Thème 3 : IRCAD Etat de mouillage critiquesari.ifsttar.fr/livrables/ircad/IRCAD_1.3.pdf · 4.5 Mesure de l’uni transversal avec le PALAS 2 ... logiciel PAVDRN sont décrites

PROJET SARI - PREDIT 3

Surveillance Automatisée de la Route pour l’Information des conducteurs et des gestionnaires

Thème 3 : IRCAD

Etat de mouillage critique

Livrable 1.3

RCADPREDIT SARI

RCADPREDIT SARIPREDIT SARI

Référence SARI_IRCAD_livrable1.3_rev2.doc Date 10/04/2009 Version v2 Partenaire(s) : CETE Lyon

Animateur : Michel GOTHIÉ

Contributeur(s) : Mounia NADJI, Thierry GIBRAT, Mathieu

LE PEN, Mathias LIEGEOIS, Delphine TROTEL, Michel GOTHIÉ,

Thème 3 (IRCAD) – 2ème tranche Financement DRI - Direction de la Recherche et de

l’Innovation

Responsable : Michel GOTHIÉ

SARI / Thème 3 IRCAD Livrable 1.3 Etat de mouillage critique

2

SOMMAIRE

1. Objet du livrable :.................................................................................................... 3 2. Adhérence et hauteur d’eau ................................................................................... 4 Bibliographie............................................................................................................... 8 3. Présentation des deux sites retenus....................................................................... 9 4. Appareils et méthodes utilisés pour les mesures.................................................. 12

4.1. Mesure des caractéristiques géométriques avec l’appareil VANI............ 12 4.2 Mesure de coefficients de frottement avec l’appareil GRIPTESTER (CFL) 13 4.3 Mesure de coefficient de frottement avec l’appareil SCRIM (CFT)........ 14 4.4 Mesure de macrotexture avec le RUGO (PMP et PTE) ........................... 15 4.5 Mesure de l’uni transversal avec le PALAS 2 ........................................ 16

5. Démarche proposée par le CETE de Lyon ........................................................... 17 6. Hypothèses prises et principaux résultats ............................................................ 21

6.1 Intensités de pluviométrie retenues ........................................................... 21 6.2 Principaux résultats ...................................................................................... 21

7. Conclusions .......................................................................................................... 25 Annexes ............................................................................................................... 30 1-Caractéristiques des sites............................................................................... 30 2-Alertes utilisées dans ALERTINFRA .............................................................. 30 3-Résultats des mesures VANI sur les 2 sections............................................ 30 4-Résultats des mesures SCRIM + RUGO......................................................... 30 5-Résultats des mesures de PALAS 2............................................................... 30 6-Affichage des lignes d’écoulement ................................................................ 30


3

1. Objet du livrable :

Dans le cadre du projet SARI ( Surveillance Automatisée de la Route pour l’Information des

conducteurs et des gestionnaires) et du sous projet IRCAD (Informer des Risques de rupture

de l’itinéraire en Conditions Atmosphériques Dégradées) financé par le PREDIT, l’ERA n°12

du LRPC de Lyon a réalisé une étude bibliographique sur les relations entre adhérence et

hauteur d’eau.

Ce livrable présente cette bibliographie et une démarche à suivre pour estimer l’influence de

la pluviométrie sur l’adhérence et donc sur la vitesse de passage sur deux sites. Cette

démarche devrait pouvoir être proposée pour faire partie de la fonction contrôle commande

du dispositif implanté au bord de deux sections à risques situées dans le département des

Côtes d’Armor.


4

2. Adhérence et hauteur d’eau

ETAT DE L’ART :

Les principales études étudiées ne fournissent pas une formulation directe permettant de

relier l’adhérence à la variation de la hauteur d’eau. Quelques études peuvent être citées qui

relient le coefficient de frottement à des phénomènes approchant cette notion de hauteur

d’eau tels que :chaussée mouillée, hydroplanage ou intensité de pluie.

Dans une étude [1] effectuée sur l’effet de la chaussée mouillée sur l’adhérence des roues

d’avion, est proposée une analyse expérimentale de l’influence de certains paramètres tels

que la température ou la pression de gonflage sur l’adhérence en chaussée mouillée.

**Dans cette étude l’analyse de l’influence de la hauteur d’eau se base sur la mesure d’un

facteur appelée « sensibilité incrémentale de mouillage σ ( incremental wetness sensitivity),

ce facteur est proposé par Kulakowski et al (1990):

{ } %100*))/()]1([ SNSNeSN fd ∆+−∆= − βσ

σ = pour une profondeur donnée, est le pourcentage de réduction de l’adhérence causé par la hauteur d’eau,

SN∆ = différence estimée entre l’adhérence d’une chaussée sèche est la surface inondée,

SNf = l’adhérence estimée de la chaussée inondée,

β = paramètre empirique déterminé par l’expérimentation, listé par Kulakowski.

** Formules intéressantes citées dans le rapport :

Wambold et al en 1984, propose une formulation de la vitesse critique d’hydroplanage en

fonction de la profondeur de la hauteur d’eau :

)]1/4(**)14.25/[(*1 532 ++= kkk WTkMTDTDkVc

avec


5

Vc = vitesse critique d’hydroplanage,

WT= profondeur du film d’eau estimée,

MTD = profondeur moyenne de la texture,

k1, k2, k3, k4 et k5 = coefficients empiriques déterminés expérimentalement.

Dans [2] un état de l’art sur l’évaluation de l’hydroplanage est proposé, on résume quelques

formules qui nous semble intéressantes :

** Gallaway (1979) propose une formule pour déduire la hauteur d’eau lors d’un

phénomène d’hydroplanage, et cela à partir d’une vitesse initiatrice du phénomène :

V = 0.9143SD0.04P0.3(TXD+0.794)0.06A

V = vitesse initiatrice d’hydroplanage,

SD = minoration de cette vitesse de 10%

A = facteur en relation la profondeur de la texture TXD et avec la hauteur d’eau WFD.

