Dimensionnement des structures de chaussées
Le trafic
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Actions du trafic sur la chaussée Actions verticales Les actions verticales sont transmises à la chaussée par les pneumatiques.
La pression qo exercée sur la chaussée est approximativement égale à 1,10 fois la pression de gonflage du pneumatique. La surface de contact pneumatique / Chaussée est quasi-circulaire de rayon a a = √ ( Q / .q0 )
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Q étant la charge par roue.
Actions du trafic sur la chaussée Actions verticales a = 10 cm
Exemple : Véhicules de tourisme de poids total de 2000 kg soit 500 kg/pneu
q0 = 1,6 kg/cm2
Véhicules poids lourds à essieu de 13 t jumelé soit 3,25 T/pneu a = 12,5 cm
q0 = 6,62 kg/cm2 d = 37,5 cm
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Actions du trafic sur la chaussée Actions verticales Le pneumatique impose verticaux sur la chaussée :
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deux
types
d'efforts
a)
des efforts de poinçonnement à la surface de la chaussée. Ces efforts sont fonction de la pression des pneus. Ces efforts ne sont en fait réellement sensibles que pour des pressions de gonflage supérieures à 7 kg/cm2.
b)
diffusion de la charge totale jusqu'au sol de fondation. Ce n'est plus la pression qui est importante mais la charge transmise qui joue le rôle important. Le rôle du corps de chaussée est dé diffuser la charge jusqu'au sol de manière à avoir une charge admissible sur le sol support.
Actions du trafic sur la chaussée Actions tangentielles Un véhicule en mouvement génère des contraintes tangentielles (latérales et tangentielles) imputables à :
La transmission de l’effort moteur ou du freinage. La mise en rotation des roues non motrices. La résistance aux efforts transversaux. Ces efforts s’accompagnent de frottements.
Ces contraintes génèrent des efforts de traction à la base des couches liées qui créent des micro dégradations qui s’accumulent et peuvent entraîner la ruine du matériau.
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Actions du trafic sur la chaussée Actions tangentielles En phases d'accélération et de freinage, les roues motrices tendent à arracher les matériaux et risquent parfois de patiner ou de glisser si la surface de la chaussée n'est pas suffisamment rugueuse. Les coefficients de frottement qui conditionnent les risques de glissage et les possibilités d'arrêt des véhicules sont de l'ordre de :
Chaussée sèche, pneu en bonne état
Chaussée mouillée, pneu en bonne état f = 0,6 à 0,8
Chaussée mouillée, pneu usé
f = 0,3 à 0,4
Chaussée lisse mouillée, pneu usé
f = 0,1 à 0,2
Verglas ou boue sur la chaussée
f = 0,05 à 0,1
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f = 0,8 à 0,9 voire 1
Actions du trafic sur la chaussée Actions thermiques La température a deux effets mécaniques principaux :
Changement du module du matériau. Un Enrobé Bitumineux que l’on chauffe devient plus « mou ».
Création de champs de contraintes et déformations au sein du matériau en raison des dilatations et contractions thermiques lors des changements de température. Cet effet est particulièrement néfaste :
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Lors d’un refroidissement, par exemple, la chaussée a tendance à se contracter. Or les mouvements de contraction sont empêchés dans le sens longitudinal de la chaussée. Cela revient a exercer une traction sur cette chaussée dans le sens longitudinal, d’où l’amorçage éventuel de fissures transversales.
Dans une structure semi rigide. En effet, la couche traitée aux liants hydrauliques est sujette au retrait thermique et de prise. Le retrait, empêché par le frottement à l’interface, peut provoquer une fissure dans la couche en enrobé bitumineux.
Mode d’évaluation du trafic Evaluation du volume du trafic Comptage manuel Comme son nom l’indique, ce type de comptage se fait manuellement. Il permet de relever aussi bien le nombre de véhicules que ses caractéristiques (silhouettes).
Il permet en outre de donner directement l’information concernant la répartition du trafic par sens. Il est effectué suivant des méthodes statistiques
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Mode d’évaluation du trafic Evaluation du volume du trafic Comptage automatique Dispositif pneumatique
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Ce dispositif consiste à placer sur la route un tuyau de caoutchouc relié à un système de comptage. Chaque passage d’essieu crée une pression qui inscrit une impulsion.
Ce dispositif permet dons de comptabiliser des essieux.
Malgré ses inconvénients (bruyant, durée de vie aléatoire, nécessité d’intervention sur la chaussée), il conserve encore quelques avantages (simplicité, faible coût) pour des mesures ponctuelles simples pendant quelques semaines.
