11

Constitution & Dimensionnement Constitution & Dimensionnement des chausséesdes chaussées

Gunther GIDEL – Ingénieur TechniqueGunther GIDEL – Ingénieur Technique SCREG OUESTSCREG OUEST

22

Etanchéité et propriétés Etanchéité et propriétés d’usaged’usage (adhérence…) (adhérence…)

Rigidité structurelleRigidité structurelle

protection (mécanique protection (mécanique et thermique) de la et thermique) de la plate-forme supportplate-forme support

Plate-forme support (PF)Plate-forme support (PF) : :

drainage + traitement éventuel drainage + traitement éventuel (portance à court et long terme)(portance à court et long terme)

couchecouche de roulementde roulementcouche de liaisoncouche de liaison

couche de basecouche de base

couche de fondationcouche de fondation(éventuelle)(éventuelle)

couche de formecouche de forme(éventuelle)(éventuelle)

sol supportsol support

Définitions et fonctions des couchesDéfinitions et fonctions des couches

couches couches de surfacede surface

couches couches d’assised’assise

33

SoupleSoupleBB ou ESBB ou ES

GNTGNT

PFPF

Bitumineuse Bitumineuse épaisseépaisse

BB BB

GB ou EME2GB ou EME2

PFPF

Semi-rigideSemi-rigideBB BB MTLHMTLHMTLHMTLH

PFPF

RigideRigideBCng, BCg ou BACBCng, BCg ou BAC

BM ou MTLHBM ou MTLH

PFPF

MixteMixteBB BB GB3GB3MTLHMTLH

PFPF

InverseInverseBB BB GB3GB3GRHGRHMTLHMTLHPFPF

Les grandes familles de chausséesLes grandes familles de chaussées

44

chaussées souples :chaussées souples :

trafics faibles à moyens faiblestrafics faibles à moyens faibles

chaussées rigideschaussées rigides ::

trafics moyens forts à forts et plustrafics moyens forts à forts et plus

trafics spéciaux et charges lourdes : aéroports, trafics spéciaux et charges lourdes : aéroports, plate-formes industrielles et portuaires, tramways, …plate-formes industrielles et portuaires, tramways, …

Domaines d’utilisation usuels

55

chaussées bitumineuses GB ou EME :

toutes catégories de trafics. Excepté :− trafics très faibles à faibles− charges lourdes exceptionnelles (cf. risques

d’orniérage des couches de surface enrobés percolés, béton, …)

− contextes spécifiques : aéronautiques (cf. produits anti-kérosène), tramways (rails sur blochets béton)

Domaines d’utilisation usuelsDomaines d’utilisation usuels

66

• chaussées mixtes et inverses :– trafics forts et très forts

avec des nuances :– exemple :

chaussée «flexible» aéronautique ≡

chaussée routière bitumineuse épaisse

Domaines d’utilisation usuelsDomaines d’utilisation usuels

77

Principe général du dimensionnementPrincipe général du dimensionnement

1 - Dimensionnement mécanique :1 - Dimensionnement mécanique :2 critères sont à vérifier :2 critères sont à vérifier :

• Critère de résistance à la fatigue desCritère de résistance à la fatigue des matériaux liés matériaux liés (GB, EME, MTLH, bétons)(GB, EME, MTLH, bétons)

σσt servicet service << σσt admissible t admissible ou ou ε εt servicet service << εεt admissiblet admissible

(MTLH, bétons)(MTLH, bétons) (GB, EME) (GB, EME)

• Critère de résistance à l’orniérage des matériaux non Critère de résistance à l’orniérage des matériaux non traités (GNT, sols) traités (GNT, sols)

εεz servicez service << εεz admissiblez admissible

88

2 - Vérification de la tenue vis-à-vis du gel/dégel :2 - Vérification de la tenue vis-à-vis du gel/dégel :

la structure résultant du dimensionnement la structure résultant du dimensionnement mécanique convient si :mécanique convient si :

Indice de gel Indice de gel admissible admissible >> Indice de gel Indice de gel référenceréférence

Principe général du dimensionnementPrincipe général du dimensionnement

99

loi de fatigue :loi de fatigue :εεt,admt,adm = = εε66 x (N/10 x (N/1066))bb

εε66

logNlogN

LogLogεεadmadm

101066

Modélisation mécaniqueModélisation mécanique Comportement en fatigueComportement en fatigue

Charge Charge réelle ± réelle ±

complexecomplexe

Charge de Charge de référenceréférence

(essieu 13 t)(essieu 13 t)

εεtt

εεzz

εt service < εt admissible et εz service < εz admissible

Principe général du dimensionnement

1010

Dimensionnement mécaniqueDimensionnement mécaniquela structure (épaisseur des couches, nature des matériaux) la structure (épaisseur des couches, nature des matériaux)

convient si :convient si :

σσt servicet service ≤≤ σσt admissible t admissible (MTLH, bétons)(MTLH, bétons)

εεt servicet service ≤≤ εεt admissible t admissible (matériaux bitumineux)(matériaux bitumineux)

etet ε ε z servicez service ≤≤ εεz admissiblez admissible (GNT, sols)(GNT, sols)

