La méthode française de dimensionnement chaussé

fournissent un premier outildanalyse du mode de fonctionnement et des ventuels dsordres

des chausses existantes et dterminent les modifications

apporter aux structures(enlvement, retraitement,

apport de matriaux).

Les mthodes en vigueur peuvent se classer principalement en deux catgories :> Les mthodes de type empirique, basessur lobservation en grand nombre du comportement de chausses existantes(dont certaines construites spcifiquementen vue de llaboration de la mthode) et induisant des corrlations entreconditions de trafic et climatiques supporter et type de structure,paisseurs des couches adopter.> Les mthodes de type semi-empiriqueou rationnel , qui ne sauraient se dispenser de lapport terrain ,mais qui reposent aussi pour une certainepart sur lutilisation de modles mcanistiques de comportement des matriaux et structures de chausses.Cette double approche sert non seulementau dimensionnement des projets,mais est galement utilise dans la phasemme dlaboration de la mthode afin de rduire la part dobservations de terrain raliser. Limportance alloueaux modles varie dune mthode lautre, mme si, finalement,beaucoup de ces mthodes se rejoignent par lutilisation de modles multicouches lastiques.

Les mthodes de dimensionnementintgrent galement un corpus de rglestechniques et recommandations portantsur les conditions de construction et ralisation des chausses (contraintestechnologiques, profils transversaux,dvers, etc.) et font rfrence pour les chausses routires aux rgles de trac en long, qui relvent dun ensemble dautres documents.

Dans le domaine routier, le besoin de mthodes de dimensionnement dment explicites sest vritablement fait ressentir avec la forte expansionconomique des pays dAmrique du Nordet dEurope de lOuest, qui a suivi la Seconde Guerre mondiale et qui se rvlait indissociable de lamlioration et du dveloppementdes rseaux routiers pour le transport des biens et des personnes.

Honor GOACOLOUEurovia

Jean-Michel PIAULaboratoire central des Ponts et chausses

(LCPC)

Jean-Maurice BALAYLCPC

Hugues ODONLaboratoire rgional des Ponts et chausses

(LRPC) Strasbourg

Jean-Claude PETITGRANDLaboratoire rgional de lOuest parisien (LROP)

Rolf KOBISCHLRPC Saint Brieuc

Michel PAILLARDLRPC Autun

Emmanuelle FRNATScetauroute

Patrick LERATService technique des bases ariennes (STBA)

Finalit et dfinition des mthodes de dimensionnement des chausses

Historique

Les chausses (routires, ferroviaires,aroportuaires, de tramway, industrielles,etc.) sont des structures composites,multicouches, plus ou moins complexes,conues pour rsister sur lensemble de leur dure de vie aux multiplessollicitations mcaniques (lies principalement au passage de charges lourdes) et climatiques (cycles de temprature, pluie, gel, UV,etc.), qui lune aprs lautre, sapentimperceptiblement les performancesinitiales des matriaux et de leurs interfaces.

Lobjectif premier des mthodes de dimensionnement des chausses est de fixer les rgles qualitatives et quantitatives permettant lingnieurde choisir et concevoir le profil verticaldes structures de chausse, compte tenudes donnes des projets (dure de vie,trafic annuel, climat, contraintes de ralisation, etc.) et de la politiqueconomique des matres douvrage(investissement initial, budgetdentretien/renforcement).Dans le cas de chausses neuves,les mthodes de dimensionnement des chausses favorisent la prconisationdes diffrentes solutions techniquesadmissibles et, pour chacune dentre elles,le scnario prvisible dentretien.Le choix de la solution incombe,au final, au matre douvrage.

Dans le cas des tudes de renforcement,les mthodes de dimensionnement

Leur laboration sest faite de faonprogressive aux chelons nationaux,souvent sur la base de principes distinctsdun pays lautre, et leur amliorationest toujours dactualit.

Retraons brivement cet historique pour la France.

Jusquaux annes 50, les structures de chausse routire utilises en Francetaient peu diversifies ; la quasi-totalitdentre elles taient assises granulaireset dimensionnes le plus souvent de faonempirique par analogie avec les chaussesexistantes, plus rarement en utilisant la mthode amricaine CBR (CalifornianBearing Ratio). Le dimensionnement des rares chausses en bton sinspiraitdes rgles amricaines fondes sur le modle de Westergaard (1927).

En 1959, MM. Jeuffroy et Bachelezpublient une srie dabaquescorrespondant au fonctionnement de structures tricouches lastiques selon une mthode proche de celle de Burmister.Les chausses se diversifient avec lintroduction, notamment,de couches dassises traites aux liantshydrauliques pour faire face laugmentation du trafic.

Sous cette impulsion, lAdministrationoriente, dans les annes 60, la doctrinefranaise vers une dmarche rationnellequi profite, dune part, du dveloppementdes moyens dessais sur matriaux de chausse et de leur approcheperformantielle (module dlasticit,module complexe, essai de fatigue) et, dautre part, des moyens dauscultation (dflectographe Lacroix et extensomtres notamment),permettant une meilleure comprhensiondu fonctionnement des structures et du rle fonctionnel de chaque couche.

