Dimensionnement Du Corps de Chaussée

Dimensionnement du corps de CHAPITRE 1

Introduction au conception et dimensionnement des chaussées L’estimation d’un projet routier, ne se limite pas en un bon tracé en plan et d’un bon profil en long. En effet une fois réalisée, elle devra résister aux agressions des agents extérieurs et à la surcharge d’exploitation : action des essieux des véhicules lourds, effets des gradients thermiques pluie, neige, verglas. pour cela il faudra non seulement assurer à la route de bonne caractéristique géométrique mais aussi de bonne caractéristique mécanique lui permettant de résister à toutes ces charges pendant sa durée de vie. La qualité de la construction des chaussées joue à ce titre un rôle primordial. Celle ci passe d’abord par une bonne reconnaissance du sol support et un choix judicieux des matériaux à utiliser, il est ensuite indispensable que la mise en œuvre de ces matériaux soit réalisée conformément aux exigences arrêtées. La démarche générale du dimensionnement d’une structure de chaussée ne soit pas foncièrement différente de celle du dimensionnement des autres structures du génie civil puisqu’il s’agit de déterminer les contraintes ou déformations des matériaux et de lès comparer à des contraintes admissibles. Le dimensionnement des chaussées présentes de nombreuses particularités .sur lesquelles cette introduction souhaite insister .Pour simplifié, on peut distinguer deux approches très différentes, celle qui relève l’empirisme et celle qui relève de la théorie. 1.1) Définition de la chaussée : a) Au sens géométrique : la surface aménagée de la route sur laquelle circulent les véhicules. b) Au sens structurel : l’ensemble des couches des matériaux superposées qui permettent la reprise des charges. 1.2) Constitution d’une chaussée : Les chaussées se présentent comme des structures multicouches mises en œuvre sur un ensemble appelé plate-forme de chaussée, constituée du sol terrassé, dit sol support, le plus souvent surmonté d’une couche de forme. a) La couche de forme : cette couche, qui ne fait pas partie intégrante de la chaussée, a plusieurs fonctions :  pendant les travaux elle protège le sol supporte, contribue au nivellement et permet la circulation des engins de chantiers 4

Dimensionnement du corps de 

elle permet de prendre plus homogènes les caractéristiques du sol

terrassé et de protéger ce dernier du gel b) Les couches d’assise : l’assise de chaussée est généralement constituée de deux couches, la couche de fondation surmontée de la couche de base Ces couches en matériaux élaborés, le plus souvent liés (bitume, liants hydrauliques) pour les forts trafics, apportent à la chaussée la résistance mécanique aux charges verticales induites par le trafic. Elles répartissent les pressions sur le support, afin de maintenir les déformations à ce niveau dans les limites admissible c) La couche de surface : la couche de surface est constituée  de la couche de roulement, qui est la couche supérieure de la chaussée sur laquelle s’exercent directement les agressions conjuguées 

du trafic et du climat et le cas échéant d’une couche de liaison, entre les couches d’assise et la couche de roulement

4

Dimensionnement du corps de Dans le cas particulier des chaussées en béton de ciment (chaussées rigides) la dalle, qui repose sur une couche de fondation, joue simultanément le rôle de couche de surface et celui de couche de base. L'ensemble Arase de terrassement Plate-forme support de chaussée Accotement Roulement

Couches de surface

Liaison

Base

Couches d’assise

Fondation Couches de forme

H=1m

Partie supérieure des terrassements

Sol support

chaussée/couche de forme/sol, peut être représenté sur le Schéma suivante :

FIGURE1 *ensemble chaussée/couche de forme/sol* 1.3) Différentes familles de structures de chaussées : suivant leur mode  

de fonctionnement on distingue : Les chaussées classiques (souples et rigides) Les chaussées inverses (mixtes ou semi-rigides)

Dans ce travail on s’intéresse sur les chaussées souples et rigides 1-3-1) Chaussées souples Ces structures comportent une couverture bitumineuse mince (moins de 15 cm), parfois réduite à un simple enduit superficiel, reposant sur une ou plusieurs couches de matériaux granulaires non traités(FIGURE2)

4

Dimensionnement du corps de 1. couche de surface en matériaux bitumineux 2. matériaux bitumineux d’assise (≤15cm) 3. matériaux granulaires non traités (20 à 50 cm) 4. plate-forme supporte FIGURE 2 * coupe transversal d’une chaussée souple* L’épaisseur globale de la chaussée est généralement comprise entre 30 et 60 cm. Leur

p

peut

être

schématisé comme suit :

BBb

F

I

Les

matériaux

constituant

l’assise

granulaires De

ces

chaussées ont une faible rigidité.

