Présentation GénéraleJF1

CHAUSSEES ROUTIERES:- caractéristiques,- conception, - construction.

Depuis toujours, l’homme a ressenti le besoin de se déplacer:

• À la poursuite du gibier• Pour rentrer ses récoltes• Pour étendre son territoire (guerres romaines)• Pour développer le commerce

Fondation en pierre mise en Fondation en pierre mise en place à la masseplace à la masse

Pierres plates Pierres plates posées dessusposées dessus

PierraillePierraille

Chaussée de Trésaguet (1775)Chaussée de Trésaguet (1775)

1960

1939

1945

1938

1937

1937

1958

1920

1939

1925

Pourquoi la chaussée ?

• Faire circuler des véhicules, des personnes, des marchandises, – conditions correctes de confort et de sécurité pour les usagers

• Concerne – la structure de chaussée– la surface

La chaussée moderne

La chaussée répartit les charges sur le sol support

La chaussée répartit les charges sur le sol support

Il existe des systèmes spécifiques…

… Sinon, il faut trouver

le bonmoyen delocomotion

Ou optimiserles charges

Ou trouver des astuces !!!

Quelles sont donc les attentes des usagers ?

Les besoins de l’usager

ConfortSécurité

définissent les exigences du client

Les exigences du client se traduisent par des

caractéristiques techniques

Confort : Uni et BruitSécurité : Adhérence (rugosité et drainabilité)

Et par d’autres exigences

Imperméabilité (l’eau est le principal ennemi de des chaussées)

Performances structurelles: rigidité, résistance à la fatigue, à l’orniérage, au poinçonnement, aux efforts tangentiels, au cisaillement

Durabilité de l’ouvrageDéveloppement durable: économie d’énergie,

réduction des gaz à effet de serreEsthétique

Caractéristiques de surface

•Adhérence •Uni •Bruit

sont ce que nous appelons les

Micro-texture

0 0 0.5 mm 5 mm 50 mm 0.5 m 5 m 15 m0.5 mm 5 mm 50 mm 0.5 m 5 m 15 m 50 m50 m

200200

100100

5050

2020

1010

55

11

0.20.2

Macro-texture

Méga-texture UniUni

O.CO.C

UniUni

O.MO.M

Uni Uni G.OG.O

Irrégularités de Irrégularités de surfacessurfaces

1010

50502020

5050

200200mm

Micro et macro rugosités

10 mm

Macrotexture 0,5 à 50 mm

0,5 mm

Microtexture 0 à 0,5 mm

Grossier

Fin

Râpeux

Poli

Irrégularités de surface

Micro texture : 0 à 0,5 mm adhérence usure des pneumatiques bruit haute fréquence

Macro texture : 0,5 mm à 5 cm adhérence projection d’eau bruit et consommation

Irrégularités de surface

Méga texture : 5 cm à 50 cm contrôle et stabilité des véhicules bruit accumulation d’eau (flache)

Uni : 0,5 m à 50 m stabilité du véhicule, délestage bruit

L’Adhérence

Objectifs :

1) Freiner aussi court que possible:Adhérence longitudinale

- Coefficient de frottement longitudinal- Décélération- Distance d’arrêt

2) Conserver la trajectoire désirée:

Adhérence transversale- Coefficient de frottement transversal

Sur chaussée sèche

Sous la pluie

Influence de la hauteur d’eauAdhérence

à 120 km/hPneu lisse (CFL)

Hauteur d ’eau

Enduit superficiel

Béton bitumineux

Sable enrobé

Chaussée humide

Pluie Orage

0,6

0,5

0,4

0,3

0,2

0,1

1 mm 2 mm 3 mm 4 mm

40 km/h40 km/h

80 km/h80 km/h

100 km/h100 km/h

Surface

d’empreinte

50 km/h 70 km/h 90 km/h

Pneu neuf(8 mm)

Pneu usé à 50%

Pneu auminimum(1,6 mm)

Influence de la profondeur des sculptures : 1 mm eau

1) Verser 25 cm3 (V) de billes (sable) calibré

2) Étaler les billes (sable) à l’aide du disque spécial en une plage circulaire

3) Mesurer au moins 2 diamètres; Calculer S, HSv=V/S en mm

Mesure de la profondeur moyenne de texture (ex hauteur au sable)

Mesure de la PMT (HS)

Appareil RUGO

Pendule SRT

Essai Coefficient de Polissage Accéléré (CPA)

r

F

R

V

Coefficient de Frottement Longitudinal (C.F.L.)