WFD se calcule :

TXDS

ILTXDzWFD −

=42.0

59.043.011.0

avec :

z = constante égale à 0.01485,

L = longueur d’écoulement,

I = intensité de la pluie,

S = pente de la surface.

** le logiciel PAVDRN développé par l’université de Pennsylvania en 1998 pour le calcul de

la hauteur d’eau, utilise une formulation qui se base sur la formule de Gallaway pour

déterminer une relation entre la vitesse initiatrice de l’hydroplanage et la hauteur d’eau

WFD :


6

HPS = 26.04 WFD ( avec WFD <2.4 mm)

HPS est la vitesse d’hydroplanage.

** Dans [3] les techniques de mesure et les procédures expérimentales pour l’élaboration du

logiciel PAVDRN sont décrites. La technique pour la mesure de la hauteur d’eau est

détaillée.

** Ivey et al (1975) propose une formule empirique entre l’intensité de la pluie, la vitesse et la

visibilité :

Sv = distance de visibilité

I = intensité de la pluie

V = Vitesse du véhicule.

Dans [4], un facteur SN0R appelé « facteur de la variation de la pluie » est utilisé dans une

formule générale dans le calcul de l’influence de l’environnement sur l’adhérence est

présenté, cette formule est proposé par Hill et Henry [5] :

TpDSFSN R 104.017.179.30 −−=

ou DSF est le facteur de chaussée mouillée, égal au logarithme de tR, tR est le nombre de

jours ou la pluie est tombée au-dessus de 2,5 mm/h :

DSF = ln(tR+1)

ViSv 402000

68.0=


7

Avec

Tp = température de la chaussée.

Dans [6], une formulation théorique connue sous « le modèle exponentiel » est donnée, elle

se base sur la présentation du frottement par « un frottement de Stribeck » :

VVsV γδµµ +−= ])(exp[0

avec :

µ : Frottement,

0µ : Frottement à la vitesse 0,

Vs : connu par le frottement de Stribeck,

δ : Facteur de courbe,

γ : Partie visqueuse du frottement.

Une étude intéressante dans [7] que nous n’avons pas réussi à obtenir est souvent citée

notamment dans [8 ] et qui fait une synthèse sur les méthodes et les mesures d’adhérence

sur chaussées mouillée.

En référence bibliographique ( à partir de [9]), nous citons quelques études ou articles qui

ne répondent pas à la demande du travail à savoir « relation adhérence et hauteur d’eau »

mais que nous avons trouvé intéressants vu qu’ils traitent de l’adhérence sur chaussée

mouillée.

Les références [12] et [13] font état des travaux menés dans le cadre du projet européen

VERT et de l’action APTP (Accidents Par Temps de Pluie) du PREDIT. Ces travaux sont à

l’origine de la formule (1) utilisée dans le chapitre 5 de ce rapport.


8

Bibliographie

[1] G.Comfort: Wet Runway Friction: Literature and information review. Centre de développement en transport. Aout 2001.

[2] J.Chestron et al: The use of the Gallaway formula for aquaplaning evaluation. NZIHT & Transit NZ Annual Conference 2006.

[3] NCHRP Web Doc 16 Improved Surface Drainage of Pavement: Final report (1998) Transportation research Board (TRB).

[4] Y.Luo: effect of pavement temperature on frictional properties of Hot-Mix Asphalt Pavement Surfaces at Virginia Smart Road. Master en sciences, Université de Virginia. 2003.

[5] B.j.Hill et JJ Henry: Surface Material and properties related to seasonal variations in skid resistance .ASTMSTP 763, p5.

[6] M.T.Do, Y.Delanne: Prediction of Tire/Wet Road friction and its variation with speed road macro and Microtexture, and tire related properties.

[7] J.J.Henry : “evaluation of pavement friction characteristics”,NCHRP Synthesis 291, National Cooperative Highway Research Program, Transportation research Board, Washington DC. 2000.

[8] J.W. Button, E.G.Fernando et al: Synthesis of pavement issues related to high speed corridors. Texas transportation institute, 77843-3135.

[9] L.E. Jackson et al: HVE Data Inputs Based on Testing for a wet Pavement accident, Involving an Intercity Bus and SUV. National safety board WP.2005.

[10] A. Dijks : Influence of tread depth on wet skid resistance of tires. Delft University, Netherlands, TRR 621, 1976.

[11] B.N.J Persson, U .Tartaglino et al: Rubber friction on wet and dry road surfaces: the sealing effect. ref: phys.rev. B 71 , 035428. 2005.

[12] M. Gothié M. Pruvost LRPC Lyon : AR 2.61.103.00 APTP : « Modélisation des hauteurs d’eau sur chaussées » Projet VERT – Pôle ESR – CT 61 – 4 août 2000

[13] R.Guillemein LCPC « Hauteurs d’eau sur chaussées » APTP – PREDIT – Mars 2001


9

3. Présentation des deux sites retenus

La présélection et la caractérisation des sites routiers du Département des Côtes d’Armor

ont été menées dans le cadre du projet SARI. Grâce à l’important travail effectué par le

LRPC de Saint-Brieuc, les sites d’expérimentation possibles pour IRCAD ont été identifiés et

qualifiés sur de nombreux paramètres (accidentologie, géométrie, adhérence).

Les sites IRCAD ont fait l’objet de plusieurs visites, dont deux visites collectives par les

partenaires du thème respectivement les 25 novembre 2005 et le 15 février 2006.

Deux sites ont finalement été retenus :

Site n°6 / RD 786 – BINIC – SAINT QUAY PORTRIEUX

Site n°1 / RD 786 – LANNION – SAINT MICHEL EN GREVE

Figure 1 : Localisation des sites visités

Les plans ci-dessous permettent de localiser les virages retenus pour le projet IRCAD le long

de ces itinéraires.