Mode d’évaluation du trafic Evaluation du volume du trafic Comptage automatique Dispositif à boucle électromagnétique
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Ce dispositif se compose d’une boucle magnétique inductive constituées de spires de fil de cuivre noyée dans le revêtement de la chaussée. Le passage d’un véhicule correspond au passage d’une masse métallique qui modifiera le champ électromagnétique produit par la boucle. Ces modification du champ électromagnétique seront transformées, par un détecteur, en un signal électrique tout ou rien, représentatif de la présence d’un véhicule. Avec une seule boucle par voie, on mesure le débit et le taux d’occupation. Avec deux boucles espacées d’une certaine distance, il est aisée de calculer la vitesse instantannée des véhicules.
Mode d’évaluation du trafic Evaluation du volume du trafic Comptage automatique Dispositif à câbles piézoélectrique
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Ce dispositif utilise comme capteur un câble piézoélectrique qui a la propriété de générer une d.d.p. proportionnelle à la pression qui lui est appliquée.
Ce dispositif permet, en plus du comptage des essieux et leur classification, le pesage en marche des véhicules.
Mode d’évaluation du trafic Evaluation de l’agressivité du trafic
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•
Bascule de pesage dynamique
•
Câbles piézoélectrique
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STATION DE PESAGE DES VEHICULES Système de pré-sélection Pesage à vitesse élevée des véhicules (câble piézo-électrique et boucles électromagnétiques)
Système d’alerte Arrêt du véhicule en surcharge par les Contrôleurs routiers
Pesage à basse vitesse des véhicules (bascule)
Autres contrôles : Contrôle technique des véhicules
Exploitation des données Possibilité de consultation des données en temps réel à distance
Application de la réglementation en vigueur
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Fin de l’opération
Agressivité du trafic Agressivité d’un essieu L’agressivité (A) est estimée vis-à-vis de l’endommagement par fatigue de la chaussée. Elle correspond au dommage provoqué par le passage d’un essieu de charge (P), par rapport au dommage dû à un passage de l’essieu isolé de référence de charge P0. L’agressivité est calculée par la formule :
P A K P0
α
K est un coefficient permettant de tenir compte du type d’essieu. K et α dépendent de la nature du matériau et de la structure de chaussée.
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Agressivité du trafic Agressivité d’un essieu K
α
Essieu simple Essieu tandem Essieu tridem Structures souples et bitumineuses
4
1
0,75
1,1
Structures semi rigides
8
1
12
113
Structures rigides
12
1
12
113
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Essieu Simple
20
Essieu Tandem
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Essieu Tridem
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Agressivité du trafic Agressivité d’un Poids lourd L’agressivité d’un poids lourd est égale à la somme des agressivités de ces essieux
Agressivité d’un trafic Connaissant l’histogramme de charge par type d’essieu pour un trafic donné, l’agressivité de ce trafic est qualifié par le coefficient CAM, correspondant à l’agressivité moyenne du poids lourd composant ce trafic par rapport à l’essieu pris pour référence. 3 Pi 1 K j nij CAM NPL i j 1 P0
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Agressivité du trafic Agressivité d’un trafic 3 Pi 1 K j nij CAM NPL i j 1 P0
NPL : nombre de poids lourds pendant la période de comptage. Kj coefficient correspondant au type d’essieu. j=
1 essieu simple 2 essieu tandem 3 essieu tridem
nij : nombre d’essieux élémentaires de type j et de classe de charge Pi
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Exemple de calcul de l’agressivité du trafic Pendant cinq jours de comptage, une station de pesage a dénombré le passage de 305 poids lourds représentant :
1 854 essieux simples. 436 essieux élémentaires en tandem. 168 essieux élémentaires en tridem. la répartition des charges par essieux est donnée dans le tableau suivant :
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Classe de charge (T)
Centre Classe (T)
Nb. Essieux simples (N1)
Nb. Essieux tandem (N2)
Nb. Essieux tridem (N3)
1-3
2
210
107
48
3-4
3,5
160
78
34
4-5
4,5
100
66
28
5-6
5,5
290
60
22
6-7
6,5
280
50
16
7-8
7,5
216
28
14
8-9
8,5
210
24
4
9-10
9,5
180
8
2
10-11
10,5
68
6
0
11-12
11,5
50
5
12-13
12,5
40
2
13-14
13,5
25
1
14-15
14,5
9
1
15-16
15,5
7
0
16-17
16,5
5
17-18
17,5
2
18-19
18,5
1
19-20
19,5
1
26 20-21
20,5
0