Dans le mme temps, la Direction des routes entreprend de standardiser les matriaux utiliss sur le rseaunational en publiant, en 1968,des directives et recommandationsprcisant leurs formulations et mthodes de mise en uvre.

En 1971, parat un premier Catalogue des structures types de chausses neuves, dimensionnes sur un critre de poinonnement du sol et un allongement limite dans les couches lies.

DR

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La mthode franaise de dimensionnement

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Le dveloppement de linformatiquefacilite lusage des modles multicoucheslastiques, notamment au travers du programme Aliz, reposant sur le modle de Burmister (dvelopp au Laboratoire central des Ponts et chausses - LCPC -, ds 1964).La mthode des lments finis compltelapproche pour les structures rigides par le calcul des facteurs de concentrationde contrainte, dans les zones de discontinuits gomtriques.

Ceci dboucha sur une nouvelle version du Catalogue, publie en 1977,avec des structures pr-calcules.La mthode avait t, entre-temps, affineen introduisant la notion de plate-forme et de risque de rupture de la chausse,et une mthode de prise en compte du gel/dgel avait t dfinie.

Depuis lors, cette mthode,ainsi que lapproche performantielle des matriaux qui va de paire,nont pas t remises en cause et sont adoptes en France sur lensemble des rseaux routiers,avec des cadres dapplication spcifiques chacun dentre eux.

En 1994, sous limpulsion de Jean-Franois Cort, sont runies et explicites lintrieur dun mmeguide lensemble des rgles de la mthode de dimensionnement [1] et, en 1998,est publi un nouveau catalogue des structures de chausse [2].

Le plus rcent document en la matire est le Guide des variantes SETRA/LCPC [3],entr en vigueur en 2002, qui fixe les rgles de prise en compte dans les marchs publics de lEtat des solutions proposes en variantes aux solutions de base.

Description de la mthodefranaise de dimensionnement

Les principes de la mthode

La dmarche franaise de dimensionnement des structures de chausses repose depuis plus de trente ans sur une mthoderationnelle qui permet de dterminer une structure de chausse en deux tapes successives.

La premire tape, de type mcanique,consiste vrifier par le calcul quune structure choisie a priori suffit supporter le trafic qui devra circuler

sur la chausse pendant sa dure de viesur un sol donn. La dmarche consiste choisir un type de structure, retenirles matriaux constitutifs des diffrentescouches et en fixer les paisseursrespectives, puis calculer :> Les sollicitations induites dans cette structure au passage dun essieu reprsentatif du trafic poidslourd (lessieu isol roue jumele de 130 kN, dit essieu de rfrence ) laide du modle multicouche lastique linaire de Burmister.> Les sollicitations juges admissibles par les matriaux, en fonction de leur position dans la structure,du trafic cumul devant circuler sur la chausse pendant sa dure de vieet de leur mode de dgradation (rupturepar fatigue pour les matriaux lis ou par cumul de dformation permanentepour les matriaux non lis).La structure convient si les sollicitationsinduites au passage de lessieu de rfrence restent infrieures ou gales aux sollicitations admissibles,pour chaque couche sollicitemcaniquement. Le choix de la structurefinale se fait par calculs itratifsintgrant, dune part,une optimisation du fonctionnement mcanique et,dautre part, les contraintes de faisabiliten phase de construction.

La seconde tape consiste vrifier que cette structure issue du calculmcanique peut supporter sans dsordremajeur un cycle de gel/dgel. Dans le seulcas o le sol est glif, la vrificationpermet de sassurer que le sol ne sera pas (ou que peu) atteint par le gel lors dun hiver dintensitdonne. Pratiquement, on compare :> Lindice de gel caractristique de lhivercontre lequel le matre douvragesouhaite protger la chausse (dit hiver de rfrence ),issu de donnes mtorologiques.> Et lindice de gel admissible par la chausse, qui intgre la glivit du sol en place, la nature et lpaisseurdes diffrentes couches de la chausse(couche de forme et structure).La structure convient si lindice de geladmissible est suprieur ou gal lindicede lhiver choisi comme rfrence.A dfaut, lon peut modifier la premiretape du dimensionnement en changeantle type de structure retenu initialementou en augmentant lpaisseur de la couche de forme, ou choisir de limiter le trafic poids lourd lors dune priode de gel/dgel (par la pose des barrires de dgel).

Les fondements de la mthode

Cette dmarche rationnelle sinscrit pluslargement dans un contexte techniqueafin, dune part, de garantir la reprsentativit de la mthode et, dautre part, de recaler les invitablescarts rsultant dune approche purement calculatoire.

