7/21/2019 Dimensionnement Du Corps de Chaussée http://slidepdf.com/reader/full/dimensionnement-du-corps-de-chaussee 1/27 4 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 profl en long. En eet une ois réalisée, elle devra résister aux agressions des agents extérieurs et à la surcharge d’exploitation action des essieux des véhicules lourds, eets des gradients thermi!ues pluie, neige, verglas. pour cela il audra non seulement assurer à la route de bonne caractéristi!ue géométri!ue mais aussi de bonne caractéristi!ue mécani!ue lui permettant de résister à toutes ces charges pendant sa durée de vie. La !ualité de la construction des chaussées joue à ce titre un r"le primordial. #elle ci passe d’abord par une bonne reconnaissance du sol support et un choix judicieux des matériaux à utiliser, il est ensuite indispensable !ue la mise en $uvre de ces matériaux soit réalisée conormément aux exigences arr%tées. La démarche générale du dimensionnement d’une structure de chaussée ne soit pas onci&rement diérente de celle du dimensionnement des autres structures du génie civil puis!u’il s’agit de déterminer les contraintes ou déormations des matériaux et de l&s comparer à des contraintes admissibles. Le dimensionnement des chaussées présentes de nombreuses particularités .sur les!uelles cette introduction souhaite insister .'our simplifé, on peut distinguer deux approches tr&s diérentes, celle !ui rel&ve l’empirisme et celle !ui rel&ve de la théorie. 1.1) Défnition de la chaussée : a( Au sens géométrique :la surace aménagée de la route sur la!uelle circulent les véhicules. b( Au sens structurel :l’ensemble des couches des matériaux superposées !ui permettent la reprise des charges. 1.2) Constitution d’une chaussée : Les chaussées se présentent comme des structures multicouches mises en $uvre sur un ensemble appelé plate-forme de chaussée constituée du sol terrassé, dit sol support, le plus souvent surmonté d’unecouche de forme. a) !a couche de "orme : cette couche, !ui ne ait pas partie intégrante de la chaussée, a plusieurs onctions • pendant les travaux elle prot&ge le sol supporte, contribue au nivellement et permet la circulation des engins de chantiers
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Introduction au conception et dimensionnement deschaussées
L’estimation d’un projet routier, ne se limite pas en un bon tracé en plan etd’un bon profl en long. En eet une ois réalisée, elle devra résister auxagressions des agents extérieurs et à la surcharge d’exploitation action desessieux des véhicules lourds, eets des gradients thermi!ues pluie, neige,verglas. pour cela il audra non seulement assurer à la route de bonnecaractéristi!ue géométri!ue mais aussi de bonne caractéristi!ue mécani!uelui permettant de résister à toutes ces charges pendant sa durée de vie. La!ualité de la construction des chaussées joue à ce titre un r"le primordial. #elleci passe d’abord par une bonne reconnaissance du sol support et un choix judicieux des matériaux à utiliser, il est ensuite indispensable !ue la mise en$uvre de ces matériaux soit réalisée conormément aux exigences arr%tées.
La démarche générale du dimensionnement d’une structure de chausséene soit pas onci&rement diérente de celle du dimensionnement des autresstructures du génie civil puis!u’il s’agit de déterminer les contraintes oudéormations des matériaux et de l&s comparer à des contraintes admissibles.
Le dimensionnement des chaussées présentes de nombreuses particularités.sur les!uelles cette introduction souhaite insister .'our simplifé, on peutdistinguer deux approches tr&s diérentes, celle !ui rel&ve l’empirisme et celle!ui rel&ve de la théorie.