CFL = F/R

V = Vitesse véhicule = Vitesse de rotation de la roueF = Force d’adhérence longitudinaleR = Réaction verticale de la chaussée

Si = V/r CFL roulement

Si = 0 CFL roue bloquée

Si 0 < < V/r CFL roue glissée

Appareil ADHERA

ADHERA mesure un CFL roue bloquée, équipée d’un pneu lisse

40 60 80 100 120

0,70

0,60

0,50

0,40

0,30

0,20

0,10

BBDr

BBTM

BBSGBciment

9ème décile

1er décile

Trafic de 1 à 5 millions de PL

0,00

CFL pneuAIPCR lisse

Vitesse en km/h

V

N

R

CFT = N/R

Coefficient de Frottement Transversal (C.F.T.)

V = vitesse constante

= angle de pincement (ou dérive, ou envirage)

N = force d’adhérence transversale

R = réaction verticale de la chaussée

Appareil SCRIM

L’Uni

Mauvais uni = inconfort

Un problème ancien

Dynamique de la caisse

Dynamique du siège

Vibrations

-20

-10

0

10

20

30

0 20 40 60 80 100

Uni : principeUni : principe

Viagraphe

Analyseur de profil en long

Règle de 3 m

Evolution de la mesure de l’uni

Schéma de fonctionnement de la remorque APL

Notation en bande d’ondes

Pour l’obtention d’un bon uni

Pour l’obtention d’un bon uni (suite)

Nouvelle exigence

le Bruit

Quelques rappels d’acoustique

Le bruit est une variation rapide de la pression de l’air au cours du temps,

On le mesure comme la différence entre la pression instantanée etla pression atmosphérique moyenne

En raison de l’étendue des valeurs (107 Pa),on le converti en logarithmes:

L en dB = 10 log (P²/Po²) (étendue de 0 à 140 dB)

-60

-50

-40

-30

-20

-10

0

10

10 100 1 000 10 000 100 000

20 - 250 Hz

500 - 2 000 Hz

4 000 - 20 000 Hz

Et on le corrige d’un filtre de pondération pour simuler la réponse de l’oreille, qui est peu sensible aux basses et très hautes fréquences

Quelques rappels d’acoustique : pondération A (dB(A))

Pression acoustique Niveau sonore Observation

200 Pa 140 dB(A) Seuil de douleur

20 Pa 120 dB(A) Réacteur

2 Pa 100 dB(A) Circulation P.L.

0,2 Pa 80 dB(A) Circulation V.L.

0,02 Pa 60 dB(A) Conversation

0,002 Pa 40 dB(A) Campagne calme

0,0002 Pa 20 dB(A) Studio de radio

0,00002 Pa 0 dB(A) Seuil d’audition

Quelques rappels d’acoustique: ordres de grandeur

Doubler le niveau sonore signifie une augmentation du bruit de 3

dB(A) …

+ =

+ 3 dB(A)

… et inversement

Quelques rappels d’acoustique : arithmétique du bruit

Quelques rappels d’acoustique : les sources de bruit routier

moteur,transmission

échappement

contact pneumatique / chaussée

aérodynamique

50 - 60 Km/h Vitesse

dB (A)

1° 2° 3°

4°Moteur

Echappement

Transmissions

Roulement

Quelques rappels d’acoustique : les sources de bruit routier

Les domaines d’action des constructeurs routiers pour réduire le bruit

Ensemble des bruits : bloquer la propagation

-> murs anti-bruit

Bruit pneumatique - chaussée: réduire la génération du bruit l’absorber à la source et autour de la source