La mthode repose sur le choix dun modle de calcul reprsentant de faon satisfaisante, dans le cas de chausses neuves et continues plusparticulirement, le comportement reldes matriaux et de la structure dans son ensemble, en recourrant un nombre limit de paramtres.Le modle aujourdhui retenu dans la mthode franaise est celui de Burmister. Celui-ci dcrit la structurede chausse comme une superposition de couches lastiques linaires,homognes et isotropes,dont les interfaces sont soient colles,soient glissantes ; les couches sont infinies en plan et la couche la plus profonde est dpaisseur infinie.La charge applique en surface,reprsentative de lempreinte du pneumatique sur la chausse,est un disque de rayon r exerant une pression uniforme q. Le modlerestitue en tout point la structure dfiniea priori, les tenseurs des contraintes et dformations. Dautres modlespourraient galement tre utiliss,abords plus loin. Cette approche est complte, dans le cas des structuresrigides ou semi-rigides prsentant des discontinuits gomtriques,par lutilisation de facteurs de concentration de contrainte pr-tabliset issus de calculs aux lments finis.

Le calcul des valeurs admissibles sappuiepour sa part sur le comportement en fatigue des matriaux lis,traduisant la rupture dune prouvette en laboratoire pour lapplication dun grand nombre de sollicitations,et sur le caractre plastique des matriaux non lis, expliquantlapparition de dformation permanente.Ces comportements sont traduits au travers de lois dvolution et cumul de dommage de type Woehler-Miner,dont il est fait abondamment usage dans la mthode franaise de dimensionnement des chausses pour simplifier, dans les calculs courants et pour un contexte donn,les descriptions statistiques du trafic et des variations climatiques.

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RGRAN823 dcembre 2003

Celles-ci sont, en effet, ramenes aux notions de coefficient dagressivitdu trafic et de temprature quivalente,qui moyennent, au sens de ces lois de dommage, la complexit du rel.Ce modle thorique ncessite donc une caractrisation mcanique des matriaux constitutifs des diffrentescouches. Ainsi, la plate-forme conue sur la base dune approche empirique [4] fait lobjet de mesures de contrle de portance, restituant un module de rigidit global. Les matriaux utilissdans la construction de la structure de chausse elle-mme sont,pour leur part, encadrs par un corpustechnique (hier rglementaire,aujourdhui normatif) qui standardiseleurs caractristiques performantielles.La dsignation normalise dun matriaudonn garantit ainsi lobtention de performances minimales, valides par la ralisation dessais en laboratoireplus ou moins nombreux (compactage,module de rigidit, fatigue) selon le niveau de fiabilit requis.

Les hypothses du modle et ses rsultatssont valids par des exprimentationsconduites sur chausses relles ou exprimentales. Ainsi, les conditionsde collage entre couches rsultent des observations faites sur carottesralises in situ. Le comportement des structures elles-mmes et leurs dgradations sous trafic sont analyss en vraie grandeur et compars celui prdit par la mthode.En ce qui concerne les chaussesexprimentales, le LCPC dispose dun outil privilgi : le mange de fatigue (photo 1). Des chaussesinstrumentes de forme annulaire (rayon moyen de 20m) y sont soumises la circulation de charges correspondant des demi-essieux de poids lourds.On peut ainsi tudier le comportement de ces structures sous diffrentesconfigurations de charges, vitesses de circulation et/ou conditions de temprature ; les chausses peuvent

ensuite tre soumises une circulationcontinue, simulant un trafic routier de plusieurs annes, afin dvaluerlvolution de leur comportement sous circulation. Des structuresexprimentales en site rel fontgalement lobjet de suivis spcifiques,soit de faon ponctuelle, soit plus

grande chelle (cas des chausses en bton arm continu - BAC -,par exemple). La comparaison entre comportement rel et prdiction du modle aide recaler la mthodeet de dfinir des coefficients dits de calage par famille de matriaux.Cest ainsi que de nouveaux matriauxou types de structures peuvent treintgrs en quelques annes dans la dmarche de dimensionnement.

Guide technique conceptionet dimensionnement des structures de chausses neuves

Cette mthode franaise applique au cas des chausses neuves est dcrite dans le Guide technique conception et dimensionnement des structures de chausses neuves [1]. Le guidesapplique aux six principales familles

de structures actuellement utilises en France sur le rseau routier et autoroutier (tableau 1).

La mthode de dimensionnement y est dtaille sous tous ses aspects.Les points principaux qui la caractrisentconcernent la prise en compte :

> Des dispersions par une approche probabilisteCest le cas des proprits en fatigue des matriaux mais aussi des paisseursdes couches. Ces deux paramtresprsentent un caractre alatoire,source dincertitude importante sur la dtermination de la dure de vierelle des structures. Cela conduit raisonner en termes probabilistes ;ainsi, la dure de vie dune structure de chausse est associ un risque qui correspond la probabilitdapparition de dgradations structurellessur une surface ou un linaire donns.