G Non traité

Comme la couverture bitumineuse

U

est mince, les efforts verticaux dus

R E

fonctionnement

au trafic sont transmis au support Sol

avec

une

faible

contraintes

3 *fonctionnement d’une chaussée*

diffusion.

verticales

Les élevées

engendrent par leur répétition des déformations

plastiques

Qui

La couverture bitumineuse subit à sa

se

répercutent en déformation base des efforts répétés de traction-flexion. L’évolution la plus fréquente des chaussées souples se manifeste d’abord par l’apparition de déformation permanente du type orniérage à grand rayon, flaches et affaissements qui détériorent les qualités des profils en travers et en long. Les sollicitations répétées des flexions alternées dans la couverture bitumineuse entrainent une dégradation par fatigue,

sous la

forme de fissures d’abord isolées puis évoluant peu à

peu

vers un faïençage. a)

Les matériaux utilisés : Couche de base : grave bitume classe 3ou GNT type B2. 4

Dimensionnement du corps de Couche de fondation : GNT type B2 ou B1. b)

Combinaisons de couches : présenter sur le suivant

schéma

c) Conditions d’interfaces Toutes couches collées.

1-3-2)

Chaussées rigides 1. couche de surface en béton ciment 2. béton maigre 3. matériaux granulaires non traités 4. plate-forme supporte FIGURE 4 * coupe transversal d’une chaussée

rigide* On appelle chaussées rigides, des chaussées comportant en couche supérieure des matériaux traités au liant hydraulique (béton de ciment essentiellement). La nature du béton hydraulique fait que la rigidité des dalles qui constituent la partie supérieure de la chaussée protège le sol support des sollicitations mécaniques. La rupture de la chaussée s’amorce en premier lieu dans la dalle par excès de contraintes a) Les matériaux utilisés sont la dalle béton BC5 en couche de base et le béton maigre BC2 ou une grave ciment en couche de fondation b) Combinaison de couches

c) Conditions aux interfaces L'interface entre la base en béton et la couche de fondation est décollée d) Différents types de chaussées en béton   

Chaussées à dalles non armées et non goujonnées Chaussées à dalles goujonnées Chaussées en béton armé continu 4

Dimensionnement du corps de

CHAPITRE 2

Les

entrées

tiennent

en

compte

dans

le

dimensionnement des chaussées : Le dimensionnement d’une chaussée est conditionné par quatre familles de paramètres suivants :

4

Dimensionnement du corps de La nature et la qualité des matériaux, le sol supporte, le trafic et le climat. Le climat joue sur le plan logique un rôle analogue aux autres paramètres, mais intervient en réalité de façon assez différente par des exigences sur la conception des structures des chaussées 2-1) Le trafic : 2-1-1) Loi d’équivalence Les désordres occasionnés aux chaussées provenaient de l’intensité du trafic lourd. Ce phénomène a été clairement quantifié lors des essais A.A.S.H.O (American Association of State Highway Officials) réaliser aux U.S.A. entre 1957 et 1961. Cette expérimentation a porté sur l’étude de 240 sections de chaussées souples, de 271 sections de chaussées rigides et d’une cinquantaine de sections de chaussées souples avec couche de base stabilisée. Chacune de ces sections a reçu l’application d’environ 1 million de charges roulantes de poids différents, loi aujourd’hui admise universellement. Cette loi, déclinée selon un contexte française, c’est-à-dire avec un essieu standard de 13 tonnes est

Ap p = A 13 13

∝

( )

: Ap

= Agressivité d’un essieu de charge p tonnes

A 13 = Agressivité de l’essieu standard de 13t (prise égale à1)

retient :

P = charge d’un essieu de poids p tonnes = coefficient qui dépend du type de chaussée. En général on