1

2 3

4 5

6

7


10

Localisation du site 1 : RD 786 – Lannion – Saint Michel en Grèves


11

Localisation du site n°6 – RD 786 – BINIC – SAINT QUAY PORTRIEUC


12

4. Appareils et méthodes utilisés pour les mesures

4.1. Mesure des caractéristiques géométriques avec l’appareil VANI

Les caractéristiques géométriques des planches ont été évaluées par l’appareil VANI (voir

photo 3 et fiche matériel en annexe ). Les paramètres géométriques relevés lors des mesures

sont le rayon de courbure, les pentes et dévers. Ils sont mesurés au pas de 1 m et restitués sous

forme graphique (voir en annexe). Le rayon de courbure en plan des virages est mesuré à

l’aide d’un gyromètre recalé en ligne droite. Les rayons sont exprimés en m et la plage de

mesures varie entre 20 et 600 m. Au-delà, les rayons sont considérés comme des lignes

droites. Cela a été le cas pour les planches de la piste de Nantes. Par convention, les rayons

des virages à droite sont précédés d’un signe – et les rayons des virages à gauche sont

précédés d’un signe +.

Les pentes et dévers sont mesurés à l’aide d’une centrale gyroscopique à deux axes, associée à

trois lasers permettant de corriger les variations de hauteur de caisse. La plage de mesure est

de + ou - 15 %. Les valeurs sont données à 0,5 % près. Par convention, les pentes en montée

sont précédées du signe + et les pentes en descente sont précédées du signe -. De même par

rapport au sens de marche, les dévers à gauche sont précédés du signe – et les dévers à droite

sont précédés du signe +.

Les caractéristiques de surface également relevées lors des mesures réalisées avec VANI sont

l’adhérence, la macrotexture et le délestage de roue. Elles sont mesurées au pas de 1 m et

représentées sous forme graphique (voir en annexe).

L’adhérence est mesurée à l’aide de l’appareil GRIPTESTER (voir 3.1.1), donnant une

mesure de Coefficient de Frottement Longitudinal (GN voir 3.1.1).

La macrotexture est mesurée à l’aide d’un RUGO, donnant une "PMP" (Profondeur Moyenne

de Profil) (voir 3.2.2).


13

Le délestage de roue est mesuré à l’aide d’un accéléromètre, mesurant l’accélération verticale

des masses non suspendues du véhicule. Il correspond à une indication d’uni dans les courtes

longueurs d’onde.

4.2 Mesure de coefficients de frottement avec l’appareil GRIPTESTER (CFL)

Le GRIPTESTER (voir photo 3 et fiche matériel en annexe), fabriqué en Ecosse par la

Société FINDLAY IRVINE, est importé en FRANCE par la Société VECTRA. Cet appareil

mesure les forces de frottement longitudinal entre le revêtement et un petit pneumatique

lisse, selon le principe d'une roue freinée avec un taux de glissement constant, de l'ordre de

15%.

Physiquement l'appareil se présente sous la forme d'une petite remorque autonome

permettant la mesure, l'enregistrement et le mouillage. Il peut être poussé à la main ou tracté

par une voiture à vitesse basse ou modérée, le châssis ne comportant qu'une suspension

sommaire. Les dimensions sont voisines de 1 m de longueur, 0,8 m en largeur, 0,5 m en

hauteur. Sa masse est de 85 kg. Le pneumatique de mesure est de taille 10 x 4-5

conformément à la norme ASTM E 1844-96.

Le mouillage devant la roue de mesure est assuré par une vanne à faible débit à partir de 2

petits réservoirs placés sur l'appareil lorsqu'il est poussé manuellement. Le débit est de

l'ordre de 0,6 l/min à 5 km/h et de 4 l/min à 30 km/h.

Le taux de glissement (15%), générateur de la force d'adhérence est obtenu par

entraînement mécanique entre deux roues porteuses et la petite roue de mesure chargée

d’environ 19 daN. La mesure est réalisée en continu sur une trace aussi rectiligne que

possible.

L'axe de la roue de mesure est équipé d'un système de jauges de contraintes permettant la

mesure de la force verticale Fv et de la force horizontale Fh. Le CFL mesuré par l’appareil

Griptester, appelé aussi « Grip Number » (GN) est égal au rapport Fh/Fv. Ce coefficient de

frottement longitudinal varie entre 0 et 1. Le pas de mesure est de 1 m.

Cet appareil est utilisé pour des mesures localisées servant le plus souvent dans le cadre

d’études de sécurité réalisées avec l’appareil VANI. Le GRIPTESTER n’est pas adapté aux

mesures à grand rendement ni aux mesures à réaliser à des vitesses trop supérieures à 40

km/h. Cet appareil peut-être utilisé pour l’évaluation de l’adhérence des marquages routiers,

des voies piétonnes et des pistes cyclables.


14

Des essais croisés sont réalisés chaque année avec ces trois appareils. Les fidélités et

écarts de justesse ont été vérifiés sur 3 planches en mars 2007. Les valeurs résultantes de r

et R ont été les suivantes :

r = 0,039

R = 0,059

La répétabilité et la reproductibilité sur une planche homogène sont respectivement de 4% et

5%.

Un appareil ADHERA recherche est en cours de développement au LRPC de Lyon.

4.3 Mesure de coefficient de frottement avec l’appareil SCRIM (CFT)

L’appareil SCRIM (voir photo 2 et fiche matériel en annexe), conçu par le TRL et fabriqué par

la société britannique WDM, mesure un CFT en continu (normes NF P 98-220-3 et NF P 98-

220-4 ).