1.1) Défnition de la chaussée :
a( Au sens géométrique : la surace aménagée de la route surla!uelle circulent les véhicules.
b( Au sens structurel : l’ensemble des couches des matériaux
superposées !ui permettent la reprise des charges.1.2) Constitution d’une chaussée :
Les chaussées se présentent comme des structures multicouches mises en
$uvre sur un ensemble appelé plate-forme de chaussée constituée du sol
terrassé, dit sol support, le plus souvent surmonté d’une couche de forme.
a) !a couche de "orme : cette couche, !ui ne ait pas partie intégrante de
la chaussée, a plusieurs onctions • pendant les travaux elle prot&ge le sol supporte, contribue au
nivellement et permet la circulation des engins de chantiers
b) Com#inaisons de couches : présenter sur le schémasuivant
c) Conditions d’inter"aces ,outes couches collées.
1&$&2) Chaussées rigides
1. couche de
surace en béton ciment
2. béton maigre
$. matériaux
granulaires non traités
4. plate3orme supporte
FIGURE ! * coupe transversal d’une chausséer"de*
Fn appelle chaussées rigides, des chaussées comportant en couchesupérieure des matériaux traités au liant h*drauli!ue )béton de cimentessentiellement(. La nature du béton h*drauli!ue ait !ue la rigidité des dalles!ui constituent la partie supérieure de la chaussée prot&ge le sol support dessollicitations mécani!ues. La rupture de la chaussée s’amorce en premier lieudans la dalle par exc&s de contraintes
a) !es matériau+ utilisés sont la dalle béton #7 en couche de base et lebéton maigre #; ou une grave ciment en couche de ondation
#) Com#inaison de couches
c) Conditions au+ inter"aces L5interace entre la base en béton et la couchede ondation est décolléed) Di%érents t-pes de chaussées en #éton
• #haussées à dalles non armées et non goujonnées• #haussées à dalles goujonnées• #haussées en béton armé continu
La nature et la !ualité des matériaux, le sol supporte, le trafc et le climat. Le
climat joue sur le plan logi!ue un r"le analogue aux autres param&tres, mais
intervient en réalité de aBon asseG diérente par des exigences sur la
conception des structures des chaussées
2&1) !e trafc : 2&1&1) !oi d’équi*alence
Les désordres occasionnés aux chaussées provenaient de l’intensité du trafc
lourd. #e phénom&ne a été clairement !uantifé lors des essais 2.2.1..F
) #mercan #ssocaton of $tate %"h&a' ()cals( réaliser aux :.1.2. entre 0H7I
et 0H?0. #ette expérimentation a porté sur l’étude de ;J= sections de
chaussées souples, de ;I0 sections de chaussées rigides et d’une cin!uantaine
de sections de chaussées souples avec couche de base stabilisée. #hacune deces sections a reBu l’application d’environ 0 million de charges roulantes de
poids diérents, loi aujourd’hui admise universellement. #ette loi, déclinée
selon un contexte ranBaise, c’est3à3dire avec un essieu standard de 0> tonnes
est A p
A13
=( p13 )∝
A p 2gressivité d’un essieu de charge p tonnes
A13 2gressivité de l’essieu standard de 0>t )prise égale à0(
/ / charge d’un essieu de poids p tonnes α/ coeKcient !ui dépend du t*pe de chaussée. En général onretient α/ J à7 pour les chaussées souples
α/ 0; pour les chaussées rigides2&1&2) !es classes de trafcLa classe de trafc est déterminée à partir du trafc de poids lourds par sens
de circulation, compté en mo'enne ournal+re annuelle ,-.# , pour la voie laplus chargée, à l’année de mise en service.'our des chaussées séparées, la voie la plus chargée est généralement la voielente, les classes de trafc sont déterminées à partir du tableau)0( ci3apr&s classe
2&1&$) !e trafc équi*alent4ans la population des poids lourds, les charges s’étagent entre 7 tonnes et enprincipe 0> tonnes. 8l existe d’autres catégories de poids lourds !ui celui retenuen 0HJ7 )camion à ; essieux de poids total en charge / 0H tonnes(2&1&4) !e coecient d’agressi*ité mo-enne ;CA5) : tableau);(Est utilisée lors!ue l’on ne dispose pas d’inormation précise sur le trafc
#hausséesà aibletrafc
classe D7 DJ D>3 D>M#2N =.J =.7 =.I =.O
2&1&0) !e trafc cumulé'our le dimensionnement, le trafc est caractérisé par la valeur CE, nombreé!uivalent d’essieux de réérence, correspondant au trafc pois lourds cumulésur la durée initiale de calcul retenu.#ette durée initiale varie habituellement entre I et >;= ans. #e nombre CE estonction
• 4es valeurs escomptées du trafc à la mise en service et du taux decroissance P,
• 4e la composition du trafc,• 4e la nature e la structure de chaussée
8l est donné par la relation CE/ C x #2N
C nombre cumulé de poids lourds #:Q 7= RC pour la période de calcul de pannées,#2N agressivité mo*enne du poids lourds par rapport à l’essieu de réérence.