-> enrobés phoniques

Murs anti-bruit

Mesures acoustiques:

en champ proche : Close ProXimity (CPX) – XP S31-145-1

15 cm

80 cm20 cm

Mesures acoustiques: au passageProcédure Véhicule Maîtrisé (VM) : NF S 31-119-2

Procédure Véhicule Isolé (VI) : NF EN ISO 11819-1

7, 50 m

1, 20 m

Wearing course to be tested

Enrobés phoniques de 1ère génération : les drainants

Objectif premier : drainabilité hydraulique

Absorption acoustique par la forte porositéEfficacité au jeune âge

LAm

ax (9

0 km

/h) e

n dB

(A)

71,2

73,5 73,574,5

75,476,0

77,6 77,7 77,8 77,9 78,178,7

79,379,9 80,3 80,6 80,7

81,9

73,8

65

67

69

71

73

75

77

79

81

83

85

87

LRef en dB(A)

BB

Dr

0/6

BB

UM

0/6

BB

TM

0/6

-T2

BB

Dr

0/10

BB

TM

0/6

-T1

BB

Dr

0/14

BB

M 0

/10

EC

F

ES

4/6

BB

TM

0/1

0-T

1X

BB

SG

0/1

0

BB

UM

0/1

0

BB

SG

0/1

4

BB

TM

0/1

4

ES

6/8

Bét

on d

e C

imen

t

ES

6/1

0

ES

10/

14

BB

TM

0/1

0-T

2X

Peu bruyants < 75 75 < Intermédiaires < 79 79 < Bruyants



Colmatage des vides -> chute rapide des performances

+ 1dB(A) par an -> en particulier dans les

aigusDécolmatage naturel par vitesse et densité trafic -> réservé aux liaisons autoroutières

Décolmatage mécanique aspiration, eau sous pression -> inefficace et coûteux


Problèmes de tenue mécanique -> arrachements, -> création de macrotexture très bruyante

Besoins de liants plus « musclés » -> sollicitations en cisaillement -> meilleure cohésion

Bruits de choc• Pavés de gomme sur chaussée• Aspérités chaussée sur bande de roulement

« Air pumping »• Compression - détente de l’air - interface pneu/chaussée

« Slip - stick »• Effet ventouse du pneu sur la chaussée

PorositéImpédance Mécanique (enrobé « mou »)

Réduction des vibrations (réduire « D »)

Enrobés phoniques de deuxième génération

Réduire la génération du bruit Absorber à la source et sur le trajet de propagation du bruit

Faible granularité : 0/4 ou 0/6, voire 0/10

Enrobés phoniques de deuxième générationCaractéristiques générales

Liants modifiés aux élastomèresAjout d’additifs (poudrette de caoutchouc, fibres, granulats spéciaux)

Porosité comprise entre 10 et 25 % (PCG 25 girations)

Mise en œuvre entre 15 et 30 mm

Macrorugosité importante (HSv > 0,7 mm)

LAm

ax (9

0 km

/h) e

n dB

(A)

71,2

73,5 73,574,5

75,476,0

77,6 77,7 77,8 77,9 78,178,7

79,379,9 80,3 80,6 80,7

81,9

73,8

65

67

69

71

73

75

77

79

81

83

85

87

LRef en dB(A)

BB

Dr

0/6

BB

UM

0/6

BB

TM

0/6

-T2

BB

Dr

0/10

BB

TM

0/6

-T1

BB

Dr

0/14

BB

M 0

/10

EC

F

ES

4/6

BB

TM

0/1

0-T

1X

BB

SG

0/1

0

BB

UM

0/1

0

BB

SG

0/1

4

BB

TM

0/1

4

ES

6/8

Bét

on d

e C

imen

t

ES

6/1

0

ES

10/

14

BB

TM

0/1

0-T

2X


Enrobés phoniques de deuxième génération

LAm

ax (9

0 km

/h) e

n dB

(A)

255 mesures - Méthode VI - Véhicules légers (à 20°C, et une vitesse de 90 km/h)

71,2

73,5 73,574,5

75,476,0

77,6 77,7 77,8 77,9 78,178,7

79,379,9 80,3 80,6 80,7

81,9

73,8

65

67

69

71

73

75

77

79

81

83

85

87

LRef en dB(A)

