Le dimensionnement des chaussées

LE DIMENSIONNEMENT DES CHAUSSEES

Le dimensionnement des chaussées est un concept découlant de plusieurs années d’expérimentation et d’essai. On peut distinguer deux approches très différentes du dimensionnement des chaussées : celle qui relève de l’empirisme et celle qui relève de la théorie.

APPROCHE EMPIRIQUE

Dans cette approche, on observe le comportement sous trafic des chaussées réelles ou expérimentales. La démarche peut ainsi être la suivante :
a. En première étape, fixation d’un critère pour définir la fin de vie d’une chaussée ;
b. En deuxième point, détermination de la durée de vie des sections observées en utilisant ce critère ;
c. En troisième étape, à partir de cette population de sections expérimentales, on établit en général par des méthodes statistiques de régression multiple :
– des relations entre cette durée de vie et les caractéristiques géométriques des structures (épaisseurs des couches) ainsi que les propriétés mécaniques des matériaux ;
– ou bien des relations entre la durée de vie et une mesure globale des propriétés mécaniques de la structure de chaussée et du sol de fondation.

C’est à ce schéma que correspondent les essais AASHO [10] [11] des Etats-Unis d’Amérique et les chaussées expérimentales britanniques comme celle de Alconbury Hill. Cette approche purement empirique présente un certain nombre d’inconvénients :
➢ Pour connaître l’influence de nombreux paramètres, il faut un nombre important de sections expérimentales et le coût est très élevé. C’est surtout la question de l’épaisseur des couches de chaussées qui est abordée par une telle méthode ;
➢ Le temps de réponse est très long, il n’y a pas d’effet d’accélération du trafic, et les extrapolations sont hasardeuses ;
➢ Les relations obtenues par cette voie d’analyse statistique par régression ne s’appliquent qu’aux matériaux étudiés, aux conditions d’environnement de l’expérimentation et aux sols supports rencontrés, d’où l’impossibilité de généraliser.

APPROCHE THEORIQUE (OU APPROCHE RATIONNELLE)

Dans cette approche, il faut établir un modèle de chaussée reproduisant le fonctionnement mécanique de la structure. A l’aide de ce modèle, on détermine les sollicitations que subissent les matériaux de chaussées et le sol de plate-forme sous l’effet du trafic. Ces sollicitations comme les contraintes et les déformations sont ensuite comparées aux admissibles. Il s’agit d’une approche utilisant une branche de la Mécanique des Milieux Continus, qui est actuellement programmés avec des outils informatiques. Cependant, c’est la modélisation du comportement des matériaux de chaussée et du sol de plate-forme qui pose le plus de problèmes, de même que celle des sollicitations mécaniques et des conditions d’environnement.

La vérification mécanique porte sur deux points :
♦ Une vérification vis-à-vis de la rupture par fatigue :
– la rupture par fatigue ne se produit pas avant la fin de la durée de vie souhaitée pour la chaussée ;
– si non, elle ne se manifestera pas en surface avant la fin de cette durée de vie ;
♦ Une vérification vis-à-vis des déformations permanentes à la surface de la chaussée : les déformations permanentes pouvant se présenter dans les matériaux de chaussées (matériaux traités ou non) et dans le sol de plate-forme, et qui ne conduisent pas à l’apparition en surface de déformations excessives, produisant des ornières ou des défauts d’uni inacceptables.

En réalité, ces deux approches, empirique et théorique, ne sont pas aussi disjointes puisqu’elles comportent toutes les deux une phase expérimentale et il existe des méthodes semi-empiriques, comme la méthode CBR (California Bearing Ratio). Par ailleurs, les méthodes que l’on qualifie de théorique conservent une certaine part d’empirisme ou, en tous cas, nécessitent encore un « calage » par référence au comportement des chaussées réelles.

LES DIFFERENTES METHODES DE DIMENSIONNEMENT

Il existe différentes méthodes de dimensionnement des chaussées. Mais au fur et à mesure que le temps avance, il y a toujours des renouvellements et/ou des combinaisons des anciennes méthodes. Les différentes méthodes sont caractérisées par les hypothèses d’entrée pour le calcul et les paramètres y afférant. D’une manière générale, le dimensionnement des chaussées doit se faire par étapes et tenir compte l’intervention des paramètres de bases suivants :
● Le trafic, principalement le trafic lourd ;
● Les données climatiques et d’environnement ;
● Le sol de plate-forme caractérisé par sa portance ;
● Les matériaux, leurs qualités et les conditions sur leurs épaisseurs de mise en œuvre.