> Du traficLe trafic prendre en compte pour le dimensionnement des structuresest considrer sous trois aspects :> Le trafic cumul devant circuler sur la chausse pendant sa dure de vie,dont seul le nombre de poids lourds(NPL) est retenir.> Lessieu isol roues jumeles de 130 kN, dit essieu de rfrence,servant, dune part, reprsenter la charge lors du calcul mcanique et, dautre part, valuer le trafic cumulsous forme dun nombre quivalent (NE)de passages par lintermdiaire des coefficients dagressivit dtermins pour les diffrentes classes de poids lourds.> La classe de trafic Ti (tableau 2) utilisedune part pour choisir le risque associ

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Tableau 1Principales familles de structures de chausses

Main pavement structures

Structures typesNature des couches

Surface Base Fondation

Souples Bitumineuse Matriaux granulaires

BitumineusesMatriaux bitumineuxpaisses

Semi-rigides BitumineuseMatriaux traits aux liants

hydrauliques (MTLH)

RigidesBton de ciment MTLH ou

(avec ou sans dispositif de liaison) bton de ciment

Mixtes Matriaux bitumineux MTLH

Inverses BitumineuseGrave non traite

MTLH(12 cm)

Photo 1Mange de fatigue du LCPC, un outil de validation des structures

LCPC (French TR labs) fatigue test track, a structural validation tool

DR

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la dure de vie (en gnral,plus le trafic est lev et plus le risqueretenu est faible), dautre part pourspcifier les classes de matriaux ou de granulats retenir.

> Des conditions climatiquesLe comportement des structures est influenc directement ou indirectement par les conditionsclimatiques. La temprature affecte les caractristiques mcaniques des matriaux bitumineux (modulelastique et tenue en fatigue). Elle gnreaussi des cycles douverture/fermeturedes fissures de retrait des matriauxtraits aux liants hydrauliques.Enfin, elle est lorigine des cambruresdes dalles des chausses rigides.Les consquences de ces phnomnessont prises en compte soit directement en retenant pour les matriauxbitumineux les caractristiquesmcaniques correspondant la temprature quivalente de service,soit indirectement par un coefficientcorrecteur (kd pour les structures rigides et semi-rigides).De plus, lincidence des priodes de gel/dgel fait lobjet dune vrification particulire.Enfin, lenvironnement hydrique des solsest pris en compte travers le choix de la portance de la plate-forme support de chausse.

> De la plate-forme support de chausseLes rgles de caractrisation des sols support et de choix des matriaux utilisables en couche de forme sont celles dfinies par le Guidetechnique ralisation des remblais et des couches de forme (GTR).La caractrisation mcanique du solsupport et de la couche de forme

est faite en terme de rigidit par une valeur du module de Youngreprsentative de ltat hydrique le plus dfavorable lexclusion des priodes de dgel (tableau 3).

> Des matriauxIl sagit essentiellement de familles de matriaux codifis par des normes,mais le cas des matriaux non normalissou non conformes est aussi abord.Les rgles pour fixer les valeurs des paramtres ncessaires au dimensionnement sont explicitesfamille par famille. Elles portent,pour les matriaux lis, sur :> le module lastique et le coefficient de Poisson,> les paramtres de la droite de fatigue (6 ou 6 ; -b la pente ;SN lcart type).

> De la dtermination des sollicitations admissiblesLa ruine de ces diffrentes chaussessous l'effet du passage rpt des charges est due l'un ou l'autre (parfois aux deux) des phnomnes suivants :> la rupture par fissuration des coucheslies, attribue la fatigue de ces matriaux rigides reprenant les efforts dus au trafic par traction/extension en flexion ;> la dformation permanente des couches non lies (grave non traite -GNT - ou sol support) due au cumul de dformations non rversibles observen surface de ces matriaux.Par suite, les critres sur lesquels va porter lanalyse mcanique sont :> la dformation en extension la base des couches bitumineuses ;> la contrainte en traction la base des couches en matriau trait aux liants hydrauliques ;

> la dformation verticale en surface des couches en GNT et du sol.

Les limites admissibles sont calcules partir des trois formules gnralessuivantes :> Dformation admissible des matriaux bitumineux :adm = 6 (10C;25 Hz) x k x (NE/106)b xkr x ks x kcLes coefficients k permettent de tenir compte, respectivement,de la temprature, du risque,de la qualit de la portance du support,du comportement rel observ in situ.> Contrainte admissible des matriauxtraits aux liants hydrauliques :adm = 6 x (NE/106)b x k x kr x ks x kc> Dformation admissible des matriauxgranulaires non lis :adm = 1 x (NE)0,222

avec 1 = 12 000 sauf pour les faiblestrafics ou 1 = 16 000.

Les outils gnraux de calcul

Les logiciels de calcul des structures

Les logiciels de calcul des structures sont en gnral bass sur la solutionsemi-analytique de Burmister (Aliz [5],Ecowin [6], etc.), mais des logiciels auxlments finis peuvent aussi tre utiliss.

Les paramtres dentre sont :> pour chacune des couches, lpaisseur,le module de Young et le coefficient de Poisson,> les conditions dinterface (colle-glissante),> les caractristiques des charges (rayon de laire de contact, pression de contact, dispositions gomtriques).Les rsultats fournis sont :> les contraintes et dformations en partie haute et basse des couches,> la dflexion et le rayon de courbure.