#alcul du nombre total C de poids lourds C / >?7 x NS2 x ## est le acteur de cumul sur la période de calcul pour p années et un taux ecroissance géométri!ue P constant sur cette période.
#haussées àtrafc mo*en etortQD;
#oucheh*drocarbonéesd’épaisseur au pluségale à ;= cm deschausséesbitumineuses
2&2) !a plate&"orme support Le guide techni!ue pour la réalisation des remblais et de couche de ormepermet
• 4e classer les sols en diérentes catégories• 4e défnir sept classes de partie supérieure des terrassements, et en
onction du sol de son état h*dri!ue, du profl en travers, du drainaged’obtenir cin! classe d’arases !ui vont de 2+= à 2+J.
• 4’obtenir la classe de plate3orme PF i !ui caractérise la portance
sur la couche de orme.
Fn distingue !uatre classes de plate3orme !ui vont '-0 T '-; T '-> T '-J. Leurmodule présenté sur le tableau)>(2&$) Caractéristique des matériau+ :
2&$&1) Le comportement à la fatigue :
0e phénom+ne de fat"ue depuis tr&s longtemps on a observé !ue des pi&ces
ou des matériaux se rompre si on leur appli!ue de aBon répétée un grand
nombre de sollicitations dons l’amplitude est inerieur à la résistance à la
rupture instantanée. #’est ce phénom&ne !ue l’on désigne sous le nom fat"ue
#es phénom&nes de atigue sont d’une tr&s grande importance dans lesdiverses construction.
Les premi&res études de rupture sous l’eet de sollicitations répétées datent
de plus de 07= ans, et les premi&res études ondamentales en laboratoire,
eectuées sur les premi&res machines de atigue, ont été eectuées par
UFLE+ en 0O7;.
L’expérience de base, permettant de mettre en évidence le comportement à
la atigue d’un matériau, #onsiste à soumettre une éprouvette du matériau à
des sollicitations répétées, toutes identi!ues )périodi!ues(, et à déterminer lenombre de répétitions de ces sollicitations entrainant la rupture. 'uis en
répétant cet essai sur des éprouvettes identi!ues du matériau, on cherche à
établir une relation entre l’amplitude de la sollicitation appli!uée et le nombre
de sollicitation entrainant la rupture.