Modélisation théorique de la chaussée

Modélisation théoriqueModélisation théorique

Lois expérimentales fatigue et orniérageLois expérimentales fatigue et orniérage

1111

Calcul élastique

• Structure :Structure :multi-couche élastique linéairemulti-couche élastique linéaireinterfaces collées ou glissantesinterfaces collées ou glissantescouches infinies en plan (continues : couches infinies en plan (continues : pas de bords, de joints ni de fissures)pas de bords, de joints ni de fissures)

• Charges :Charges :disques circulaires chargés par une disques circulaires chargés par une pression verticale uniforme et statiquepression verticale uniforme et statique

Résultats : champs σ et ε

σt

εz

Modèle de Burmister (1943)Modèle de Burmister (1943)

1212

Application du modèle de Application du modèle de BurmisterBurmister

• Calcul ALIZE (Guide Technique 1994)Calcul ALIZE (Guide Technique 1994)

• Catalogue des Structures (Édition 1998)Catalogue des Structures (Édition 1998)

1313

Paramètres pris en compteParamètres pris en compte

- Durée de Vie- Durée de Vie

- Trafic - Trafic TTii (PL/J)(PL/J)

- Accroissement - Accroissement AA (Géométrique)(Géométrique)

Portance de la plate-forme EV2

Le type de voie VRS ou VRNS

Les caractéristiques des matériaux E, ε6 ou σ6

Trafic Cumulé TCi 20ou30

( Accroissement Linéaire)

Guide 1994 Catalogue 1998

TC = 365 x T x C(A)

1414

TRAFICSTRAFICS

FortFortTex > 5000 PL/JTex > 5000 PL/JTS = 2000 à 5000 TS = 2000 à 5000 (3000)(3000)T0 = 750 à 2000 T0 = 750 à 2000 (1200)(1200)T1 = 300 à 750 T1 = 300 à 750 (500)(500)T2 = 150 à 300 T2 = 150 à 300 (200)(200)T3 = 50 à 150 T3 = 50 à 150 (85)(85)

FaibleFaibleT4 = 25 à 50 T4 = 25 à 50 (36)(36)T5 < 25T5 < 25

TC8 TC8 TC7TC7TC6TC6TC5TC5TC4TC4TC3TC3

TC2TC2

Guide 1994 Catalogue 1998

1515

essieu de référence et coefficient d’agressivitéessieu de référence et coefficient d’agressivité

x NCAM

Empreintes réelles :

Empreintes pour la modélisation :r = 0,125 me = 37,5 cm

q = 0,662 MPa

Prise en compte du trafic

NE = CAM x NPL

13 t

e

1616

LES PLATES-FORMESLES PLATES-FORMES

• PF1 de 20 à 50 MPaPF1 de 20 à 50 MPa• PF2 de 50 à 120 MPaPF2 de 50 à 120 MPa• PF3 de 120 à 200 MPaPF3 de 120 à 200 MPa• PF4 > 200 MPaPF4 > 200 MPa

1717

ε(Ne) = ε6 x (N/106)b

σ(Ne) = σ6 x (N/106)b

Valeur admissible fonction du :

• comportement à la fatiguecomportement à la fatigue

• ccalage du modèle (alage du modèle (kckc)) (modèle de calcul / observations sur chaussées)(modèle de calcul / observations sur chaussées)

• rrisque de rupture (isque de rupture (krkr)) (dispersion des mesures, des épaisseurs et du risque (dispersion des mesures, des épaisseurs et du risque

admis)admis)

• portance du portance du ssupport (upport (ksks)) (hétérogénéités locales du support)(hétérogénéités locales du support)

• ddiscontinuité dans les MTLH (iscontinuité dans les MTLH (kdkd)) (couche de base uniquement)(couche de base uniquement)

Valeur admissible et fatigue

ε(Ne) x kr x ks x kcσ(Ne) x kr x ks x kc x kd

Val Admissible =

log ε ou σ

log N106

ε6 ou σ6

b

1818

Modèle

Sol

Matériaux

Trafic

x NE

ε t,serv

h

log ε t,adm

log Nh solution

Dimensionnement mécanique : résumé

Climatθ

t

θéq

1919

Principe :Principe :

La structure convient si :La structure convient si :

Ind Ind admissible de la chausséeadmissible de la chaussée ≥≥ Ind Ind hiver de référencehiver de référence

Vérification au gel - dégel

2020

Que se passe-t-il dans un cycle de gel/dégel ?Que se passe-t-il dans un cycle de gel/dégel ?

• Au gel (température ambiante Au gel (température ambiante durablement négative) :durablement négative) :pénétration du front de gel (pénétration du front de gel (θθ = 0°C) = 0°C)

dans la chaussée :dans la chaussée :– dans le corps de chaussée (en dans le corps de chaussée (en

général non gélif)général non gélif)

Vérification au gel - dégel : le cycle gel dégel

2121

– dans le sol support :1 - si non gélif : pas de problème

2 - si gélif : gel ⇒ gonflement (cryossuccion)

⇒ gélifraction des granulats

• Au dégel (température ambiante durablement positive) :– pénétration du front de dégel– chute de portance si matériau gélif

(évacuation d’eau)

Vérification au gel - dégel : le cycle gel dégel

2222

Gel Dégel

Temps

Prof.

