Généralité sur les chaussées souples

Généralité sur les chaussées souples

Généralité sur les chaussées souples
Éléments constitutifs de la chaussée

Une chaussée souple consiste en une structure multicouche construite sur un sol d’infrastructure, dont chaque couche a un rôle bien spécifique. Au sommet de la structure, le revêtement en enrobé bitumineux ou en béton de ciment, a pour rôle structural de distribuer la charge et d’assurer l’étanchéité de la chaussée. Son rôle fonctionnel est de garantir un confort au roulement et une bonne adhérence. En dessous du revêtement se situent la couche de fondation en gravier naturel ou concassé et une couche de sous-fondation en sable et gravier. Ces deux couches ont pour rôle de distribuer la charge pour protéger l’infrastructure et assurer un bon drainage dans la structure. Elles permettent aussi une bonne surface de travail pour la mise en place du revêtement et assurent une protection supplémentaire contre le gel (Doré, 2008).

Effet d’une charge sur la chaussée

Une structure routière est soumise à deux principales sollicitations qui sont les contraintes imposées par les variations de température et celles imposées par les charges roulantes. Dans cette étude, les travaux s’orientent sur l’effet de la charge sur le comportement mécanique de la structure. Selon Di Benedetto et Corté (2005), chaque couche de chaussée subit des déformations et des flexions sous l’effet du trafic. L’ordre de grandeur des cycles de chargement et des déformations restant de l’ordre de 10−4 m/m, le calcul des contraintes et des déformations s’effectue en considérant un système multicouche élastique linéaire isotrope. Cette hypothèse n’est pas toujours vérifiée, en particulier en ce qui concerne les couches d’enrobé bitumineux. Ces couches sont constituées d’un mélange uniforme de granulats enrobés de bitume. Le bitume a un comportement viscoélastique. Ses propriétés mécaniques dépendent de la vitesse de chargement et de la température. Sous les sollicitations répétées des charges, des phénomènes irréversibles et non linéaires apparaissent dans le matériau.
Sous l’effet d’une charge roulante, la contrainte se distribue dans la structure multicouche et engendre une déformation suivant les trois directions principales comme cela est illustré à la figure

La connaissance du module d’Young et du coefficient de Poisson de chaque couche

Permet la caractérisation de ces déformations. Dans la direction transversale, le bas de la couche 1 est en extension directement sous la charge et en compression de part et d’autre de la charge. Dans la direction longitudinale, la déformation varie avec le passage de la charge. À l’avant et à l’arrière du pneu, la charge impose une contraction du matériau alors que directement sous le pneu, elle engendre une extension. Il y a donc une succession de contraction-extension-contraction en un point donné à la base de la couche au passage de la charge. L’extension à la base de la couche est générée par une contrainte en traction imposée par la charge. La répétition de cette extension engendre l’apparition de microfissures qui en s’accumulant entrainent une fissuration par fatigue du matériau. Dans la direction verticale, la charge impose une compression ce qui génère une contraction au sommet des couches. Dans les matériaux granulaires et les couches bitumineuses, ces compressions répétées engendrent une déformation permanente et cela se répercute en surface de la chaussée par l’apparition d’ornières. La qualité de roulement et la sécurité des usagers sont affectées par ces phénomènes.
Synthèse
Les différentes couches de la chaussée distribuent les contraintes générées par le passage de la charge et subissent des déformations réversibles et irréversibles. Les caractéristiques de la charge influencent la réponse instantanée de la structure ainsi que son comportement à long terme.