− Le SCRIM est un camion équipé d’une citerne de 6000 litres et portant une roue de

mesure sur le côté droit. Les mesures sont effectuées dans le flot de la circulation, sur la

bande de roulement droite, partie de la chaussée la plus sollicitée par le trafic. Elles

nécessitent la présence d’un chauffeur et d’un opérateur. La roue de mesure fait un angle

de 20° avec la direction de la vitesse du véhicule. Le taux de glissement utilisé est donné

par la formule G = sin 20° = 34%. Le pneu d’essai est un pneu lisse de 76 x 508 avec une

dureté et une résilience standardisées. Il est chargé par une masse de 200 kg pouvant se

déplacer verticalement (indépendamment des mouvements du véhicule). L’eau est

distribuée juste devant la roue de mesure. La hauteur d’eau ainsi répandue correspond à

environ 0,5 mm. Dans les conditions standard d’essai, l’autonomie maximale est de 100 km.

Le CFT (Coefficient de Frottement Transversal) est mesuré en continu par le SCRIM à

60 km/h avec un mouillage autonome de la chaussée (hauteur du film d’eau de 0,5 mm). Ce

coefficient varie entre 0 et 1. Il correspond au rapport entre la force transversale qui s’exerce

sur la roue de mesure envirée de 20° pour la réaligner avec l’axe du véhicule et la charge

verticale à la roue de 200 kg. Le pas de mesure est de 10 m ou 20 m.

Cet appareil est principalement utilisé pour des mesures à grand rendement (suivi de

réseaux en particulier).

Depuis juin 2004 il existe trois appareils SCRIM opérationnels en France. Un appareil géré

par la société VECTRA et deux appareils gérés par le LRPC de Lyon.


15

Des essais croisés sont réalisés chaque année avec ces trois appareils. Les fidélités et

écarts de justesse ont été vérifiés sur 5 zones en novembre 2006. Les valeurs résultantes de

r et R ont été les suivantes :

r = 0,047

R = 0,066

La reproductibilité des mesures a également été établie au Royaume-Uni avec des SCRIM

sortant de révision. Elle est comprise entre +/- 0,03 et +/- 0,05 (à 95%) pour une surface

présentant un niveau de CFT de 0,50.

Les mesures ont été réalisées sur les deux sites à 60 km/h dans le sens des PR croissants

et dans le sens des PR décroissants. Pendant la durée de l’expérimentation ces mesures

seront répétées tous les 6 mois afin d’évaluer les fluctuations de l’adhérence en fonction des

périodes de l’années (variations saisonnières).

4.4 Mesure de macrotexture avec le RUGO (PMP et PTE) L’appareil RUGO, matériel mlpc, utilise une méthode profilométrique pour obtenir par

calcul la profondeur moyenne des aspérités de surface. Il s’agit d’une méthode dynamique

(vitesses de 30 à 100 km/h). L’indice déterminé est la « Profondeur Moyenne du Profil :

PMP » (Norme NF EN ISO 13473-1).

L’appareil se compose, en particulier, d’un émetteur à rayon laser et d’un potentiomètre

optique. Le rayon émis frappe la surface du sol et se réfléchit sur le potentiomètre optique.

En fonction de la position du point illuminé sur ce potentiomètre, on déduit la hauteur du

point de réflexion au sol. La mesure s’effectue en continu, dans le trafic, à une vitesse

pouvant atteindre 100 km/h.

Cet ensemble est fixé à 30 cm du sol et l’étendue de mesure est de plus ou moins 6 cm par

rapport à un point neutre de la chaussée.

Un micro-ordinateur pilote l’ensemble et reçoit à la fréquence d’environ 16 000 Hz une

succession de hauteurs relatives de points de la chaussée sur une ligne parallèle à

l’avancement du véhicule. Le cycle de mesure se répète tous les 25 cm. Sur ces 25 cm, 100

prélèvements sont répartis uniformément sur 100 mm. Ces 100 prélèvements sont traités

pour donner une valeur caractéristique de la macrotexture du revêtement. Tous les 40

cycles, pour un pas de 10 m, ou tous les 80 cycles, pour un pas de 20 m, le système calcule

et enregistre la valeur moyenne des valeurs unitaires précédentes.

Le système enregistre en continu la distance parcourue pendant la mesure et permet le

repérage des mesures le long d’un itinéraire. Les informations vitesse, repérages et


16

macrotexture sont regroupées pour constituer un fichier de résultats archivé instantanément

sur le disque dur du micro-ordinateur.

Les résultats des mesures sont présentés graphiquement. La bonne corrélation existant

entre les valeurs PMP et les valeurs de « PMT » (anciennement Hauteur au Sable vraie

HSv) notion assez familière aux ingénieurs routiers, permet de donner le résultat directement

en PTE (Profondeur de Texture Equivalente anciennement Hauteur au Sable calculée HSc).

La norme propose la loi informative suivante : PTE = 0,8xPMP + 0,2. Il est aussi possible

d’utiliser la loi informative PTE = PMP. La loi « plancher » proposée dans la méthode d’essai

des LPC n°50 est PTE = 1,1*PMP.

La répétabilité en PMP est de l’ordre de 3%, la reproductibilité de 5%.

Des essais croisés ont été réalisés avec 3 RUGO sur les planches de la piste du LCPC et

des sections routières fin 2005. Les fidélités et écarts de justesse ont été vérifiés sur 9

zones. Les valeurs résultantes de r et R ont été les suivantes :

r = 0,054

R = 0,080

4.5 Mesure de l’uni transversal avec le PALAS 2 Le transveroprofilographe laser permet de mesurer sans contact le profil en travers des

chaussées, à vitesse élevée (jusqu’à 90 km/h), tous les 10 m en temps réel, sur une largeur

de 4 m, sans débordement de matériel hors du gabarit du véhicule porteur. Cet appareil

permet en particulier :

- de mesurer les profondeurs et largeurs d’ornière, des déformations en rives et hors

rives, ainsi que du bombement,

- de faire des prévisions de hauteurs d’eau dans les ornières mais aussi sur des zones

de retenue d’eau,

- de déterminer le dévers moyen et le rayon en plan du tracé.

Les profils relevés par l’appareil peuvent être restitués par lot de 100 m sur une largeur de 4

m. Ces profils permettent de visualiser la forme et l’amplitude des déformations (orniérage

en particulier).