= 4 à5 pour les chaussées souples = 12 pour les chaussées rigides 2-1-2) Les classes de trafic La classe de trafic est déterminée à partir du trafic de poids lourds par sens de circulation, compté en moyenne journalière annuelle (MJA) , pour la voie la plus chargée, à l’année de mise en service. Pour des chaussées séparées, la voie la plus chargée est généralement la voie lente, les classes de trafic sont déterminées à partir du tableau(1) ci-après : class T T T3 T2 T1 T0 TS TE e 5 4 X De T3- T3 T2- T2 T1- T1 T0- T0 TS- TS trafic + + + + + Trafic MJA * 0 25 50 85 150 200 300 500 750 1200 2000 3000 5000 *(en PL/jour/sens) 4

Dimensionnement du corps de 2-1-3) Le trafic équivalent Dans la population des poids lourds, les charges s’étagent entre 5 tonnes et en principe 13 tonnes. Il existe d’autres catégories de poids lourds qui celui retenu en 1945 (camion à 2 essieux de poids total en charge = 19 tonnes) 2-1-4) Le coefficient d’agressivité moyenne (CAM) : tableau(2) Est utilisée lorsque l’on ne dispose pas d’information précise sur le trafic Chaussées à faible trafic

classe CAM

Chaussées à trafic moyen et fort ≥T2

T5 0.4

T4 0.5

Couche hydrocarbonées d’épaisseur au plus égale à 20 cm des chaussées bitumineuses

CAM

0.8

T30.7

T3+ 0.8

Chaussées Couche des bitumineuses matériaux traités d’épaisseur supérieure à 20 aux liants hydrauliques et cm en béton de Couche non liée ciment et sol support 1 1.3

2-1-5) Le trafic cumulé Pour le dimensionnement, le trafic est caractérisé par la valeur NE, nombre équivalent d’essieux de référence, correspondant au trafic pois lourds cumulé sur la durée initiale de calcul retenu. Cette durée initiale varie habituellement entre 7 et 320 ans. Ce nombre NE est fonction :  Des valeurs escomptées du trafic à la mise en service et du taux de croissance τ,  De la composition du trafic,  De la nature e la structure de chaussée Il est donné par la relation :

NE= N x CAM

N : nombre cumulé de poids lourds CU≥ 50 KN pour la période de calcul de p années, CAM : agressivité moyenne du poids lourds par rapport à l’essieu de référence. Calcul du nombre total N de poids lourds : N = 365 x MJA x C C : est le facteur de cumul sur la période de calcul : pour p années et un taux e croissance géométrique τ constant sur cette période.

4

Dimensionnement du corps de (1+ τ ) p−1 ] [ C= τ

2-2) La plate-forme support Le guide technique pour la réalisation des remblais et de couche de forme permet :  De classer les sols en différentes catégories  De définir sept classes de partie supérieure des terrassements, et en fonction du sol de son état hydrique, du profil en travers, du drainage d’obtenir cinq classe d’arases qui vont de AR0 à AR4. PFi  D’obtenir la classe de plate-forme qui caractérise la portance sur la couche de forme. On distingue quatre classes de plate-forme qui vont PF1 ; PF2 ; PF3 ; PF4. Leur module présenté sur le tableau(3) 2-3) Caractéristique des matériaux : 2-3-1) Le comportement à la fatigue : Le phénomène de fatigue, depuis très longtemps on a observé que des pièces ou des matériaux se rompre si on leur applique de façon répétée un grand nombre de sollicitations dons l’amplitude est inferieur à la résistance à la rupture instantanée. C’est ce phénomène que l’on désigne sous le nom fatigue Ces phénomènes de fatigue sont d’une très grande importance dans les diverses construction. Les premières études de rupture sous l’effet de sollicitations répétées datent de plus de 150 ans, et les premières études fondamentales en laboratoire, effectuées sur les premières machines de fatigue, ont été effectuées par WOHLER en 1852. L’expérience de base, permettant de mettre en évidence le comportement à la fatigue d’un matériau, Consiste à soumettre une éprouvette du matériau à des sollicitations répétées, toutes identiques (périodiques), et à déterminer le nombre de répétitions de ces sollicitations entrainant la rupture. Puis en répétant cet essai sur des éprouvettes identiques du matériau, on cherche à établir une relation entre l’amplitude de la sollicitation appliquée et le nombre de sollicitation entrainant la rupture. La courbe représentative du nombre de répétitions de charges jusqu’à la rupture, en fonction de l’amplitude de la contrainte (ou déformation) appliquée, est appelée courbe de WOHLER (figure5)