Vérification au gel - dégel : le cycle gel dégel

2323

Quelques définitions . . .Quelques définitions . . .

Indice de gelIndice de gel :: somme des températures journalières somme des températures journalières moyennes pendant la période de gel (°C x jours) moyennes pendant la période de gel (°C x jours) (atmosphérique IA, en surface IS, à une profondeur (atmosphérique IA, en surface IS, à une profondeur

z...)z...) IAIA (°C x j) (°C x j) Valeur absolueValeur absolue

Quantité de gelQuantité de gel : : racine carrée d’indice de gel racine carrée d’indice de gel (atmosphérique, en surface, à la profondeur z...)(atmosphérique, en surface, à la profondeur z...)

QQ

Vérification au gel - dégel : définitions

2424

Hiver de référenceHiver de référence :: choisi par le maître choisi par le maître d’ouvrage, et caractérisé par son indice de gel IR :d’ouvrage, et caractérisé par son indice de gel IR :

• Hiver exceptionnelHiver exceptionnel :: hiver le plus rigoureux sur la hiver le plus rigoureux sur la période considérée période considérée

• Hiver rigoureux non exceptionnelHiver rigoureux non exceptionnel :: hiver ayant hiver ayant une fréquence d’apparition de 10 ansune fréquence d’apparition de 10 ans

Vérification au gel - dégel : définitions

2525

Quelques ordres de grandeurs ...Quelques ordres de grandeurs ...

France :France :MarignaneMarignane 15 / 70 15 / 70 LilleLille 90 / 250 90 / 250 ParisParis 85 / 16085 / 160 Nice 0 / 0Nice 0 / 0Luz la croix haut 275 / 420 Luz la croix haut 275 / 420 Strasbourg 180 / 410Strasbourg 180 / 410

Québec : hiver normalQuébec : hiver normalMontréal Montréal 10001000QuébecQuébec 11501150ChicoutimiChicoutimi 18001800

Vérification au gel - dégel : Indice Ig

2626

Indice de gel admissible IadmIndice de gel admissible Iadm, fonction :, fonction :

de la gélivité des matériaux du support ;de la gélivité des matériaux du support ;

de la protection thermique apportée par les de la protection thermique apportée par les matériaux non gélifs (couche de forme, matériaux non gélifs (couche de forme, chaussée) ;chaussée) ;

des phénomènes de rayonnement et des phénomènes de rayonnement et convection en surface.convection en surface.

Vérification au gel - dégel : indice Iadm

2727

Vérification au gel - dégel : calculsVérification au gel - dégel : calculs

• 11èreère étape étape :: sensibilité sensibilité au gel de la plate-au gel de la plate-forme support de forme support de chaussée (Qchaussée (Qgg et Q et Qngng))

Qg est fonction du solQg est fonction du sol

Qng est fonction de la PfQng est fonction de la Pf (épaisseur et nature)(épaisseur et nature)

0

10

20

30

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41

Très gélifPeu gélifNon gélif

Classification

0

5

10

15

20

25

30

0 10 20 30 40

CraieLimonSable gréseuxArgileMarne altéréeMarneSable propre

Matériaux

Indice de gel(°C x h) 1/2

Gonflement (mm)

Résultats obtenus à l'essai de gonflement

du sol support vers la surface de la chaussée :du sol support vers la surface de la chaussée :

Qg = 0

Qg = 1/p

Qg = 4

2828

• 22èmeème étape : étape : analyse de nature mécanique (Q analyse de nature mécanique (QMM))

(Si ép. structure > 20 cm)(Si ép. structure > 20 cm) Calcul de l’épaisseur (e en cm) du sol dégelé (E/10) qui Calcul de l’épaisseur (e en cm) du sol dégelé (E/10) qui

engendre un accroissement de sollicitation maximal de 5 %engendre un accroissement de sollicitation maximal de 5 % QQM M = e / 10= e / 10

• 33èmeème étape : étape : quantité de gel admissible au niveau de la quantité de gel admissible au niveau de la plate-forme (Qplate-forme (QPFPF))

QQPF = PF = QQgg + Q + Qng + ng + QQMM

• 44èmeème étape : étape : protection thermique apportée par la structure protection thermique apportée par la structure de chaussée fonction des matériaux et de leur épaisseur de chaussée fonction des matériaux et de leur épaisseur

Vérification au gel - dégel : calculs

2929

• 55èmeème étape : étape : détermination de l’indice de gel atmosphérique détermination de l’indice de gel atmosphérique admissible IA = f (Protection thermique et Qadmissible IA = f (Protection thermique et QPFPF) )

Vérification au gel - dégel : calculs

Il faut vérifier que :

IA ≥ IR