Dans ce livrable, seules les mesures de profondeur d’ornières et les calculs de hauteur d’eau

ont été reportés. Un dossier complet des mesures réalisées par PALAS 2 sue les deux sites

est disponible.


17

5. Démarche proposée par le CETE de Lyon

Des mesures de caractéristiques de surface sont réalisées sur la section concernée.

Ces mesures réalisées avec des appareils à grand rendement ( SCRIM pour l’adhérence et

la texture et VANI pour les caractéristiques géométriques) permettent d’obtenir les

paramètres suivants :

- l’adhérence conventionnelle avec fourniture d’un CFT tous les 10 ou 20 m

- la Macrotexture; avec la fourniture d’un PMP tous les 10 ou 20 m

- Les caractéristiques géométriques de la section avec :

o La pente

o Le dévers

o Le rayon de courbure

o Une information sur l’uni dans les courtes longueurs d’ondes

En utilisant les relations établies dans le cadre du programme APTP (Accidents part temps

de pluie) du PREDIT (rapport Robert Guillemin de Mars 2001: projet VERT, Prédit APTP)

(1)

Avec :

TA: Taux d’augmentation des hauteurs d’eau en mm*100 par mètre d’écoulement et

par mm/h de pluie supplémentaire

Macrotexture en mm

d dévers en %

Et la hauteur d’eau est alors calculée par la formule :

)(071,0)(85,057,0 dxreMacrotextuxTA −+=


18

H = IxTAxL (2) Avec :

L = la longueur d’écoulement

I = l’intensité de la pluie en mm/h

En fonction des paramètres géométriques de la surface routière, une détermination des

lignes d’écoulement a été effectuée par composition des vecteurs pentes. La voie de

circulation a ainsi été décomposée en éléments de 1 m de long. La résultante des vecteurs

pente longitudinale et dévers a été tracée pour chacun de ces éléments. La ligne

d’écoulement a été ainsi tracée en partant du point le plus haut des éléments de 1 m de

long. La hauteur d’eau calculée au point de sortie de cette ligne a été affectée au point

d’entrée dans l’élément suivant et ainsi de suite jusqu’à ce que la ligne d’écoulement sorte

de la voie. Chaque élément de 1 m est ainsi traversé de plusieurs lignes d’écoulement. Le

logiciel affecte alors à la surface de l’élément de 1 m une hauteur d’eau égale à la valeur la

plus élevée des lignes d’écoulement qui le traverse.

Ce calcul a été effectué pour les deux sections étudiées.

Les hauteurs d’eau ont été calculées pour différentes intensités de pluie (25, 15, 5 mm/h).

Ces hauteurs d’eau ont alors été utilisées pour calculer un CFT mobilisable. La formule

utilisée a été établie à la suite des essais réalisés dans le cadre du projet VERT. La vitesse

est un élément important pour cette influence de la hauteur d’eau. Nous avons retenu une loi

de variation moyenne.

(3)

Pour le calcul du H on a tenu également compte de l’orniérage éventuellement présent sur

les deux sections étudiées. Des mesures ont été réalisées avec l’appareil PALAS2 du LRPC

d’Autun. Le logiciel d’exploitation de ces mesures permet de calculer une hauteur d’eau dans

l’ornière fonction de la forme de l’ornière et de la valeur du dévers.

Ensuite est réalisée le calcul d’une vitesse de stabilité en virage à partir de la formule

théorique donnant la force centrifuge (F = mxw²xR)

CFTmobilisable = -0,081*Ln(H) + (CFT-0,05)


19

(4) •f : fonction de l ’adhérence •d: dévers en décimale

•g: accélération de la pesanteur (9,81 m/s²)

•R: rayon de courbure en m

Pour rééquilibrer les influences réelles en virage de l’adhérence et du dévers, nous avons

retenu pour f la valeur CFT/3, le coefficient 3 étant proposé dans plusieurs études [1].

Nous avons ainsi obtenu la formule suivante :

Un calcul des vitesses limites liées au profil en long et en plan est ensuite réalisé. La

distance de visibilité a été estimée à partir des images VANI. On a ensuite utilisé une formule

simple reliant la distance d’arrêt à la vitesse et l’adhérence :

D = Vv²/2g.A

-D distance d’arrêt en m -V vitesse en m/s

-g accélération de la pesanteur (9,81 m/s2)

-A adhérence (valeur de 0 à 1)

De cette formule on obtient la vitesse limite de passage liée à la distance de visibilité :

RgdfVs ××+= )(

RgdableCFTmobilisVs ××+= )3( (5)

(6)


20

Vv² = D.2g.A La vitesse limite de passage à retenir est alors la plus faible des deux vitesses précédentes

(liées à la géométrie Vs et liée à la visibilité Vv)des hauteurs d’eau pour de pluie

La démarche suivie est résumée dans le diagramme ci après :

Dans le cadre d’une démarche simplifiée, la hauteur d’eau pourrait être mesurée en un point

des sections retenues avec un capteur spécialisé. Au point de mesure, la comparaison entre

la valeur mesurée et la valeur calculée pour différentes intensités de pluie devrait permettre

de recomposer les hauteurs d’eau sur le site et donc de calculer les CFT mobilisables

correspondants. Pour avoir la vitesse de sécurité pour l’ensemble de la section, il

conviendrait à partir de la mesure de hauteur d’eau en un point, de calculer la hauteur d’eau

la plus importante sur la section, d’en déduire le CFT mobilisable et de calculer la vitesse de

stabilité correspondante.

(7)

Dévers Pente

Rayon decourbure

CFT Pluviométrie

Ligne de plus grande pente

Macrotexture

Hauteur d’eauCFT mobilisable

Vitesse limite de passage

Orniérage

Profil en long

Profil en travers

D visibilité

Vitesse visibilitéVitesse stabilité


21

6. Hypothèses prises et principaux résultats

6.1 Intensités de pluviométrie retenues

« L’étude expérimentale plus complète (source Yves Delanne), conduite par l’équipe du

LCPC montre que l’apparition du ruissellement (hauteur d’eau > 0,5 mm) est très improbable

dans les cas courants des profondeurs de texture pour les conditions les plus courantes

d’intensité de précipitation (voir tableau ci- dessous).