La courbe représentative du nombre de répétitions de charges jus!u’à la
rupture, en onction de l’amplitude de la contrainte )ou déormation( appli!uée,
Le tableau )J( ci3apr&s donne !uel!ues valeurs minimales pour E et ε6 des
principaux matériaux bitumineux
Natériaux
Nodule E )07\#30=G( en Npa
-atigue ε6
)0=\ # et ;7 G(#lass
e 0
9rave bitume #lasse
;
#lass
e >
I === Npa
H === Npa
H === N'a
I=x 10−6
O=x 10−6
H=x 10−6
Enrobés à #lasse0
module élevé #lasse
;
0J === Npa 0J === N'a
0==x 10−6
0>=x 10−6
2&4) prises en compte des conditions climatique :Les conditions climati!ues !ui peuvent intervenir dans le dimensionnement desstructures sont variées. Fn site entre autres
• L’état h*dri!ue du sol support T
• L’eet des c*cles saisonniers de la température sur le comportement desstructures de chaussées comportant des couches bitumineuses, doncsensibles aux variations de la température T
• L’action du gel et du dégel. Fn abordera ici le dernier point !ui concerne le phénom+ne de et lavércaton au "el
2&4&1) /hénom@ne de gel : Le gel des sols constituant la plate3orme de lachaussée peut entra]ner des consé!uences redoutables et la protection contrele gel est un des objectis importants du dimensionnement des chaussées. 1i lesol de ondation est géli et si le gel, par son intensité et sa durée, est suKsant
pour pénétrer en dessous de la chaussée, il se produit une succion de l’eauvers la Gone gelée, au détriment des Gones proondes. #ette eau se concentresous orme de lentilles de glace !ui morc&lent le sol. La teneur en eau devienttr&s importante et il se produit un gon@ement !ui provo!ue une fssuration dela chaussée.
2&4&2) érifcation au gel Le principe de la vérifcation consiste à comparer
• L’indice de gel atmosphéri!ue de réérence IR, caractérisant la rigueur del’hiver contre le!uel on veut protéger la chaussée T
• Et l’indice de gel admissible I# de cette m%me chaussée. La vérifcationest positive si I# est supérieur ou égal à IR
)La fgure I explicite la démarche utilisée pour la vérifcation(L’indice de gel réérence IR est déterminé pour cha!ue région à partir desstatisti!ues météorologi!ues.'our déterminer I# on évalue tout d’abord la !uantité de gel admissible)( àla base du corps de chaussée. 'ar réérence à la fgureI <=/<"M >
0( La protection > assurée par la couche non gélive )naturellement ou apr&s
traitement( est donnée par le tableau)7(^aleurs de > en onction de l’épaisseur hn du matériau non géli et de sa
teneur en fnes f %n )cm( ;= J= ?= O= 0== f _ 7W
7 W <f _>7 W f Q>7W
0.>0.I
;.0
>.7J.0
J.O
7.O?.I
I.I
O.0H.;
0=.7
0=.700.?
0>.>
;( 4étermination de ga( En onction de la pente )en( obtenue à l’essai de gon@ement au gel les
b( La !uantité de gel admissible <" est égale à rétrograde= pour les sols 19t
;,7 pour les sols 19p
'our cha!ue t*pe de chaussée et cha!ue couple D '- , on donne, en onctionde <= déterminé suivant la méthode ci3dessus, l’indice de gel I# admissible dela chaussée ) / g M (
8+/ indice de
gel atmosphéri!ue de réérence
82/ indice de gel atmosphéri!ue de lachaussée il est valué en onction de à
l’aide d’un aba!ue propre à cha!ue 'lanchede structure
/ gM !uantité de gel admissible à la base du corps de #haussée
protection thermi!ue apportée par les matériaux non gélis de la plate3orme
g !uantité de gel admissible
FIGURE ?* @ércaton au "elAdé"el*
c( :ne ois déterminée la sensibilité au gel des matériaux • Bécoupa"e de la plateAforme la plate3orme )sol support et couche de
orme( est découpée en couches de m%me classe de sensibilité au gel non géli (SGn), peu géli (SGp) ou tr&s géli (SGt)
) (
hn peut %tre éventuellement égal à Géro )absence d’unecouche non gélive(
• 7alcul de <"
4ans le cas ;, la !uantité g en surace du matériau sensible au gel se calculedirectement à partir du schéma)2(. 4ans le cas >, on détermine à l’aide du schéma)2(, la !uantité de geladmissible en surace de chacun des deux matériaux 19p et 19t. Fn noterespectivement ces !uantités g )19p( et g )19t(. La !uantité de geladmissible en surace de la couche de matériau peu géli )19p( dépend del’épaisseur hp de matériaux peu gélis, et se détermine selon les ormulessuivantes 1i hp Q ;= cm alors g / g )19p(1i = < hp _ ;= cm alors g / )06;=( x g)19p( g)19t( x hp Mg)19t(#es ormules peuvent se traduire graphi!uement par le schéma)2( suivant
compare en suite I# et IR C• 1i I# est supérieur à IR, la structure peut %tre retenue T• 1i I# est inérieur à IR, la structure est insuKsante. Fn reait l’ensemble
du processus de vérifcation au gel3dégel apr&s avoir, soit augmenté
l’épaisseur non gélive du matériau de plate3orme, soit diminué sasensibilité au gel, soit choisi une chaussée plus épaisse.