Au fil des annes, ces logiciels ont connu une volution continue,paralllement celle des possibilits de traitement numrique offertes par linformatique puis la micro-informatique.Actuellement, certains logiciels ont intgr lensemble de la procdure de dimensionnement (calcul de structures, calcul des limitesadmissibles, vrification au gel/dgel,etc.) [5, 6, 7, 8] Ils prsentent de plus une interface homme-machine dune grande convivialit, tant pour ce qui concerne la saisie des donnes de calcul (figure 1), que la consultation

Tableau 2Dfinition des classes de trafic journalier

Definition of daily traffic classes

Classes T5 T4 T3 T2 T1 T0 TS TEX

Centres(MJA) 85 200 500 1 200 3 000

Limites (MJA) 25 50 150 300 750 2 000 5 000

Tableau 3Classes de portance long terme de la plate-forme support

Long-term roadbed bearing capacity classes

Classes de PF1 PF2 PF3 PF4plate-forme

Module (MPa) 20 50 120 200

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et ldition des rsultats, des diffrentesaides et des bibliothques de matriaux.

La mthode de calcul aux lments finis

Le modle classique de calcul des contraintes et dformations savretrop simpliste dans un ensemble de situations o les hypothses du modle multicouches, continu,lastique et linaire se justifient mal.Il est parfois ncessaire de disposer de modlisations permettant dintroduire pour les matriaux des lois de comportement autre que llasticit,davoir en tant que de besoin une reprsentation tri-dimensionnelle de la gomtrie et une prise en comptedes discontinuits du problme tudi,enfin de simuler de manire plus fidle les chargements appliqus et les effets de bords. Ces proccupations ont amen dvelopper, dans le domaine des chausses, des modlisations relevant pour leur calcul de la mthode aux lments finis (CSAR-LCPC [7]).

Le dveloppement des mthodesnumriques et la puissance de calcul des ordinateurs permettent actuellementde traiter correctement :> le caractre tridimensionnel associaux gomtries non infinies en plan (ex : chausses rigides),> les non-linarits ventuelles lies la modification des conditions de contact unilatrales entre couches du fait des sollicitations appliques :gradient hydro-thermique dans le bton,poids propre, trafic (figure 2),

> la rponse sous charges roulantes de structures comportant des matriauxayant un comportement viscolastique,> llasticit non-linaire des matriauxnon traits,> le caractre tridimensionnel associ la gomtrie ou la configuration des charges de certains problmes.

La vrification au gel/dgel

La dmarche de vrification au gel/dgel,par comparaison de lindice de geladmissible (IA) lindice de gel de rfrence (IR), comporte trois phases de calculs (figure 3) :> La premire consiste dterminer la quantit de gel admissible au niveaude la plate-forme (QPF) en fonction des caractristiques du sol et de la couche de forme.

> La deuxime calcule lindice de gel de surface (IS) en fonction de QPF et des caractristiquesgomtriques et thermiques du corps de chausse.> Enfin, la troisime permet daboutir IA connaissant IS.

La deuxime phase ncessite des calculs relativement complexes de propagation de la chaleur qui doivent tre raliss par un logiciel particulier,comme Gel1D du LCPC [8].Il repose sur le modle de Fourier,rsolu sur la base dune mthode aux diffrences finies.La structure y est dcrite par lpaisseurde ses couches et les caractristiquesthermiques des matriaux qui la constituent (tableau 4).

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Figure 2Application de CSAR-LCPC aux chausses de bton de ciment Modlisation des effets des gradients verticaux de temprature dans le bton

Application of the CSAR-LCPC method to cement concrete pavementsModelling of vertical temperature gradient effects in concrete

Figure 3Schma de la mthode de calcul de lindice de gel admissible

Diagram of permissible frost index calculation method

Figure 1Ecran de saisie des caractristiques de la structure de chausse

Pavement structure data input screen

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La mthode de calcul suppose la structure soumise un refroidissementtype. Les conditions initiales de temprature imposent un profil de temprature variant continment,de 1C en surface de chausse, 14C 10 m de profondeur, puis restantconstant au-del. La temprature de surface dcrot alors dans le tempsselon une loi exponentielle pour tendreprogressivement vers - 5C, provoquantla pntration de lisotherme 0C dans la structure de chausse.Le logiciel en dduit lindice de gel en surface et la base de la structure de chausse.

Calculs des limites admissibles

Les rgles de calcul des limitesadmissibles comportent de nombreuxcoefficients qui offrent la possibilit de tenir compte de tous les facteursconsidrs dans la mthode de dimensionnement.Le calcul peut seffectuer dans le cadredune feuille Excel (figure 4) ou treintgr au logiciel de calcul de structures.

Ces logiciels spcialiss assurent les contrles ncessaires pour une application correcte des rglesdfinies par le Guide technique 1994 ou par les diffrents guides et catalogues.Ils sont indispensables pour optimiser les paisseurs en fonction des caractristiques propres du projet ou encore pour calculer des structuresalternatives la solution de base lorsdappels doffres ouverts aux variantes.