Pluie

mm/h

Bruine

mm/h

très faible < 0,1 < 0,1

faible 0,1 ≤ I < 2,5 0,1 ≤ I < 0,25

modérée 2,5 ≤ I < 7,5 0,25 ≤ I < 0,5

Forte ≥ 7,5 ≥ 0,5

Tous les essais ont été faits avec un portique de mouillage avec une alimentation continue

en eau donc avec une précipitation stabilisée.

Les modèles ont été établis à partir d’essais en précipitation continue or, l’intensité de

précipitation est extrêmement variable, en conséquence leur validité « opérationnelle » est

limitée.

Devant les faibles valeurs de pluviométrie indiquées dans le tableau, nous avons proposé de

ne retenir que 2,5 et 7,5 mm/h. En effet sur les deux sites les calculs de hauteurs d’eau

réalisés avec des pluviométries inférieures à 5 mm/h ont donné des hauteurs d’eau très

faibles qui ne conduisaient pratiquement jamais à des CFT mobilisables inférieurs à ceux

mesurés par le SCRIM. Pour les intensités plus faibles on a conservé comme CFT

mobilisable celui qui avait été mesuré par l’appareil SCRIM.

6.2 Principaux résultats

Les résultats des mesures réalisées avec les appareils VANI, SCRIM et PALAS 2 sont

reportés en annexes.


22

La détermination des lignes de plus grande pente est également présentée graphiquement

en annexes.

Sont reportés ci dessous les tableaux de calcul des hauteurs d’eau, des CFT mobilisables et

des vitesses limites. Deux graphiques permettent de visualiser la variation de la vitesse limite

de passage en fonction de l’adhérence mobilisable elle-même fonction de la pluviométrie.

Pour le PR 27 zone de Binic – St Quay Portrieux :

RD 786 Sens +

PR 27+12mm

Distance cumulée 1400-1450 1450-1500 1500-1550 1550-1600 1600-1650 1650-1700 1700-1750 1750-1800 1800-1850 1850-1900 1900-1950 1950-2000

Rayon de Courbure 403 260 218 247 201 212 239 245 245 600 600 352

Devers Min -4 -8,4 -10,2 -9,5 -9,1 -8,8 -8,9 -8 -8 -3,9 -3,9 -6,9

Visibilité min. 135 >250 >250 >250 >250 >250 >250 >250 >250 >250 155 145

PTE 1,2 1,1 1,1 1,1 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9 1,0 1,0 0,7

CFT mesuré 0,36 0,38 0,39 0,41 0,39 0,44 0,43 0,43 0,43 0,44 0,40 0,39

V passage (km.h-1) 102,20 88,14 80,84 87,83 80,20 85,68 85,10 86,40 86,40 118,80 117,61 101,60Vitesse max(visibilité) 111 125 120

H1 0,35 0,30 0,22 0,25 0,23 0,24 0,21 12,20 0,20 0,41 0,43 0,24CFT1 0,36 0,38 0,39 0,41 0,39 0,44 0,43 0,18 0,43 0,44 0,40 0,39

V1 90,35 83,32 80,30 85,05 75,26 79,42 83,90 65,99 83,53 118,80 114,43 94,53V2 99

H1 0,12 0,10 0,07 0,08 0,08 0,08 0,07 12,07 0,07 0,14 0,14 0,08CFT1 0,36 0,38 0,39 0,41 0,39 0,44 0,43 0,18 0,43 0,44 0,40 0,39

V1 90,35 83,32 80,30 85,05 75,26 79,42 83,90 66,06 83,53 118,80 114,43 94,53V2 111

Rayon,Devers,PTE,CFT : mesures issues de VANIVmax=((f+d).g.R)^0,5 [km.h-1]Hn=F(Longueur d'écoulement, PTE, Ligne de plus grande pente) [mm]Vs=((CFT mobilisable/3 + d).g.R)^0,5 [km.h-1]Vitesse max(visibilité,CFT)=racine(distance visibilite*2*9.81*CFT)CFT(L ) 0 081*L (H) (CFT 0 05)

2.5

mm

/h7.

5 m

m/h

RD 786 Sens +

PR 27+1950 28

Distance cumulée 2000-2050 2050-2100 2100-2150 2150-2200 2200-2250 2250-2294 0-50 50-100 100-150

Rayon de Courbure 128 181 165 210 -166 -170 -165 -181 -249

Devers Min -9,2 -9,5 -8,1 1,2 1,6 10,7 10 10,5 8,7

Visibilité (m) >250 120 >250 >250 >250 44 95 >250 >250

PTE 0,73 0,9 0,97 0,95 0,73 0,89 0,87 0,81 0,95

CFT mesuré 0,35 0,37 0,36 0,39 0,38 0,34 0,39 0,42 0,43

V passage 58,37 73,20 68,29 75,05 66,77 72,07 70,56 75,80 87,71Vitesse max(visibilité) 107 61 97

H1 0,17 0,22 0,26 2,00 0,63 0,20 0,22 0,21 0,20CFT1 0,35 0,37 0,36 0,28 0,37 0,34 0,39 0,42 0,43

V1 58,37 71,10 65,04 84,55 54,35 68,90 69,56 74,88 85,27V2 107 61 97

H1 0,06 0,07 0,09 0,67 0,21 0,07 0,07 0,07 0,07CFT1 0,35 0,37 0,36 0,37 0,38 0,34 0,39 0,42 0,43

V1 58,37 71,10 65,04 97,59 55,13 68,90 69,56 74,88 85,27V2 107

Rayon,Devers,PTE,CFT : mesures issues de VANIVmax=((f+d).g.R)^0,5 [km.h-1]Hn=F(Longueur d'écoulement, PTE, Ligne de plus grande pente) [mm]Vs=((CFT mobilisable/3 + d).g.R)^0,5 [km.h-1]Vitesse max(visibilité,CFT)=racine(distance visibilite*2*9.81*CFT)CFT(Ln)=-0,081*Ln(H)+(CFT-0,05)

2.5

mm

/h7.