4

Dimensionnement du corps de On appelle Résistance à la fatigue pour N cycles la valeur de la sollicitation pour laquelle l’éprouvette supporterait N cycles avant de se rompre. La courbe de WOHLER est donc aussi le graphique représentant la résistance à la fatigue pour N cycles, en fonction de N. le nombre de cycles de chargement entrainant la rupture N est souvent appelé durée de vie

σ

2 3 4 5 6 7 10 10 10 10 10 10 10

N

FIGURE 5 * Courbe de Wöhler d’un béton de ciment * Les formes de relation les plus souvent sont les suivantes : σ =AN −b

(La courbe de WOHLER est une droite en échelle logarithmique

de la sollicitation et de la durée de vie) σ =a−b logN

(La courbe de WOHLER est une droite en échelle arithmétique de

la sollicitation et logarithmique de la durée de vie 2-3-2) Dispersion des durées de vies : En fait, la détermination expérimentale da la courbe de WOHLER n’est pas aussi simple qu’il y parait vue, car si on répète plusieurs fois la même essai de fatigue sur des éprouvettes identiques, le nombre de cycles à la rupture est très dispersé. Les conséquences de cette dispersion des durées de vie sont évidement très importantes. Il faut donc apprécier de façon statique la durée de vie au la résistance à la fatigue pour N cycles. Dans la pratique, au lieu de représenter la courbe de WOHLER habituelle qui quantifier la durée de vie moyenne en fonction de l’amplitude de la sollicitation appliquée, on fait intervenir un coefficient de risque qui prend en compte la probabilité que l’on a de dépasser une certaine durée de vie pour une sollicitation donnée. 4

Dimensionnement du corps de

 : Contrainte ou déformation

1

1. courbe de WOHLER

2

moyenne probabilité de rupture : 50% 2. probabilité de rupture :

3

N cycle

2% 3. probabilité de rupture : 98%

FIGURE6 * Courbe de probabilité de rupture* Le dimensionnement des chaussées aura donc un aspect PROBABILISTE lié :  

au caractère dispersé du phénomène de rupture par fatigue à la dispersion naturelle que l’on peut trouver les sols supportes, (avec l’effet d’hétérogénéités locales de portance) et sur les matériaux qui



constituent la chaussée. A dispersion normale que l’on peut constater sur l’épaisseur réelle des différentes couches qui constituent la chaussée.

Pour le dimensionnement des chaussées, on caractérise le comportement à la ε6 σ6 fatigue des matériaux avec les notions de (matériaux bitumineux) ou (matériaux hydrauliques). Il s’agit de la contrainte (σ) ou la déformation (ε) qui entraine la rupture au bout de

106

cycles avec une probabilité de 50%.

On applique ensuite à ces valeurs des sollicitations des corrections qui prennent en compte : 

Le risque de calcul retenu. En général ce risque est fonction du trafic, et du type de matériaux. C’est ainsi que le catalogue des chaussées des T routes nationales retient des risques qui varient de 2% (trafic 0 ) à 25% ( trafic



T3

) pour la technique des grave bitume,

Les variations d’épaisseur et de qualité des matériaux,

4

Dimensionnement du corps de 

Un coefficient de calage (

Kc

) qui corrige l’écart entre les prédictions de

la démarche et l’observation du comportement réel des matériaux sur la routes. 2-3-3) Le module des matériaux : a) Sol et matériaux granulaires : dans le cas d’un sol, qui n’est ni homogène, ni isotrope, c’est une simplification abusive mais commode de rechercher un module d’élasticité. On pourra l’approcher par plusieurs 

méthodes : à partir d’un essai triaxial ; c’est alors le module réversible qui caractérise le mieux l’état du milieu



à partir l’essai de plaque ; on retient alors le module au



chargement ; à partir de l’essai CBR ; on tiendra

2ème

E=5CBR

Pour les différentes classes de plate-forme définies par le CTR, les valeurs de module (prise en compte) pour les calculs sont les suivantes (tableau(3)) : Classe de plateforme module Coefficient de