Ces outils permettent aussi de calculer une valeur admissible pour tout autreparamtre que les contraintes ou les dformations. En pratique, pour une structure donne, ils aident calculerun trafic, une dure de vie ou encore un risque admissible. Cette dmarche est pralable au calcul dune structurealternative par simple quivalence avec une structure de rfrence.

Les documents dapplicationde la mthode franaise de dimensionnement

La doctrine gnrale de dimensionnementdes chausses pralablement expose

se dcline de diffrentes faons en fonction de la nature des rseauxconsidrs et de la politique des diversesmatrises douvrage. Elle donne ainsi lieu diffrents documents dapplicationsuccinctement prsents ci-aprs.

Documents dapplication aux routes et autoroutes

> Catalogue des chausses neuvessur le rseau routier nationalLa matrise douvrage Etat publiepriodiquement un Catalogue des structures types de chausses neuvespour son rseau national. La dernireversion de ce document date de 1998 [2].Les structures figurant dans ce cataloguesont calcules laide de la mthode

Calcul des limites admissibles

EME de classe 2

Type de Voie (VRS ou VNRS) VRSClasse de trafic cumul TC5trafic journalier (PL/j) 500nb de jours par an 365dure (anne) 30croissance linaire 0,050

TRAFIC CUMUL (million) 9,581

CAM EME 2 (agressivit) 0,80CAM Sol (agressivit) 1

TRAFIC Equivalent EME 2 (million) 7,665TRAFIC Equivalent Sol (million) 9,581E(10C)(MPa) 20 200E(15C)(MPa) 16 000Coefficient de Poisson 0,35

epsilon 6 (10C-25Hz)(10 E-6) 130pente de la droite de fatigue : b -0,175

cart-type sur la loi de fatigue : sigma N 0,28cart-type sur les paisseurs : sigma H 2,5

risque (%) 5t -1,645

coefficient Kt (temp rature) : (E(10C)/E(15C))^0,5 1,124coefficient KT (trafic) : (Neq/10^6)^b 0,70Delta 0,40coefficient Kr (risque) 0,77coefficient Kc (calage) 1,0

coefficient 1/Ks (rigidit de la couche support) 1,0

EPSILON T admissible (10 E-6) 78,5

EPSILON Z admissible (10 E-6) 338,3

Paramtres choisis par lutilisateur

Paramtres dfinis automatiquement

Rsultats intermdiaires

Limites admissibles

Figure 4Exemple de feuille de calcul des limites admissibles

Example of permissible limit calculation data sheet

Matriau (kg/m3) w (%) ng (W/m2.C) g (W/m2.C)BB 2350 1 2 2,1

GB3 2350 1 1,9 1,9

GC 2250 3 1,8 1,9

GL 2150 4 1,4 1,5

Sol A 1300 32 1,1 1,8

Tableau 4Caractristiques thermiques de quelques matriaux de chausses

Thermal characteristics of some pavement materials

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dcrite prcdemment,avec des hypothses propres au rseau national.

Ainsi, traditionnellement, lEtat adoptepour son rseau une logiquedinvestissement initial lev,associ de longues dures de vie des structures et un entretien rduit.Cette hypothse a t maintenue dans la dernire version.Fait nouveau, le rseau a t class en deux catgories de voies :> les voies du rseau structurant (VRS), caractre autoroutier ;> les voies du rseau non structurant(VRNS), correspondant aux autres routes.

Les premires adoptent une dure de calcul des structures de 30 ans et des valeurs leves des coefficientsdagressivit du trafic lourd ;les secondes une dure de calcul de 20 ans et des coefficients dagressivit moindres.

Ces hypothses distinctes conduisent des structures diffrentes, prsentesdans deux jeux de fiches diffrents.Chaque fiche rcapitule pour un type de structure donn et des matriauxdassise fixs (par exemple GB3/GB3,(figure 5) les paisseurs mettre en uvre pour un ensemble de couplesclasse de plate-forme/classe de trafic

donn, et propose des abaquespermettant de vrifier la conformit de la structure au gel/dgel.

Cette nouvelle dition du catalogueinnove en retenant :> Trois classes de plate-forme : PF2, PF3et PF4, encourageant ainsi le recours des plates-formes de qualit leve (et en abandonnant les PF1,juges trop mdiocres).> Sept classes de trafic cumul, couvrantainsi un spectre de trafic allant de quelques centaines de milliers de poids lourds (TC2) plusieurs dizaines de millions (TC8).Au total, ce sont 25 fiches pour les VRS et 27 pour les VRNS dcrivant autant de structures diffrentes qui sont proposes au projeteur.