5 m

m/h


23

Pour le PR 69 section Lannion- St Michel en Grève

RD 786 Sens +

PR 69+1mm +3mm

Distance cumulée 400-450 450-500 500-550 550-600 600-650 650-700 700-750 750-800 800-850 800-850 850-900 900-950 950-1000 1000-1050

Rayon de Courbure 212 -254 -251 600 600 600 600 600 472 69 69 69 86 86

Devers Min 3,6 4,6 3,7 3,2 3,2 1,1 1,1 2,4 1 -4,7 -4,7 -5,7 -5,5 -6,1

Visibilité min. 70 235 >250 225 >250 >250 >250 >250 95 >250 >250 55 105

PTE 0,57 0,59 0,55 0,63 0,65 0,89 0,89 1,08 0,93 0,91 0,91 1,09 1,15 1,08

CFT mesuré 0,46 0,45 0,46 0,52 0,47 0,47 0,47 0,42 0,41 0,39 0,39 0,37 0,41 0,41

V passage 73,53 79,29 78,07 103,22 97,65 105,17 105,17 94,61 82,70 39,44 39,44 39,92 45,03 46,92Vitesse max (visibilité) 90 163 172 99 72 104

H1 0,20 0,19 0,22 0,23 0,34 1,86 0,86 0,56 1,95 2,87 1,37 0,38 0,41 4,83CFT1 0,46 0,45 0,46 0,52 0,47 0,37 0,43 0,42 0,30 0,25 0,31 0,37 0,41 0,23

V1 55,92 79,29 78,07 103,22 97,65 92,29 100,52 94,23 74,02 33,84 36,34 39,77 45,70 38,82V2 90 163 172 86 72 104

H1 0,07 0,06 0,07 0,08 0,11 0,79 0,29 0,19 0,65 1,96 0,46 0,13 0,14 1,61CFT1 0,46 0,45 0,46 0,52 0,47 0,44 0,47 0,42 0,39 0,28 0,39 0,37 0,41 0,32

V1 55,92 79,29 78,07 103,22 97,65 101,41 105,17 94,61 85,20 35,15 39,26 39,77 45,70 42,79V2 90 163 172 97 72 104


7.5

mm

/h2.

5 m

m/h

Vitesses limites de passage RD 786 PR 27 + en fonction de l'adhérence

mobilisable (elle même fonction de la pluviométrie)

405060708090

100110120130

1350 1550 1750 1950 2150 2350

Km

/h

CFTmesuré 2,5 mm/h 7,5 mm/h


24

RD 786 Sens +

PR 69+1 mm

Distance cumulée 1050-11001100-11501150-12001200-12501250-13001300-13501350-14001400-14501450-1500

Rayon de Courbure 70 -65 -129 -64 -97 -97 168 158 109

Devers Min 0,8 5,1 3,3 -3,1 -3,70 -3,7 -5,4 -5,3 -5,2

Visibilité min. 45 80 >250 55 80 80 >250 90 >250

PTE 1,17 1,35 1,42 1,32 1,10 1,1 1,12 1,24 1,03

CFT mesuré 0,38 0,3 0,44 0,394 0,41 0,41 0,444 0,416 0,412

V passage 43,81 39,25 61,06 41,21 47,68 47,68 62,69 57,78 50,82Vitesse max (visibilité) 66 78 74 91,32 91 97,57081

H1 0,97 0,43 0,60 0,21 0,68 0,21 0,19 0,15 0,24CFT1 0,33 0,30 0,43 0,39 0,39 0,41 0,44 0,42 0,41

V1 30,27 35,32 53,83 36,34 45,44 46,28 65,69 62,05 51,22V2 62 78 74 89 91 98

H1 0,64 0,29 0,40 0,42 1,41 0,41 0,46 0,40 0,48CFT1 0,37 0,30 0,44 0,39 0,33 0,41 0,44 0,42 0,41

V1 31,84 35,32 54,28 36,34 42,69 46,28 65,69 62,05 51,22V2 65 78 74 82 91 98


7.5

mm

/h5

mm

/h

Vitesses limites de passage RD 786 PR 69 + en fonction de l'adhérence mobilisable (elle même fonction de la pluviométrie)

0

20

40

60

80

100

120

350 550 750 950 1150 1350

V km

/h

CFTmesuré 2,5 mm/h 7,5 mm/h


25

7. Conclusions

La démarche proposée dans cette étude permet d’évaluer les vitesses limites de passage

en conditions atmosphériques dégradées (pluie principalement), en fonction des principaux

paramètres de la chaussée suivants :

- Caractéristiques géométriques

o Rayon de courbure

o Dévers

o Pente longitudinale

o Orniérage

- Adhérence

- Macrotexture

Ces différentes caractéristiques associées à la pluviométrie permettent de déterminer des

hauteurs d’eau à la surface de la chaussée. Ces hauteurs d’eau permettent de calculer une

adhérence mobilisable et une vitesse limite de stabilité. Une vitesse limite liée à la distance

de visibilité est également déterminée.

Ces vitesses limites peuvent être utilisées pour ajuster la signalisation sur un itinéraire ou

pour informer ponctuellement les usagers sur un point singulier difficile.

C’est cette dernière utilisation qui doit être mise en œuvre dans le cadre du projet IRCAD de

SARI sur la RD 786 du département des Côtes d’Armor.


