASE = matériaux bitumineux (ép entre 12 et 20cm) Couche de Fondation = matériaux traités aux liants hydrauliques (ép entre 20 et 40cm)  Rapport de l’épaisseur du matériaux bitumineux à l’épaisseur totale de chaussée = ±1/2 → épaisseur globale entre 32cm et 60cm → mode de fonctionnement Réduction de la contrainte verticale (fct (ep)) - Couche de roulement Travail en flexion sur toute l’épaisseur ⇒ - Couche de Base Effort en traction en fond de couche - Couche de Fondation Faible Déformation résiduelle en fond de couche

!

!

Rôle de la CdB en matériaux bitumineux: Ralentir la remontée des fissures transversales de la CDF Atténuer les gradients thermiques journaliers

Dilatation thermiques différents entre les matériaux bitumineux et hydrauliques ⇒ Rupture du collage entre CdF et CdB à moyen terme ⇒ Chaque couche travaille en flexion ⇒ Réduction de la durée de vie de ma chaussée

Les différents types de structures de chaussées ►Chaussées à structure Inverse: Anti remontée de Fissure → Couche de roulement= couverture Bitumineuse → Assise= Couche de BASE = matériaux bitumineux (ép entre 10 et 20cm) Couche Intermédiaire en grave non Traitée (ép @12cm) Couche de Fondation = matériaux traités aux liants hydrauliques (ép entre 20 et 40cm) → épaisseur globale entre 60cm et 80cm → mode de fonctionnement

- Couche de roulement - Couche de Base

Réduction de la contrainte verticale Travail en flexion sur toute l’épaisseur ⇒ Effort en traction par flexion en fond de couche

- Couche de GNT = Réduction de la contrainte verticale Ralentir la remontée des fissures transversales de la CdF - Couche de Fondation Réduction de la contrainte verticale (fct (ép)) Travail en flexion sur toute l’épaisseur ⇒ Effort en traction par flexion en fond de couche TRES Faible Déformation résiduelle en fond de couche

!

Effort en traction MAXI en fond de couche bitumineuse

Les différents types de structures de chaussées

Méthodes empiriques Elles sont basées sur des essais et les observations effectuées sur les routes expérimentales, ces approches renferment les méthodes CBR, TRRL, AASHTO et la méthode CEBTP. Ces méthodes donnent les épaisseurs des couches en fonction du sol de plate-forme et du type de trafic. Méthode CBR

Cette méthode est une ancienne méthode connue en 1938, elle considère d’une part la résistance au poinçonnement du sol de plate-forme (appréciée par un essai normalisé, le CBR) et d’autre part sur la méthode Boussineq donnant la répartition en profondeur des charges. Elle est basée sur deux abaques complémentaires qui donnent en fonction du CBR de la plate-forme sus-jacente, l’épaisseur totale de la chaussée. Cette épaisseur est donnée par la formule de Peltier :

100  150 P e CBR  5

P étant la charge par roue

Méthodes empiriques Méthode TRRL (Transportation Road Research Laboratory)

En 1956 la formule de Peltier est améliorée avec les résultats des recherches du TRRL, cette formule a été améliorée pour tenir compte du trafic réel.

N 100  150 P(75  50 log( )) 10 e CBR  5

N est le nombre moyen de poids lourds de plus de 3,5 tonnes et P est la charge par roue en tonnes.

Il est reconnu que cette technique conduit à des surdimensionnements énormes entraînant des coûts de construction élevés.

La critique principale que l’on pourrait faire à cette méthode est qu’elle ne tient compte que du cisaillement (ou plus précisément du cisaillement accompagnant le poinçonnement) et pas de la traction par flexion éventuelle sous certains couches (la couche de base dans le cas d’un effet de dalle dû au traitement au liant blanc tel que ciment).

Méthodes empiriques

Méthode AASHO

Le « Highway Research Board » effectua trois Essais routiers entre 1940 et 1960, dont l’essai AASHO, effectué entre 1956 et 1960 à Ottawa, dans l’Illinois. Ces essais routiers ont permis le développement de la méthode dite “AASHO“ (American Association of State Highway Officials) puis AASHTO (American Association of State Highway and Transportation Officials) de dimensionnement.

Test Tangent Flexible

Prestressed Concrete

Rigid

Steel IBeam

Test Tangent Loop 5 Test Tangent Flexible Rigid

Steel IBeam

Test Tangent Loop 6

Reinforced Concrete

Méthodes empiriques Méthode AASHO

La base de l’actuelle méthode AASHTO de dimensionnement des chaussées souples et rigides est l’événement marquant que constitue l’essai routier conduit dans les années 50, à Ottawa, Illinois, qui a couté 27 millions de dollars (dollar de 1960). Il a été administré par l’American Association of State Highway and Officials (AASHO) de l’époque, ci-après appelé essai routier AASHO. Plusieurs mesures ont été effectuées sur plusieurs sections, et pour chaque section, la collection des données continuait jusqu’à ce qu’elle atteint la fin de sa durée de vie fonctionnelle (i.e., un indice de viabilité, PSI = 2,0). Les sections se sont rompues en deux ans, de 1958 à 1960. Les analyses de régression de ces données ont généré les premières relations empiriques entre le nombre de répétition des essieux et la viabilité, les caractéristiques structurales (le nombre structural, SN), et la configuration et la charge des essieux.

Méthodes empiriques Méthode CEBTP

Le guide de dimensionnement du CEBTP a été établi en 1972 par le Centre Expérimental du Bâtiment et de Travaux Publics (CEBTP). Ce guide a vu la participation de beaucoup d'ingénieurs des Laboratoires Nationaux des Travaux Publics en relation avec le CEBTP. Il fait suite aux études réalisées en 1969 sur le comportement et le renforcement de 7000 km de chaussées bitumées en Afrique tropicale et au Madagascar. Cette méthode tient compte de deux critères :

 L’intensité du trafic et la portance de la plate forme donnent l’épaisseur de la couche de fondation, de la couche de base et du revêtement  L’intensité du trafic et la nature des matériaux des différentes couches afin de vérifier les spécifications pour leurs possibilités d’utilisation.

Si la chaussée a des couches traitées au liant hydraulique il faut en plus, vérifier que les contraintes de traction à la basse des matériaux traités restent compatibles aux performances de la chaussée.

Méthodes empiriques Méthode CEBTP

Cinq classes de trafic sont définies en se basant sur les nombres cumulés de passages de poids lourds, et enfin cinq classes de portance de la plateforme définies en fonction des valeurs du CBR donnés dans les tableaux 1 et 2. C’est ainsi qu’elle donne des épaisseurs en centimètres de corps de chaussée en graveleux latéritique amélioré ou non dans le tableau 3. Nombre équivalent de PL < 5 105

Classe de trafic T1

Nombre de véh/j