> Guide des variantesUn guide variantes est paru depuis 1998 [3], qui dfinit les rgles de conception des solutions variantesdans le cadre des appels doffres pour les marchs publics de lEtat.Il est destin la matrise duvre et aux entreprises.Ces variantes peuvent porter sur :> les couches de surface (matriaux et paisseurs) ;> les couches dassise (matriaux,paisseurs, combinaison base/fondation) ;> la couche de forme (matriaux et paisseurs), et> sur les matriaux :>> ayant soit fait lobjet dun avistechnique SETRA/LCPC, soit dun certificat technique dans le cadre de la Charte de l'innovation routire ;>> appartenant sinon aux classes de matriaux normaliss,mais avec possibilit de valoriser dans certaines limites et sous certainesconditions des performances suprieuresaux valeurs normalises.

Les propositions de variante doivent,par ailleurs, respecter les choix du matre douvrage spcifis dans le document de consultation des entreprises (DCE).Les hypothses de dimensionnement qui auront conduit la solution de base devront tre explicites.Un appel doffres sera dautant plus riche que la consultation sera lance en amont,afin que les diffrents acteurs matrisent bien toutes les donnes dune ventuelle modification du projet de base.

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Figure 5Exemple de planche de structures du catalogue du rseau routier national

Example of national roadnetwork catalogue of structures

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> Document spcifique aux autoroutesLe Manuel de conception des chaussesdautoroutes, conu et dit par Scetauroute est un exempledapplication ddi aux structuresautoroutires. Il sinscrit dans le cadre de la mthode franaise de dimensionnement,avec des hypothses spcifiques ces grands chantiers.Compte tenu du niveau de service levvis sur autoroutes et du caractreindustriel des travaux, la conception des chausses dautoroutes tient comptedes particularits suivantes :> exigences leves sur les caractristiques de surface (uni, adhrence, profil en travers,bruit, etc.),> minimalisation de la gne aux usagerslie aux travaux dentretien,> rgularit de la qualit des travaux(compacits, paisseurs),> valorisation des matriaux locaux du trac,> conception globale et ralisationcoordonne des ouvrages de terrassements et de chausses.Ce contexte implique des choix et des hypothses particulires qui diffrent de celles prsidant la conception des routes traditionnelles.La gamme de trafic est tendue vers le haut et ouverte, pour des dimensionnements ltranger,sur lessieu europen de 115 kN.Les classes de plate-forme sont adaptes au trafic chantier lourd et intense, avec des critres de rception court et long terme spcifiques.La prise en compte de la qualit des travaux et de sa rgularit se traduit directement en terme de dimensionnement par des dispersions minimises.La dure de vie est adapte chaque type de structure (15 ans pour les structures souples et tout bitume, 20 ans pour les structuresmixtes, 25 ans pour les structures en bton), et assortie dune stratgie dentretien prventif.Le manuel propose, en outre,une mthode de vrification au gelsimplifie, qui intgre la protectionmcanique apporte par les couches de forme traites.Enfin, le manuel dfinit des structurespour aires de service et de repos,et donne les grands principes de conception des revtements pour ouvrages dart.

> Chausses faible traficLes chausses faible trafic,de 0 150 poids lourds/jours par sens de circulation, ncessitent une approchediffrente due leurs caractristiquesspcifiques par rapport aux rseauxroutiers et autoroutiers nationaux.Elles se caractrisent par :> Une stratgie de dimensionnement et dentretien variable dune matrisedouvrage lautre (collectivits locales,dpartementales, etc.), qui se traduit par des dures de vie de calcul pouvantvarier de 10 50 ans (cas de la Ville de Paris) et, en gnral, des niveaux de risque plus levs (jusqu 45 %).> Une politique de valorisation des matriaux locaux, voire des dchets,produits par la collectivit elle-mme.La palette des matriaux utilisables est donc trs large : aux matriauxnormaliss sajoutent les matriauxlocaux et les dchets valorisables en technique routire.> Une prise en compte des problmes de gel/dgel moins contraignante au planstructurel dans la mesure o la pose de barrires de dgel peut tre envisagepour des hivers de rigueur non exceptionnelle.

En consquence de ces spcificits,le Manuel de conception des chausses neuves faible trafic est plus un guide pour la conception et le dimensionnement quun catalogue de structures pr-calcules comme le catalogue 1998 de la Direction des routes. Il sadresse aux spcialistes en charge dtablir des catalogues locaux ou rgionaux voqu plus loin,mais peut aussi tre utilis pour dfinir des structures par simple lecture des abaquesdapplication quil contient.Actuellement en cours de rvision,ce manuel verra privilgi son rle de guide pour la ralisation de catalogues rgionaux.La mthode et les paramtres de dimensionnement, en conformit avec le Guide technique de 1994,seront largement explicits pour les grandes familles de structures de chausses (souple, bitumineux,semi-rigide et rigide) les plus adapts au faible trafic.