PF1

PF2

20MPa

50MPa

0.35

0.35

PF3

PF4

120MPa

200MPa

0.35

0.35

poisson γ Les graves non traitées sont des matériaux de chaussée qui se comportent comme des sols. Il est impossible d’affecter au corps granulaire un module propre indépendant de la structure étudiée, et notamment du module de la couche sous-jacente. Le rapport du module du grave non traitée ou module de la couche sous-jacente varie de 2 à 4, suivant la qualité de la grave et l’épaisseur de la chaussée .dans la pratique, en « découpe » la grave non traitée en « tranches » de 25 cm d’épaisseur maximale et on affecte à chaque « tranche » un module égale à 3 fois celui de la couche sous-jacente, plafonné à 360 Mpa. On prend 0.35 comme coefficient de poisson. b) Matériaux bitumineux : Le module E des matériaux bitumineux doit toujours être associe à une température et à un temps de charges. Les normes retiennent 15° C et 10 Hz pour la caractérisation du module et 10° C et 25Hz pour la fatigue. 4

Dimensionnement du corps de Le tableau (4) ci-après donne quelques valeurs minimales pour E et

ε6

des

principaux matériaux bitumineux Module E Matériaux

(15°C-10Hz) en Mpa Class

e1 Grave bitume

7 000 Mpa 9 000 Mpa

Classe

9 000 MPa

2

Classe

1 module élevé

ε6

(10° C et 25 Hz) −6 70x 10 −6 80x 10 −6 90x 10

Class e3 Enrobés à

Fatigue

14 000 Mpa 14 000 MPa

Classe

−6 100x 10 −6 130x 10

2 2-4) prises en compte des conditions climatique : Les conditions climatiques qui peuvent intervenir dans le dimensionnement des structures sont variées. On site entre autres :  L’état hydrique du sol support ;  L’effet des cycles saisonniers de la température sur le comportement des structures de chaussées comportant des couches bitumineuses, donc sensibles aux variations de la température ;  L’action du gel et du dégel. On abordera ici le dernier point qui concerne le phénomène de et la vérification au gel 2-4-1) Phénomène de gel : Le gel des sols constituant la plate-forme de la chaussée peut entraîner des conséquences redoutables et la protection contre le gel est un des objectifs importants du dimensionnement des chaussées. Si le sol de fondation est gélif et si le gel, par son intensité et sa durée, est suffisant pour pénétrer en dessous de la chaussée, il se produit une succion de l’eau vers la zone gelée, au détriment des zones profondes. Cette eau se concentre sous forme de lentilles de glace qui morcèlent le sol. La teneur en eau devient très importante et il se produit un gonflement qui provoque une fissuration de la chaussée. 2-4-2) Vérification au gel Le principe de la vérification consiste à comparer  L’indice de gel atmosphérique de référence IR, caractérisant la rigueur de l’hiver contre lequel on veut protéger la chaussée ;  Et l’indice de gel admissible IA de cette même chaussée. La vérification est positive si IA est supérieur ou égal à IR 4

Dimensionnement du corps de (La figure 7 explicite la démarche utilisée pour la vérification) L’indice de gel référence IR est déterminé pour chaque région à partir des statistiques météorologiques. Pour déterminer IA on évalue tout d’abord la quantité de gel admissible(QB) à la base du corps de chaussée. Par référence à la figure7 : QB=Qg+Z 1) La protection Z assurée par la couche non gélive (naturellement ou après traitement) est donnée par le tableau(5) Valeurs de Z en fonction de l’épaisseur hn du matériau non gélif et de sa teneur en fines f Hn (cm) 20 40 60 80 100 f< 5 1.3 3.5 5.8 8.1 10.5 % 1.7 4.1 6.7 9.2 11.6 5 % ≤f < 2.1 4.8 7.7 10.5 13.3 35 % f ≥35 %

2) Détermination de Qg a) En fonction de la pente (en) obtenue à l’essai de gonflement au gel les sols sont classés en trois catégories : SGn : non gélifs, pente < 0,05 SGp : peu gélifs, 0,05 < pente < 0,4 adaptée SGt : très gélifs, pente > 0,4 b) La quantité de gel admissible Qg est égale à rétrograde 0 pour les sols SGt 2,5 pour les sols SGp Pour chaque type de chaussée et chaque couple Ti – PFj, on donne, en fonction de QB déterminé suivant la méthode ci-dessus, l’indice de gel IA admissible de la chaussée (QB = Qg + Z)