$&1) Démarche : !uel!ue soient les techni!ue de chaussée, la démarche dedimensionnement et l’articulation des diérentes étapes restent sensiblementles m%me
!re étape : une ois réunies les données nécessaire au calcul, on proc&de
• 2 un premier choix de la couche de roulement,• 2 n pré3dimensionnement de la structure par réérence à des situations
comparables.
2!me
étape : modélsaton et calcul de la structure on calcul les contraintes etdéormations dans la structure de chaussée ainsi pré3dimensionner, sousl’essieu de réérence de 0>= RC )0> tonnes(
3!me étape : vércaton en fat"ue de la structure et de la déformaton du
support en comparant les contraintes et déormations calculées à l’étape ; àdes valeurs admissibles.
"!me étape : austement des épasseurs calculées C les épaisseurs de couchedéterminées à l’issue de l’étape >
#!me étape : vércaton de la tenue au "elAdé"el
B@me étape : défnition de la coupe transversale de chaussée les étapes 0 à 7ont permis de déterminer une structure dite nominale correspondant au bordde La voie la plus charger T il reste à préciser le profl en travers de lachaussée. 'our cela, es variations transversales d’épaisseur des couches sontpossibles en onction du trafc par voie.
$&2) !es principes méthodes de dimensionnement
$&2&1) 5éthode de C.'.? ;Cali"ornia 'earing ?atio) :
#’est ne méthode semi3empiri!ue !ui se base sur un essai de poinBonnementsur un échantillon du sol support.
'our !ue la chaussée tienne, il aut !ue la contrainte verticale répartiesuivant la théorie de $%&''*'+ soit inerieure à une contrainte limite !uiest proportionnelle à l’indice C.'.?
L’épaisseur totale à donner la chaussée est e/ a1×e
1+a
2×e
2+a
3×e
3
a1×e
1 #ouche de roulement
a2×e
2 #oche de base
a3×e
3
#ouche de ondation
$&2&2) 5éthode du catalogue des structures
#ette méthode découle du r&glement algérienne ?=3?0 et elle consiste àdétermine la classe du trafc des poids lourds à la ;=&me année et laclassifcation du sol support. :ne grille combinant les deux données oriente leprojecteur sur le t*pe de chaussée !ui lui correspond.
a) Détermination de la classe de trafc :
Le trafc caractérise par le nombre de poids lourds de charges utile supérieur à
7= RC par jour la voie la plus chargée.
#lasse de trafc Drafc poids lourds cumule sur ;= ans
:ne ois !ue la valeur du trafc é!uivalent est déterminée, on cherche la valeur
de l’épaisseur é!uivalente )en onction de T eq , 8#+( à partir de l’aba!ue
L.#.'.#.
Ailleurs
3-3) /rogramme de dimensionnement mécanique des chaussées (Le
logiciel Ali!-Lcpc)
Le logiciel aliGé Lcpc met en $uvre la méthode rationnelle dedimensionnement mécani!ue des structures de chaussées. 4éveloppée parL#'#31ED+2. Le logiciel acilite la réalisation prati!ue des calculs numéri!uesnécessaires au dimensionnement des structures de chaussées.