BB

Dr

0/6

BB

UM

0/6

BB

TM

0/6

-T2

BB

Dr

0/10

BB

TM

0/6

-T1

BB

Dr

0/14

BB

M 0

/10

EC

F

ES

4/6

BB

TM

0/1

0-T

1X

BB

SG

0/1

0

BB

UM

0/1

0

BB

SG

0/1

4

BB

TM

0/1

4

ES

6/8

Bét

on d

e C

imen

t

ES

6/1

0

ES

10/

14

BB

TM

0/1

0-T

2X


La base de données du LRPC de Strasbourg

RugosoftRugosoft

Nanosoftl’enrobé acoustique de 3ème génération

Troisième génération: Nanosoft (0/4)

LAm

ax (9

0 km

/h) e

n dB

(A)

255 mesures - Méthode VI - Véhicules légers (à 20°C, et une vitesse de 90 km/h)

71,2

73,5 73,574,5

75,476,0

77,6 77,7 77,8 77,9 78,178,7

79,379,9 80,3 80,6 80,7

81,9

73,8

65

67

69

71

73

75

77

79

81

83

85

87

LRef en dB(A)

BB

Dr

0/6

BB

UM

0/6

BB

TM

0/6

-T2

BB

Dr

0/10

BB

TM

0/6

-T1

BB

Dr

0/14

BB

M 0

/10

EC

F

ES

4/6

BB

TM

0/1

0-T

1X

BB

SG

0/1

0

BB

UM

0/1

0

BB

SG

0/1

4

BB

TM

0/1

4

ES

6/8

Bét

on d

e C

imen

t

ES

6/1

0

ES

10/

14

BB

TM

0/1

0-T

2X


La base de données du LRPC de Strasbourg

NanosoftNanosoftRugosoftRugosoft

Une chaussée sera performante longtemps du point de vue mécanique et de ses caractéristiques de surface si elle a été bien conçue et bien réalisée.

Conception d’une Conception d’une chausséechaussée

Constitution et fonctionnement de la chaussée

Types de chaussées Choix des couches

o Couche de roulement – exemples d’agressions sur couche de roulement

o Couches d’assises: base et fondationo Couche de forme

Dimensionnement mécaniqueo Prise en compte du trafico Connaissance de la charge

Résistance aux conditions climatiques

Coupe type d’une chaussée routière

PF i

AR i

Agressivités respectives vis-à-vis de la chaussée d'un véhicule léger et d'un poids lourd :

500 000 voitures = même dommage que 1 essieu 13 tonnes.

2kg/cm²

6kg/cm²

Fonctionnement mécanique de la chaussée

SUPPORTER les efforts dus aux véhicules

REPARTIR ces efforts dans les couches inférieures et sur le sol support.

Le comportement est différent suivant que

les matériaux sont liés ou non.



Déformation du sol support

Fatigue des couches d’assises par traction par flexion

Rappels: fonctionnement mécanique de la chaussée

rupture

Charges répétées

Trafic lourd

Module EPF

Modules E matériaux

6 matériaux

130 kN

Z (PF)

T (M.B.)/T(MT.L.H)

Fonctionnement mécanique de la chaussée (modèle)

• GTR: Guide Technique de Réalisation des remblais et des couches de formes (septembre 1992) en 2 fascicules

– Classification des matériaux constituants (idem NF P 11-300)– Condition d’utilisation des matériaux en remblai– Condition d’utilisation des matériaux en couche de forme– Compactage des remblais et couche de forme

• Rappels:– PSTi avec i de 0 à 6 correspond à une portance à court terme– ARj avec j de 1 à 4 correspond à une portance à long terme: AR1 (module E entre 20 et 50

MPa) - AR2 (module E entre 50 et 120 MPa) - AR3 (module E entre 120 et 200 MPa) – AR4 (module E >200 MPa)

• Il faut une PST1 pour réaliser une couche de forme en matériaux granulaires (module E ≥ 20 MPa)

• Il faut une PST2 pour réaliser une couche de forme en matériaux traités (module E ≥ 35 MPa)

Evaluation de la Partie Supérieure des Terrassements et de l’ARase de terrassement

Evaluation de la Partie Supérieure des Terrassements et de l’ARase de terrassement