IR= indice de gel atmosphérique de référence Chaussée IA= indice de gel atmosphérique de la chaussée : il est Évalué en fonction de QB à l’aide d’un abaque propre à chaque Planche de structure

Matériaux non gélifs . Plate-forme hn(cm)

Matériaux gélifs

4

Dimensionnement du corps de

QB= Qg+Z : quantité de gel admissible à la base du corps de Chaussée Z : protection thermique apportée par les matériaux non gélifs

de la plate-forme

Qg : quantité de gel admissible

FIGURE 7* Vérification au gel-dégel* c) Une fois déterminée la sensibilité au gel des matériaux 

Découpage de la plate-forme : la plate-forme (sol support et couche de forme) est découpée en couches de même classe de sensibilité au gel : non gélif (SGn), peu gélif (SGp) ou très gélif (SGt) ( )

*

hn peut être éventuellement égal à zéro (absence d’une couche non gélive)  Calcul de Qg Dans le cas 2, la quantité Qg en surface du matériau sensible au gel se calcule directement à partir du schéma(A). Dans le cas 3, on détermine à l’aide du schéma(A), la quantité de gel admissible en surface de chacun des deux matériaux SGp et SGt. On note respectivement ces quantités Qg (SGp) et Qg (SGt). La quantité de gel admissible en surface de la couche de matériau peu gélif (SGp) dépend de l’épaisseur hp de matériaux peu gélifs, et se détermine selon les formules suivantes : Si hp ≥ 20 cm alors Qg = Qg (SGp) Si 0 ≤ hp < 20 cm alors Qg = (1/20) x [Qg(SGp) – Qg(SGt)] x hp + Qg(SGt) Ces formules peuvent se traduire graphiquement par le schéma(A) suivant

4

Dimensionnement du corps de

3)

On

compare en suite IA et IR :  Si IA est supérieur à IR, la structure peut être retenue ;  Si IA est inférieur à IR, la structure est insuffisante. On refait l’ensemble du processus de vérification au gel-dégel après avoir, soit augmenté l’épaisseur non gélive du matériau de plate-forme, soit diminué sa sensibilité au gel, soit choisi une chaussée plus épaisse.

CHAPITRE 3

4

Dimensionnement du corps de Démarche et les principes méthodes de dimensionnement 3-1) Démarche : quelque soient les technique de chaussée, la démarche de dimensionnement et l’articulation des différentes étapes restent sensiblement les même : 1ère étape : une fois réunies les données nécessaire au calcul, on procède :  

A un premier choix de la couche de roulement, A n pré-dimensionnement de la structure par référence à des situations comparables.

2ème étape : modélisation et calcul de la structure : on calcul les contraintes et déformations dans la structure de chaussée ainsi pré-dimensionner, sous l’essieu de référence de 130 KN (13 tonnes) 3ème étape : vérification en fatigue de la structure et de la déformation du support, en comparant les contraintes et déformations calculées à l’étape 2 à des valeurs admissibles. 4ème étape : ajustement des épaisseurs calculées : les épaisseurs de couche déterminées à l’issue de l’étape 3 5ème étape : vérification de la tenue au gel-dégel 6ème étape : définition de la coupe transversale de chaussée : les étapes 1 à 5 ont permis de déterminer une structure dite nominale correspondant au bord de La voie la plus charger ; il reste à préciser le profil en travers de la chaussée. Pour cela, es variations transversales d’épaisseur des couches sont possibles en fonction du trafic par voie. 3-2) Les principes méthodes de dimensionnement 3-2-1) Méthode de C.B.R (California – Bearing – Ratio) : C’est ne méthode semi-empirique qui se base sur un essai de poinçonnement sur un échantillon du sol support. Pour que la chaussée tienne, il faut que la contrainte verticale répartie suivant la théorie de BOUSSINESQ soit inferieure à une contrainte limite qui est proportionnelle à l’indice C.B.R L’épaisseur est donnée par formule suivante :

4

Dimensionnement du corps de e=

I CBR :

100+150 √ p I CBR +5

Indice CBR

En tenant compte de l’influence du trafic, la formule suivante :

N : désigne le nombre de plus 1500kg à vide

moyen de camion

P : charge par roue P=6.5t (essieu 13t) Log : logarithme décimal Coefficient d’équivalence L’épaisseur de la chaussée, obtenue par la formule CBR améliorée, correspond à un matériau bien défini la grave de référence. Pour ce matériau, le coefficient d’équivalence est égal à 1. Si la chaussée doit être constituée par d’autres matériaux de qualités différentes, il faudra utiliser le coefficient (

e=

) de celle ci celle-ci telle que :

.