4émarche de dimensionnement rationnel des structures
En utilisation courante, la démarche du dimensionnement rationnel s’articuleselon les trois phases principales suivantes à savoir
1) !e choi+ de t-pe de la structure et des matériau+ qui la
composent :
La structure de chaussée peut %tre souple ou rigide ou autre t*pe
2) !a détermination des sollicitations admissi#les dans lesdi%érents matériau+ :
a) /our les matériau+ non traités ;gra*e non traitées et sols) : lemod&le adopté est le mod&le d’endommagement par accumulation desdéormations plasti!ues irréversibles, résulte des sollicitations de compressionverticale exercées par le trafc l’expression des sollicitations de compressionverticale admissible ne découle pas directement d’essais en laboratoire, maisde considérations d’origine empiri!ue
1Gadm/ 2
2 et b / param&tre d’origine empiri!ue, indépendant du matériau non traitéconsidéré, mais variant en prati!ue selon la nature de la chaussée et l’intensitédu trafc
C/ nombre de passages des charges roulantes
$) !a détermination des épaisseurs des di%érentes couches de
Les sollicitations crées par les charges roulantes dans les diérentes couchesde matériaux sont calculées à l’aide du mod&le multicouche élasti!ue linéairede burmister.
La détermination de l’épaisseur de cha!ue couche de matériaux repose sur lavérifcation du crit&re de non rupture du matériau considéré pendant la duré deservice de la chaussée, à savoir
1maxj<1admj
1maxj sollicitation maximal créée par le trafc dans la couche de matériaun\j
1admj sollicitation admissible par le matériau
La détermination fnale des épaisseurs j des diérentes couches de matériauxconstituant la structure de chaussée n’a pas, en général, de solution directe3absence de solution explicite j/)C((.elle s’eectue le plus souvent suivantune démarche itérative inverse, schématisée ci3 dessous.
#hoix d’un t*pe de structure etdes matériaux constitutis
Le dimensionnement des chaussées est, dans sa rédaction, résolument orienté
vers les méthodes rationnelle de dimensionnement ondées sur l’anal*sethéori!ue des contraintes et des déormations dans les massis et lescomparaisons des valeurs calcules à des valeurs limites trouves en laboratoire,lors des essais sur les matériaux puis!ue le dimensionnement d’une chausséenécessite une bonne connaissance des matériaux !ui la constituent.L’utilisation de ses méthodes rationnelle de dimensionnement !ui tend àreplacer le dimensionnement des structures de chaussée dans le cadre généraldu dimensionnement des ouvrages de génie civil.
#e !ui concerne les entré tiennent en compte dans le dimensionnement, on a
vu comment les matériaux pouvaient %tre schématisées par un moduled’koung pour entré dans les mod&le de calcule.
• Le module des matériaux bitumineux dépend de la ré!uenced’application de la charge et la température.
• La grave non traité n’a pas un module propre E’ T son module apparenten onction du sol support selon la relation E’/RE.
• Fn peut aecter au sol support un module en onction des essais !uiont été réalisée module trouvée lors d’un essai de pla!ue pour un sol
insensible à l’eau, module onction de la valeur du #+ de ce sol s’ils’agit d’un sol sensible à l’eau.• Le mo*enne de comptages et de pesée permettent de réduire le trafc,
composites par nature, à la répétition d’un nombre neq d’essieux
standard de 0>= n T les lois d’é!uivalences entre charges ontintervenir la nature des diérentes confgurations !ui sontenvisageables t aussi la nature des structures de chaussées
'i#liographie
1. Cours de routes ;dimensionnement des chaussées 2G édition
;école nationale des ponts et chaussées).2. !es cours de l’entpe H routes tome2 ;5ichel =J?).$. logiciel AliKé&!cpc ;LLL.lcpc."rF"rFproduitsFaliKeFinde+.dml)4. !es fches cataloguent pour le dimensionnement#1 1@re et 2@me fche ;/roMet et construction de routesFtechnique de
l’ingénieur ;.atalogue de structures tpes de chaussées neuves15inist@re des ,ransports et 5inist@re de l’Intérieur ;série de