Methode Setra -Alize 2015

Dimensionnement des chaussées routières par la méthode SETRA (Méthode rationnelle)

ETUDES TECHNIQUES DES ROUTES

Chapitre II : Dimensionnement des chaussées

Méthode SETRA

– Hypothèses admises : !Materiaux !Chaussee

élastiques et linéaires

= plaque infinie

!Comportement à !Approche

la fatigue des matériaux

probabiliste probabi liste

!Methode rationnelle



Méthode SETRA

– Hypothèses admises : !Materiaux !Chaussee

élastiques et linéaires

= plaque infinie

!Comportement à !Approche

la fatigue des matériaux

probabiliste probabi liste

!Methode rationnelle



Méthode SETRA

Principe Général Dimensionnement mécanique : La structure choisie convient si :

|! t calculée| < ! t admissible et/ou |" t calculée| < " t admissible



Méthode SETRA

Dimensionnement mécanique La structure choisie a priori (épaisseur des couches, nature des matériaux) convient si : |! t calculée| < ! t admissible et/ou |" t calculée| < " t admissible et/ou " z calculée < " z admissible



Méthode SETRA

Calcul élastique Modèle de Burmister (1943) Structure: multi-couche élastique linéaire interfaces collées ou glissantes couches infinies en plan (pas de bord, de coin) Charges : disques (pression uniforme)

Résultats : champs ! et "


Méthode SETRA


MODELES DE LA MECANIQUE DES CHAUSSEES

Burmister (1943) : Multi-couches

a

H1 E1 #1 H2 E2 #2

Hn En #! E,#

z

C o l l é e s / I s n e t m e i - r f c o a c l l e é e s s : / g l i s s a n t

LOGICIELS DE CALCUL : ALIZE, ECOROUTE du LCPC, BISTRO de la SHELL

!"#



Méthode SETRA



Méthode SETRA


Méthode SETRA


LA FATIGUE DES MATERIAUX LIES RESULTATS DES ESSAIS : Essai de fatigue

Traction

b 100

N

90 80 70

6

50 40

droite de fatigue

1

10

100

1000

10000

100000 1E+06 1E+07

Nombre de cycles appliqués


Méthode SETRA


Module

Pour chaque éprouvette testée, on détermine le nombre de cycles N f correspondant à la rupture. " r o

!

E*0

E0 2

Droite de Fatigue (Wöhler)

N N f

g o L

! 6

10+6

Log N f



Méthode SETRA

Trois phases sur la courbe d'évolution du module en fonction du nombre de cycles dans un essai de fatigue : !

Phase I (échauffement): décroissance rapide du module ;

!

Phase II (fatigue): décroissance lente et continue du module ;

!

Phase III (rupture): chute brutale du module correspondant à la propagation d'une macro-fissure dans l’éprouvette.



Méthode SETRA

La durée de la phase II est, entre autre, le reflet de l'agressivité des sollicitations. Si le chargement est important, la phase II est très courte. Le critère le plus utilisé lors des essais de fatigue est de considérer que le matériau est fatigué si son module est réduit de moitié (50%) par rapport à sa valeur initiale mesurée au premier cycle de chargement, dans les mêmes conditions expérimentales de fréquence et de température. Ainsi, la durée de vie est donc le nombre de cycles qui est nécessaire pour arriver à cette condition.


Méthode SETRA


– CARACTERISTIQUES D UN MATERIAU :

" Contrainte " Pente

ou déformation admissible 1 million de fois :

de la droite de fatigue : %

Dispersion de la tenue en fatigue :

&

Valeur admissible et,adm fonction du: comportement à la fatigue ; calage du modèle (kc) ; risque de rupture du M.O. (kr ) portance du sol (ks);

#$

!

!



Méthode SETRA



Méthode SETRA



Méthode SETRA



Méthode SETRA


Méthode SETRA


Valeurs admissibles (1) • Matériaux bitumineux b

' NE $ E(10°C) " ! ( t,adm = (6 ! %% ! kc ! kr ! ks 6" ° E ( 15 C ) & 10 #

• Matériaux traités aux liants hydrauliques b

(t,adm

=

' NE $ " ! kc ! kd ! kr ! ks (6 ! %% 6" & 10 #

• Sols et couches granulaires #

12000 " (NE)

0,222

!

z,adm

=


Méthode SETRA


Trafic :

essieu de référence et coef. d agressivité ? CAM xN

Empreintes réelles : Empreintes pour la modélisation : r = 0,125 m q = 0,662 MPa


Méthode SETRA


Dimensionnement mécanique: résumé Trafic

Sol

Climat %

Matériaux

x NE

t %éq

Modèle log " t,adm

" t,cal

h solution

h

log N



Méthode SETRA

Dimensionnement d’une structure de chaussée : détails



Méthode SETRA

1- Chaussée souple : !

%&'())*+) ,-./-01'21 (2+ ,-(3+01(0+ 451(.52+()+ .52,+ 67 !8 ,.9: /'0;-5) 0*<(51+ = (2 +2<(51 )(0 ,&'())*+) = 10>) ;'54?+ 10'@,:

!