• PF1: module E entre 20 et 50 MPa



• PF4: module E ≥ 200 MPa

Classes de portance à long terme de la Plate Forme support

Rôle de la couche de forme

Fonctions à court termeFonctions à court terme



Il faut au minimum une PF2:E ≥ 50 MPa






Pour cela, il faut en terme de planimétrie (règle de 3 m) et d’altimétrie:

●+/- 2 cm sous chaussée épaisse (plus de 15 cm d’épaisseur)

●+/- 1 cm sous chaussée mince (moins de 15 cm d’épaisseur; sur trottoirs par exemple)

pour avoir une bonne maîtrise des épaisseurs des couches sus-jacentes lors de leur réalisation


Fonctions à long termeFonctions à long terme


• Augmentation et homogénéisation de la portance de l’arase de terrassementpour une optimisation du coût de l’ensemble PF/structure de chaussée

• Maintien dans le temps, en dépit des fluctuationsde l’état hydrique des sols supports sensibles àl’eau, d’une portance minimale pouvant être estimée avec une précision suffisante au stade du dimen-sionnement de la structure de chaussée: dans le cas le plus défavorable pour le comportement du sol, il faut un niveau PF2 (E ≥ 50 MPa)

• Protection thermique des sols supports gélifs

• Contribution au drainage de la chaussée (nature et pentes)

• Protège le sol support• Donne une qualité de nivellement• Permet d’homogénéiser et d’améliorer la portance du sol• Protège du gel• Permet la circulation de chantier

COUCHE DE TRANSITION


En résumé

PF i

AR i

Rôle des couches d’assises

• Généralement constituées de deux couches– Couche de fondation– Couche de base

• Répartissent les pressions• Répartissent les déformations• Participent à la protection au gel de l’éventuelle partie gélive de la PF

APPORTENT LA RESISTANCE MECANIQUE A LA CHAUSSEE

Rôle des couches d’assises

• GB - Grave bitume• EME - Enrobés à module élevé

• MTLH - Matériaux traités aux liants

hydrauliques: GC, SC, SL• GE - Grave émulsion • Traitement de sol• Béton : BAC, BCMC

Constituants des couches d’assises

8 à 16 cm d’épaisseurJusqu’à 40% agrégats

15 à 32 cm d’épaisseurPré fissuration si TC6

PF i

AR i

Rôle des couches de surface (liaison/roulement)

• Supportent les sollicitations du trafic sans elles-mêmes se déformer

• Assurent les caractéristiques de surface

Rôle des couches de surface (liaison et roulement)

• Fonctionnelles : – Imperméabilité– Performances et durabilité mécaniques (module de rigidité, résistance aux

sollicitations de surface: orniérage, poinçonnement, efforts tangentiels, cisaillement et éventuellement fatigue)

• Sécurité et confort– Adhérence: rugosité et drainabilité– Uni– Bruit de roulement– Photométrie

• Esthétique: aspect et coloration

• BBSG : Béton Bitumineux Semi-Grenu• BBME : Béton Bitumineux à Module Elevé

Liaison ou roulement, 5 à 9 cm d’épaisseurStructurant, améliore l’uni (PO et MO), imperméable, adhérence moyenne.

Constituants des couches de surface (liaison et roulement)

• BBM : béton bitumineux mince

Liaison ou roulement, 3 à 5 cm d’épaisseur

Structurant, améliore l’uni (PO), imperméable, bonne adhérence.

• BBTM : Béton Bitumineux Très Mince

Roulement, 2 à 3 cm d’épaisseur

Relativement perméable, très bonne adhérence, bonnes qualités phoniques .

• BBDr : béton bitumineux drainant

Roulement, 3 à 5 cm d’épaisseur

Drainant, très bonne adhérence, excellentes qualités phoniques

Enrobés de couche de roulement cm

BBSG

BBME

BBTMBBUM

BBM BBDr

1

2

3

4

5

6

7

8

9

Bétons bitumineux (BB)

• Semi grenus (SG),

• À module élevé (ME)

• minces (M)• drainants (Dr)

Très minces Ultra minces

• Enduits superficiels− MDG : monocouche double gravillonnage− MPG : monocouche prégravillonné− BC : enduit bicouche