La méthode LCPC-SETRA

C’est une méthode élaboré en France par le Laboratoire Central des Ponts et Chaussées (LCPC) et Le Service d’Etudes Techniques des Routes et Autoroutes (SETRA) [10] [12] [14] [15] [16] [17]. La méthode fait appel au modèle mathématique de BURMISTER pour le calcul des sollicitations dans la structure de chaussée. La structure est semi infinie et soumise sous une charge circulaire. On aboutit donc à un problème d’élasticité. Il existe plusieurs programmes de calcul informatique pour la modélisation des structures et ainsi pour résoudre le problème: ECOROUTE et ALIZE. L’utilisation de l’informatique pour la résolution numérique du problème des multicouche va lever les limitations sur le nombre de couches et permettre une analyse plus précise, complète et systématique des contraintes et des déformations dans les structures de chaussée. Le logiciel ALIZE fut employé pour la définition des structures du nouveau Catalogue des structures types des chaussées neuves françaises publié en 1977 et surtout celui en 1998 .

Les principaux concepts retenus par la méthode LCPC sont :
● Le caractère probabiliste du dimensionnement ;
● Le concept de durée initiale et de risque de calcul ;
● Les différentes facteurs : le trafic, l’environnement (données climatiques), la plate-forme support de la chaussée, les matériaux de chaussée, la qualité de la réalisation ;
● La détermination des sollicitations admissibles : relation entre sollicitations admissibles et risque de calcul, le coefficient de calage ;
● La définition des épaisseurs de couches.

Table des matières

INTRODUCTION
CHAPITRE I : Normes et règlementations
I.1 Le trafic, les poids lourds et dispositions
I.1.1 Les routes nationales
I.1.2 Le trafic
I.1.3 La police de circulation
I.1.4 Le contrôle des charges routières
I.1.5 Les stations de pesage routier
I.2 Les prescriptions sur les ouvrages hydrauliques routièrs
I.3 Remarque
CHAPITRE II : Le dimensionnement des chaussées
II.1 Approche empirique
II.2 Approche théorique (ou approche rationnelle)
II.3 Les différentes méthodes de dimensionnement
II.4 Les méthodes de dimensionnement rencontrées à Madagascar
II.4.1 La méthode LNTPB
II.4.2 La méthode LCPC-SETRA
II.4.3 La méthode CEBTP
II.4.4 Les méthodes pour les routes en terre
II.5 Remarques
CHAPITRE III : Contextes généraux
III.1 Contextes climatologiques
III.1.1 Descriptions climatologiques de Madagascar
III.1.2 Pluviométrie et température
III.1.3 Interprétations
III.2 Contextes géologiques et géotechniques
III.2.1 Contextes Géologiques
III.2.2 Contextes Géotechniques
III.2.3 Interprétations
III.3 Aperçu sur les matériaux naturels disponibles
III.3.1 Matériaux meubles
III.3.2 Matériaux rocheux
III.4 Etablissement du zonage Climatique-géologique de Madagascar
III.4.1 Procédure
III.4.2 Résultats
III.4.3 Interprétations
CHAPITRE IV : Etude du trafic à Madagascar
IV.1 Etude du taux d’accroissement du trafic
IV.1.1 Données
IV.1.2 Principe de calcul
IV.1.3 Méthodes
IV.1.4 Résultats
IV.1.5 Remarques
IV.1.6 Justification des résultats à partir des données réelles sur terrain
IV.2 Le Calcul des coefficients d’agressivité moyens du trafic pl
IV.2.1 L’agressivité d’un essieu
IV.2.2 Agressivité d’un poids lourd
IV.2.3 Agressivité d’un trafic
IV.2.4 Coefficient d’agressivité
IV.2.5 Remarques
IV.3 Etat actuel du réseau routier national
IV.3.1 Etats des routes
IV.3.2 Interprétations
CONCLUSION

Lire le rapport complet