: Coefficient d’équivalence de chacun des matériaux utilisés

Le tableau ci-dessous indique les coefficients d’équivalence pour chaque matériau : MATERIAUX UTILISEES

COEFFICIENT D’EQUIVALLENCE

4

Dimensionnement du corps de Béton bitumineux – enrobé dense

2.00

Grave ciment – grave laitier

1.50

Sable ciment

1.00 à 1.20

Grave concassée ou gravier

1.00

Grave roulée – grave sableuse –

0.75

T.V.O Sable

0.50

Grave bitume

1.60 à 1.70

Tuf

0.50

L’épaisseur totale à donner la chaussée est :

e=

a1 ×e 1+ a2 ×e 2+ a3 ×e 3

a1 ×e 1 : Couche de roulement a2 ×e 2 : Coche de base a3 ×e 3 : Couche de fondation

3-2-2) Méthode du catalogue des structures Cette méthode découle du règlement algérienne B60-B61 et elle consiste à détermine la classe du trafic des poids lourds à la 20 ème année et la classification du sol support. Une grille combinant les deux données oriente le projecteur sur le type de chaussée qui lui correspond. a) Détermination de la classe de trafic : Le trafic caractérise par le nombre de poids lourds de charges utile supérieur à 50 KN par jour la voie la plus chargée. Classe de trafic

Trafic poids lourds cumule sur 20 ans

T1

T 7.3 105

T2

7.3 105T2 105

T3

2 106T7.3 106

T4

7.3 106T4 107

T5

T 4 107

4

Dimensionnement du corps de On commence par la détermination du trafic de poids lourds cumulé sur 20 ans et la classer dans l’une des classes définies précédemment. Le trafic cumulé est donne par la formule :

T pl : Trafic poids lourds à l’année d mise en service N : durée de vie (n=20ans) a) Détermination de la classe du sol : Le sol doit être classé selon la valeur de CBR de densité Proctor modifier maximal les différentes catégorise sont données par le tableau indiquant les classe de sol :

Classe de sol S1 S2 S3 S4 3-2-3)

La

méthode

L.C.P.C

Indice C.B.R 25-40 10-25 05-10 <05 (Laboratoire

Central

des

Ponts

et

Chaussées) : Cette méthode est dérivée des essais A.A.S.H.O, elle est basée sur la détermination du trafic équivalent donnée par l’expression suivante :

T eq T MGA

= trafic équivalent par essieu de 13t. = trafic à la mise en service de la route.

a = coefficient qui dépend du nombre de voies. Z = taux d’accroissement annuel. n = durée de vie de la route. p = pourcentage de poids lourds.

4

Dimensionnement du corps de Une fois que la valeur du trafic équivalent est déterminée, on cherche la valeur de l’épaisseur équivalente

(en fonction de

T eq

, ICBR) à partir de l’abaque

L.C.P.C. Ailleurs 3-3) Programme de dimensionnement mécanique des chaussées (Le logiciel Alizé-Lcpc)

Le logiciel alizé Lcpc met en œuvre la méthode rationnelle de dimensionnement mécanique des structures de chaussées. Développée par LCPC-SETRA. Le logiciel facilite la réalisation pratique des calculs numériques nécessaires au dimensionnement des structures de chaussées. Démarche de dimensionnement rationnel des structures En utilisation courante, la démarche du dimensionnement rationnel s’articule selon les trois phases principales suivantes : à savoir 1) Le choix de type de la structure et des matériaux qui la composent : La structure de chaussée peut être souple ou rigide ou autre type 2) La détermination des différents matériaux :

sollicitations

admissibles

dans

les

a) Pour les matériaux non traités (grave non traitées et sols) : le modèle adopté est le modèle d’endommagement par accumulation des déformations plastiques irréversibles, résulte des sollicitations de compression verticale exercées par le trafic l’expression des sollicitations de compression verticale admissible ne découle pas directement d’essais en laboratoire, mais de considérations d’origine empirique : Szadm= A × A et b = paramètre d’origine empirique, indépendant du matériau non traité considéré, mais variant en pratique selon la nature de la chaussée et l’intensité du trafic N= nombre de passages des charges roulantes 3) La détermination des épaisseurs des différentes couches de matériaux