0+/-)'21 )(0 (2+ -( /?()5+(0) ,-(,&+) <+ .'1*05'(A B0'2(?'50+) 2-2 10'51*) 6CD = 8D ,.9E

!

F */'5))+(0 B?-4'?+ <+ ?' ,&'())*+ +)1 B*2*0'?+.+21 ,-./05)+ +210+ #D +1 "D ,.E ’


Méthode SETRA


Démarche de calcul : •

G*05@+0 H

– PF support de chaussée z <

Calculée au passage d’un essieu de référence

z,adm

Déterminée à partir de : - support


Méthode SETRA


Calcul des sollicitations au sein de la structure :

• IA+./?+ H JJKLMN '()

*+,- .+'/(-

JJOL D:DP

!

01)234(52

8QDD

D:#8

%-??*+

LMN

D:!8

"DD

D:#8

%-??*+

LMN

D:C8

!8D

D:#8

%-??*+

RSC

52@25

8D

D:#8

6(75$7 +,#8972 82 :$3,;<)23- = >7;?@


Méthode SETRA


G'?+(0) '<.5))54?+) 6!K!9

/7()2A4#3,2 +<#7 <2$7#

12000 " (NE)

0,222

!

z,adm

=



Méthode SETRA

2- Chaussée bitumineuse épaisse : !

O10(,1(0+ ,-./-01'21 (2+ ,-(,&+ <+ 0-(?+.+21 451(.52+()+ 6Q = P ,.9

!

)(0 (2 ,-0/) <+ ,&'())*+ +2 .'1*05'(A 10'51* '(A ?5'21) &T<0-,'04-2*) 6!8 = QD ,.9: ;'51 < (2+ -( <+ <+(A ,-(,&+) 64')+ +1 ;-2<'U-29: 3-50+ 10-5)E ’

!

F */'5))+(0 B?-4'?+ <+ ?' ,&'())*+ +)1 B*2*0'?+.+21 ,-./05)+ +210+ CD +1 8D ,.E ’


Méthode SETRA


Démarche de calcul : •

G*05@+0 H

– %
M-2 " t < " t,adm

– PF support de chaussée " z < " z,adm

Calculée au passage d un essieu de référence ’

Déterminée à partir de : - loi de fatigue - trafic NE - risque -support



Méthode SETRA


Méthode SETRA


%'?,(? <+) )-??5,51'U-2) '( )+52 <+ ?' )10(,1(0+

• IA+./?+ H LJ#KLJ# '()

*+,- .+'/(-

!

01)234(52

JJOL D:DP

8QDD

D:#8

%-??*+

LJ#

&!

V#DD

D:#8

%-??*+

LJ#

&C

V#DD

D:#8

%-??*+

RSC

52@25

8D

D:#8

6(75$7 +,#8972 82 :$3,;<)23- = >7;?@


Méthode SETRA


G'?+(0) '<.5))54?+) 6!KC9

6#$5*2 82 4#18(B#1 NE t ,adm

6

avec

6

10

NE t ,adm

6

6

10

b

!

kc! kr ! ks

b

: loi de fatigue du matériau

kc : coefficient de calage attaché au matériau kr : coefficient de risque kr = 10 -ub& où u : valeur de la variable aléatoire associée au risque R choisi par le M Ouvrage b : valeur de la pente de la droite de fatigue & : écart type épaisseur/fatigue ks : coefficient tenant compte des hétérogénéités de portance du support (ks = 1 pour la CdBase) PF1 PF2 PF3 1/1 2 1/1 1 1


Méthode SETRA


G'?+(0) '<.5))54?+) 6CKC9

/7()2A4#3,2 12000 " (NE)

0,222

!

#

z,adm

=



Méthode SETRA



Méthode SETRA

Exemple d ’application : structure bitumineuse épaisse On se propose de dimensionner une chaussée bitumineuse épaisse pour une voie du réseau non structurant (VRNS), pour une durée de vingt ans. Des études préalables ont indiqué que l'on pouvait s'attendre à un trafic de classe T1, avec un taux d'accroissement arithmétique escompté de 2 % (base année de mise en service). Le sol support dont on semble disposer est propre à fournir une plate forme de type PF2. En raison du trafic attendu, on retient pour la couche de roulement un béton bitumineux semi-grenu de 8 cm d'épaisseur. La seule inconnue du problème demeure donc l'épaisseur de la (ou des) couche(s) de grave bitume de classe 2 (à 4,2% de bitume).



Méthode SETRA

QUESTIONS 1 - Dimensionner la structure pour la durée de calcul de 20 ans. 2 - Afin d'évaluer l'incidence de la durée de vie sur l'investissement initial, quelle épaisseur faudrait-il adopter pour des durées de vie de quinze ans, puis de vingt cinq ans ? 3 - Une entreprise propose la variante suivante : 2,5 cm BBTM 10 cm EME type 2 10 cm EME type 2 Vérifier que cette structure convient pour une durée de vingt ans.

Methode Setra -Alize 2015

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