26

Bibliographie : Voir Bibliographie réalisée à la fin du chapitre 2 de ce rapport

[1] Bulletin de Liaison des Laboratoires Routiers Ponts et Chaussées : Spécial F GLISSANCE novembre 1966; Article G. JEUFFROY pages 29-45

[2] Do MT et al., (2005), IRCAD – Etude bibliographique – SARI, novembre, 105p

[3] Kerdudo K. et al. (2005), RADARR – Choix de sites expérimentaux, SARI, septembre, 38p + annexes

[4] Anelli P. et al. (2006), IRCAD - Choix des itinéraires et chiffrage des expérimentations Livrable 3.31


27

Le présent document a été rédigé par Michel Gothié LRPC LYON

Le chef de l'ERA n°12

Groupe "CHAUSSÉES et SÉCURITÉ"

Michel GOTHIE

Le chef du Groupe

"CHAUSSÉES et SÉCURITÉ"

Alain PETIOT


28

Photo 1 – PALLAS 2 du LRPC d’Autun

Photo 2 – Appareil SCRIM du LRPC de Lyon


29

Photo 3 - Appareil VANI du LRPC de Lyon tractant le GRIPTESTER

Photo 4 – Appareil RUGO2


30

Annexes

1-Caractéristiques des sites 2-Alertes utilisées dans ALERTINFRA 3-Résultats des mesures VANI sur les 2 sections 4-Résultats des mesures SCRIM + RUGO 5-Résultats des mesures de PALAS 2 6-Affichage des lignes d’écoulement

.


31

ANNEXE 1 : Caractéristiques des sites Site n°1 – RD 786 – LANNION – SAINT MICHEL EN GREVE

Virage n°I.1a Sens Lannion – St Michel en Grève Repère 0.816 m

Virage n°I.1b Sens St Michel en Grève – Lannion Repère 1.001 m

Caractéristiques du virage :

R min : 64 m adhérence min : 0,51 macrotexture HS min : 0,9 mm dévers max : 6 % pente : 5 %

Observations ALERTINFRA : V1 – V2 – V3 – V7 Indice = 4,75

Caractéristiques du virage : R min : 70 m adhérence min : 0,53 macrotexture HS min : 0,8 mm dévers max : 7 % pente : 5 %

Observations ALERTINFRA : I1 - V3 Indice = 1,52





Observations ALERTINFRA : V1 – V3 – V5 – V7 – V10 Indice = 7,47


Observations ALERTINFRA : V3 Indice = 1,52





Observations ALERTINFRA : I1 - V3 – V5 – V11 Indice = 4,75


Observations ALERTINFRA : I1 - V3 – V11 Indice = 3,18

Virage n°I.4a Sens Lannion – St Michel en Grève

Virage n°I.4b Sens St Michel en Grève – Lannion


32

Repère 2.146 m Repère 2.190 m


Observations ALERTINFRA : V1 – V5 – V10 Indice = 5,02


Observations ALERTINFRA : V7 – V11 Indice = 2,58

Site n°6 – RD 786 – BINIC – SAINT QUAY PORTRIEUX

Virage n°VI.1a Sens Binic – St Quay Portrieux Repère 4.086 m

Virage n°VI.1b Sens St Quay Portrieux – Binic Repère 4.319 m


R min : 144 m adhérence min : 0,44 macrotexture HS min : 0,9 mm dévers max : 11 %

Observations ALERTINFRA : V3 – V4 – V7 Indice = 3,36

Caractéristiques du virage : R min : 143 m adhérence min : 0,55 macrotexture HS min : 0,8 mm dévers max : 11 %

Observations ALERTINFRA : V3 – V4 Indice = 2,44

Virage n°VI.2a Sens Binic – St Quay Portrieux Repère 4.356m

Virage n°VI.2b Sens St Quay Portrieux – Binic Repère 4.584 m


R min : 146 m adhérence min : 0,40 macrotexture HS min : 0,8 mm dévers max : 12 %

Observations ALERTINFRA : I1 – V3 – V4 – V7 Indice = 3,36

Caractéristiques du virage : R min : 153 m adhérence min : 0,50 macrotexture HS min : 0,7 mm dévers max : 12 %

Observations ALERTINFRA : I1 – V2 – V3 – V4 – V9 Indice = 5,12


33

ANNEXE 2 : Alertes utilisées par le logiciel ALERTINFRA à partir des mesures VANI

V1 Virage nécessitant une forte adaptation de vitesse : la différence entre la vitesse

d’approche et la vitesse dans le virage est de plus de 20 km/h V2 Virage présentant une longueur d’introduction trop longue et précédé d’une section

facile V3 Virage présentant un changement de direction important V4 Virage présentant une longueur importante V5 Virage se resserrant fortement après le milieu V6 Courbes de rayon inférieur à 150 m précédées d’une section facile V7 Virage présentant un défaut d’adhérence V8 Virage présentant un défaut de rugosité V9 Virage présentant un défaut d’uni dans les petites ondes V10 Incompatibilité entre deux courbes V11 Virages faiblement déversés de rayon < 120m V12 Virages faiblement déversés de rayon entre 120 et 200 m V13 Courbes à gauche déversées vers l’extérieur V14 Virage situé dans une forte pente I1 Intersection dans une courbe S1 Section courante présentant un défaut d’uni dans la gamme des courtes longueurs

d’onde S2 Section courante présentant un défaut d’adhérence S3 Section courante présentant une mauvaise macrotexture S4 Section courante présentant une forte pente


34

ANNEXE 3 : Résultats des mesures VANI sur les 2 sections


35

ANNEXE 4 : Résultats des mesures SCRIM+RUGO


36

ANNEXE 5 : Résultats des mesures PALAS 2


37

ANNEXE 6 : Exemples d’affichage des lignes d’écoulement

Documents

Thème 3 : IRCAD Etat de mouillage critiquesari.ifsttar.fr/livrables/ircad/IRCAD_1.3.pdf · 4.5 Mesure de l’uni transversal avec le PALAS 2 ... logiciel PAVDRN sont décrites