4

Dimensionnement du corps de Les sollicitations crées par les charges roulantes dans les différentes couches de matériaux sont calculées à l’aide du modèle multicouche élastique linéaire de burmister. La détermination de l’épaisseur de chaque couche de matériaux repose sur la vérification du critère de non rupture du matériau considéré pendant la duré de service de la chaussée, à savoir : Smaxj≤Sadmj Smaxj : n°j

sollicitation maximal créée par le trafic dans la couche de matériau

Sadmj : sollicitation admissible par le matériau La détermination finale des épaisseurs Hj des différentes couches de matériaux constituant la structure de chaussée n’a pas, en général, de solution directeabsence de solution explicite {Hj=f(N)}).elle s’effectue le plus souvent suivant une démarche itérative inverse, schématisée ci- dessous.

Choix d’un type de structure et des matériaux constitutifs

Calcule des valeurs admissibles {Sadmj=f(N)}

Choix d’épaisseurs initial {Hj} pour chaque couche de matériaux 4

Dimensionnement du corps de

Calcul des sollicitations maximales {Smaxj} créées par les charges roulantes dans les différents matériaux Vérification du critère d’endommagement pour tous les matériaux Test négatif pour tous les matériaux

Test négatif pour au mois un matériau

Validation selon les critères « métier », recherche d’optimisation non numérique

Passage à un autre jeu d’épaisseur (choix manuel ou incrémentation automatique)

Structure recevable, optimisati on

Structure non recevable ou non optimisée

Sortie : suite de l’étude, autre vérification : gel, etc. dimensionnement mécanique

Démarche général de

3-4) Les fiches cataloguent pour le dimensionnement

1ère fiche :

4

Dimensionnement du corps de

2ème fiche :

3ème Fiche (Structure : GB3/GB3) :

4

Dimensionnement du corps de

4

Dimensionnement du corps de Conclusion Le dimensionnement des chaussées est, dans sa rédaction, résolument orienté vers les méthodes rationnelle de dimensionnement fondées sur l’analyse théorique des contraintes et des déformations dans les massifs et les comparaisons des valeurs calcules à des valeurs limites trouves en laboratoire, lors des essais sur les matériaux puisque le dimensionnement d’une chaussée nécessite une bonne connaissance des matériaux qui la constituent. L’utilisation de ses méthodes rationnelle de dimensionnement qui tend à replacer le dimensionnement des structures de chaussée dans le cadre général du dimensionnement des ouvrages de génie civil. Ce qui concerne les entré tiennent en compte dans le dimensionnement, on a vu comment les matériaux pouvaient être schématisées par un module d’Young pour entré dans les modèle de calcule.   

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Le module des matériaux bitumineux dépend de la fréquence d’application de la charge et la température. La grave non traité n’a pas un module propre E’ ; son module apparent en fonction du sol support selon la relation E’=KE. On peut affecter au sol support un module en fonction des essais qui ont été réalisée : module trouvée lors d’un essai de plaque pour un sol insensible à l’eau, module fonction de la valeur du CBR de ce sol s’il s’agit d’un sol sensible à l’eau. Le moyenne de comptages et de pesée permettent de réduire le trafic, neq composites par nature, à la répétition d’un nombre d’essieux standard de 130 kn ; les lois d’équivalences entre charges font intervenir la nature des différentes configurations qui sont envisageables t aussi la nature des structures de chaussées

Bibliographie 1. Cours de routes (dimensionnement des chaussées 2° édition (école nationale des ponts et chaussées). 2. Les cours de l’entpe « routes tome2 » (Michel FOURE). 3. logiciel Alizé-Lcpc (www.lcpc.fr/fr/produits/alize/index.dml) 4. Les fiches cataloguent pour le dimensionnement 5. 1ère et 2ème fiche (Projet et construction de routes/technique de l’ingénieur (Catalogue de structures types de chaussées neuves. Ministère des Transports et Ministère de l’Intérieur (série de fascicules publiés à partir de 1982) 4

Dimensionnement du corps de 6. 3ème Fiche (Catalogue des structures types de chaussées neuves SETRA/LCPC 1998)

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