Table des matières

Résumé
Abstract
Liste des figures
Liste des tableaux
Remerciements
Chapitre 1 Introduction et problématique
1.1 Mise en contexte et problématique
1.2 Objectifs de la recherche
1.3 Organisation du document
1.4 Terminologie et convention de signes
Chapitre 2 Revue de littérature
2.1 Méthodes de conception
2.1.1 Méthodes mécanistes-empiriques de conception
2.1.2 Méthode française de dimensionnement
2.1.3 Méthode de dimensionnement nord-américaine
2.1.4 Synthèse
2.2 Généralité sur les chaussées souples
2.2.1 Éléments constitutifs de la chaussée
2.2.2 Effet d’une charge sur la chaussée
2.2.3 Synthèse
2.3 Comportement en petites déformations des enrobés bitumineux
2.3.1 Généralité
2.3.2 Le module complexe
2.3.3 Modélisation du comportement des enrobés bitumineux dans le domaine viscoélastique linéaire
2.3.4 Le coefficient de Poisson
2.3.5 Synthèse
2.4 Comportement à long terme des structures de chaussées
2.4.1 Fissuration des enrobés bitumineux
2.4.2 Orniérage des chaussées
2.5 Essais caractérisant la réponse mécanique et à long terme de la structure de chaussée
2.5.1 Essais de laboratoire
2.5.2 Essais en vraie grandeur
2.5.3 Synthèse
2.6 Caractéristiques des charges
2.6.1 Configurations des différents types d’essieux
2.6.2 Configurations des pneus
2.6.3 Interaction entre le pneu et la chaussée
2.6.4 Synthèse
2.7 Outils de calcul et de modélisation de chaussées
2.7.1 Outils de calcul
2.7.2 Le logiciel ViscoRoute© 2.0
2.7.3 Validation du logiciel
2.7.4 Synthèse
2.8 Instrumentation des chaussées
2.8.1 Problématique liée à l’instrumentation des chaussées
2.8.2 Capteurs de déformations à la base des couches bitumineuses
2.8.3 Instrumentation des couches bitumineuses proche de la surface
2.8.4 Synthèse
2.9 Interfaces entre les couches de la chaussée
2.9.1 La couche d’accrochage
2.9.2 Effet des conditions d’interface
2.9.3 Analyse des déformations au niveau des interfaces
2.9.4 Synthèse
2.10 Conclusion
Chapitre 3 Essais en vraie grandeur : démarche expérimentale, procédure, modélisation et mesures à la base du revêtement
3.1 Présentation et objectifs
3.2 Campagnes de mesures
3.2.1 Campagne no 1 : développement et validation des protocoles expérimentaux
3.2.2 Campagne no 2 : caractérisation de la réponse mécanique des structures sous charges multiessieux
3.2.3 Campagne no 3 : étude paramétrique et développement des modélisations
3.3 Modélisation viscoélastique sous le logiciel ViscoRoute© 2.0
3.3.1 Paramètres de charge
3.3.2 Propriétés des matériaux
3.4 Déformations longitudinales et transversales à la base des couches bitumineuses
3.4.1 Signaux caractéristiques
3.4.2 Effet de la position des pneus
3.4.3 Développement d’un outil de traitement de donnée
3.4.4 Effet des paramètres de charge sur la mesure des amplitudes maximales de déformation
3.5 Conclusion
Chapitre 4 Instrumentation des structures de chaussée
4.1 Présentation et objectifs
4.2 Instrumentation des matériaux non liés
4.2.1 Capteurs de déformations pour les sols et matériaux granulaires
4.2.2 Capteurs de température
4.3 Instrumentation des enrobés bitumineux
4.3.1 Capteurs résistifs
4.3.2 Capteurs à fibre optique
4.3.3 Instrumentation d’une carotte d’enrobé bitumineux
4.3.4 Instrumentation d’une plaque de déformation multiniveau
4.4 Validation des capteurs de déformation
4.4.1 Analyse de la répétabilité de la mesure des jauges à fibre optique
4.4.2 Analyse de la dispersion des jauges des plaques instrumentées
4.4.3 Analyse comparative entre les différents types de capteurs
4.4.4 Discussion
4.5 Conclusion
Chapitre 5 Analyse des déformations à faible profondeur sous la surface
5.1 Présentation et objectifs
5.2 Analyse des déformations longitudinales à faible profondeur (10 à 20 mm sous la surface)
5.2.1 Signaux caractéristiques et bassins des déformations pour un essieu simple
5.2.2 Effet des paramètres de charge sur les déformations longitudinales
5.2.3 Signaux caractéristiques pour un essieu tridem
5.2.4 Synthèse et enseignements
5.3 Analyse des déformations transversales à faible profondeur (10 à 20 mm sous la surface)
5.3.1 Signaux caractéristiques et bassin des déformations pour un essieu simple
5.3.2 Signaux caractéristiques et bassin des déformations pour un essieu tridem
5.3.3 Effet des paramètres de charge sur les déformations transversales
5.3.4 Synthèse et enseignements
5.4 Analyse des déformations verticales à faible profondeur (20 à 30 mm sous la surface)
5.4.1 Signaux caractéristiques et bassin des déformations pour un essieu simple
5.4.2 Signaux caractéristiques et bassin des déformations pour un essieu tridem
5.4.3 Effet des paramètres de charge sur les amplitudes maximales
5.4.4 Synthèse et enseignements
5.5 Analyse du cisaillement et de la contrainte de cisaillement à faible profondeur (20 mm sous la surface)
5.5.1 Distribution du cisaillement sous la charge
5.5.2 Effet des paramètres de charge et des conditions environnementales
5.5.3 Synthèse
5.6 Conclusion
Chapitre 6 Modélisation, analyse et effet de la viscoélasticité de l’interface
6.1 Présentation et objectifs
6.2 Modélisation de l’interface entre deux couches bitumineuses
6.2.1 Interface collée et interface viscoélastique
6.2.2 Paramètres de modélisation de l’interface viscoélastique
6.2.3 Analyse qualitative du comportement d’une interface viscoélastique
6.3 Analyse des déformations de part et d’autre de l’interface
6.3.1 Analyse des déformations transversales
6.3.2 Analyse des déformations longitudinales
6.3.3 Effet des paramètres de charge sur les déformations
6.3.4 Synthèse et enseignements
6.4 Effet de la viscoélasticité de l’interface sur la distribution des contraintes et des déformations
6.4.1 Distribution des contraintes dans la structure en fonction de la température et des conditions d’interface
6.4.2 Distribution des déformations en fonction des conditions d’interface
6.4.3 Synthèse et enseignements
6.5 Détermination de l’épaisseur de modélisation de la couche d’interface
6.6 Conclusion
Chapitre 7 Mise en application du modèle de comportement viscoélastique de l’interface et discussion
7.1 Présentation et objectifs
7.2 Mise en application du modèle de comportement viscoélastique de l’interface
7.2.1 Présentation des cas simulés
7.2.2 Analyse des déformations à la base des couches bitumineuses
7.2.3 Approche énergétique
7.2.4 Analyse du chemin des contraintes au passage d’un essieu tridem
7.2.5 Synthèse et enseignements
7.3 Discussion
7.3.1 Principales avancées dans le domaine
7.3.2 Applicabilité
7.3.3 Critique objective et limite des travaux
7.3.4 Recherches futures
Chapitre 8 Conclusion
Bibliographie

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