• Enrobés coulés à froid• Résines, peintures, etc• Béton

Couches de surface

0/2 2/6,3 6,3/10

Continu

Discontinu 2/6,3

tamis (mm)2 4 6.3 10

% passant

100

0.0630

50

BBM type Adiscontinu

2/6,3

BBM type C continu

Courbe + grenue

Courbe + sableuse

BBM type Bdiscontinu

4/6,3

0/2 2/6,3 6,3/10

0/4 4/6,3 6,3/10

Discontinu 4/6,3

10/14

10/14

Granulométrie discontinue BBM, BBTM, BBDr

Fondamentaux de la route 2005 Michel Ballié

Rugosité BBSG, BBTM, Rugosité BBSG, BBTM, BBDr 0/10BBDr 0/10

Exemple d’agression sur couche de roulement: orniérage

Exemple d’agression sur couche de roulement: orniérage

Exemple d’agression sur couche de roulement: cisaillement

Exemple typique d’un mauvais choix de couche de roulement:

Enrobé très mince dans une zone de cisaillement

Exemple d’agression sur couche de roulement: poinçonnement

Souple

BB ou enduit

GNT

PF

Bitumineuse épaisse

BBSG

GB

PF

Semi-rigide

BBSGMTLH

MTLH

PF

Rigide

Béton de ciment

Béton maigre ou MTLH

PF

Mixte

BBSGGB

MTLH

PF

Inverse

BBSGGBGNTMTLHPF

Familles de chaussées

Les différents types de structures de chaussées

• Chaussée souple– Couche de surface en

matériaux bitumineux– Matériaux bitumineux

d’assise (<15 cm)– Matériaux granulaires

non traités (20 à 50 cm)– Plate-forme support

Chaussée souple: fonctionnement et endommagement

• La couverture bitumineuse subit à sa base des efforts répétés de traction-flexion

• Déformations plastiques du sol ou de la grave entraînant des déformations permanentes en surface de chaussées; orniérage à grand rayon, flaches, et affaissement

• Dégradation par fatigue sous forme de fissures, évoluant vers un faïençage à mailles de faibles dimensions

• Accélération avec l’eau, épaufrures des fissures, formation de nids poule.


• Chaussées bitumineuses épaisses– Couche de surface en


d’assise (15 à 40 cm)– Plate-forme-support

Chaussée bitumineuse épaisse: fonctionnement et endommagement

• Diffusion des contraintes verticales, reprises en traction flexion dans les couches liées

• Couches collées effort à la base de la couche la plus profonde

• Couches décollées effort à la base de chaque couche• Orniérage par fluage (températures élevées, trafic

lourd et lent).• Dégradation par fatigue sous forme de fissures,

évoluant vers un faïençage à mailles de faibles dimensions

• Accélération avec l’eau, épaufrures des fissures, formation de nids poule.


• Chaussées à assise traitée aux liants hydrauliques– Couche de surface en

matériaux bitumineux (6 à 14 cm)

– matériaux traités aux liants hydrauliques ( 20 à 50 cm)

– Plate-forme support

Chaussées à assise traitée aux liants hydrauliques: fonctionnement et endommagement

• Faibles contraintes verticales transmises au support de chaussée. L'assise subit des contraintes de traction flexion

• Interface couche de surface couche de base = zone sensible car soumise à des contraintes de cisaillement.

• Sujettes aux retraits thermiques, apparition de fissures par pas de 5 à 15 m

• Favorise la pénétration de l'eau, diminution de la qualité du collage de la couverture bitumineuse, augmentation des contraintes de traction

• Apparition de flaches, faïençage, nids de poule


• Chaussées à structure mixte– Couche de surface en


d’assise (10 à 20 cm)– Matériaux traités aux liants

hydrauliques ( 20 à 40 cm)

– Plate-forme support


• Chaussées à structure inverse– Couche de surface en


d’assise (10 à 20 cm)– Matériaux granulaires non

traités (~ 12 cm)– Matériaux traités aux liants

hydrauliques (15 à 50 cm)– Plate-forme support


• Chaussées en béton de ciment– Dalles non goujonnées avec fondation en

béton maigre ou matériaux traités aux liants hydrauliques

– Dalles goujonnées avec fondation en béton maigre

– Dalles sans fondation– Béton armé continu , BAC

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Présentation GénéraleJF1