> Guide de renforcementsLes tudes ncessaires la mise en place des programmes de renforcements coordonns des annes 1968 1985 ont conduit une volution des connaissances

et pratiques synthtises par le rseautechnique dans les documents ci-aprs :> Guide dauscultation des chausses [9],> Guide pour lauscultation des chausses assise traite aux liants hydrauliques [10],> Guide technique de dimensionnementdes chausses souples [11].Depuis cette priode, les structuresrencontres sur les rseaux routiers ont chang. Il y a eu une rduction du linaire de chausses structuressouples au profit des linaires de structures bitumineuses paisses,de structures semi-rigides et de structures mixtes.Les moyens de reconnaissance se sont amliors, dune part,au niveau des paramtres mesurables par les appareils grand rendement(rayon de courbure et bassin de dflexionen complment de la dflexion) et, dautre part, grce un nouveaumatriel tel que le dflectographe avec inclinomtre, le curvimtre,le Falling Weight Deflectometer (FWD) pour la dformabilit ou encore le RADARpour la connaissance de lhomognitde la structure, etc.Il en est de mme des moyens de traitement et danalyse des donnes avec les banques de donnes routires et les logiciels de calcul et de modlisation du comportement des structures comme Aliz, Ecoroute ou encore CSAR pour les structuresdiscontinues.Ces volutions ont t accompagnes par une codification des pratiques sous forme de normes, mthodes dessais ou dtudes LCPC.De ces volutions, on notera les documents les plus rcents ci-aprs :> Actualisation du guide de dimensionnement des renforcementsdes chausses souples [12],> Aide la gestion de lentretien des rseaux routiers - volet chausses avec ses 5 mthodes (M1 : connaissancedes rseaux routiers, M2 : valuation et suivi des rseaux routiers, etc.) [13],> Guide dentretien des chaussesbton [14].

Actuellement, une opration de mise niveau et dactualisation des documents des annes 70-80 est en cours, sous lgide du Comitfranais pour les techniques routires(CFTR). Ce futur document, provisoirementbaptis Dimensionnement des renforcements de chausses -Mthodologie , doit tre conu

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comme une rfrence mthodologique,dune part, pour lauscultation et le diagnostic des chausses et, dautre part, pour la conception des solutions dentretien. Il sappuiera sur les connaissances actuelles et lexprience des experts,et devrait tre applicable sur toutes les chausses sauf les chausses en bton.

> Les catalogues rgionauxLa parution du manuel de conception Chausses neuves faible trafic de 1981 avait suscit le besoin de catalogues de structures rgionaux(Ouest - 1981 -, Ile-de-France - 1984 -,Midi-Pyrnes - 1985 -, Centre - 1990) et locaux (Communaut urbaine de Lille,dpartements de Seine-Maritime et de Sane-et-Loire).Larrive (1998) du catalogue des structures types de chausses neuvespour le rseau routier national fut un lment dclenchant pour une refontedes catalogues rgionaux. Ainsi le clubdchanges dexpriences sur les routesdpartementales Ouest a publi une nouvelle version en 2002 intitule Guide pour la construction des chausses faible trafic - Bretagne,Pays-de-la-Loire et le catalogue des structures de chausses Ile-de-Franceest en cours de publication.Pour des facilits demploi, ces

catalogues rgionaux prsentent desstructures types fonction des classes de plate-forme et de trafic, directementapplicables par les projeteurs.

Pourquoi des catalogues de structuresrgionaux ou locaux ? Essentiellementpour prendre en compte les politiquestechniques des matrises douvragelocales ou dpartementales.Ainsi, la stratgie de dimensionnementdes structures de chausses retient des dures de calcul qui influent sur les dpenses dentretien. Les duresde calcul retenues par la matrisedouvrage des rgions Ouest furent de 12 ans pour la rase campagne et de 20 ans pour le milieu urbain en prsence de bordures de trottoir.Ces dures taient juges satisfaisantescompte tenu des niveaux faibles de traficet des cycles dentretien gnralementappliqus sur ces types de voies.Mme pour de faibles linaires, la matrisedes cots des travaux passe par unereconnaissance gotechnique adapte.Ainsi, une dmarche simplifiedapplication du GTR est utilise dans le guide Ouest. Ce sont lesexpriences rgionales, par la spcificit des sols rencontrs, les diffrentes mesuresde portance sur chantier et les comportements dans le tempsdes structures qui ont conduit :

> Ecarter la classe de portance PF1 qui posait problme.> Diviser la classe PF2 en PF2- et PF2+,cette dernire tant caractristique des couches de forme granulaires qui prsentent frquemment un module de rigidit compris entre 80 et 120 MPa (tableau 5).> Retenir la classe PF3 pour les couchesde forme traites.

La nature de la couche de roulementreste stratgique pour les matresdouvrage. Elle traduit un niveau de service pour les usagers et le confortdes riverains (dans le cas demploidenrobs phoniques). Ainsi, les enrobssont gnralement appliqus pour les zones en agglomration et les traficsles plus agressifs, les enduits retenuspour les faibles trafics en rase campagne(en zone peu urbanise).

La voirie urbaine

L'application aux chausses urbaines de la mthode de dimensionnement se trouve confronte aux spcificits du contexte urbain qui imposent des contraintes particulires.

Ces contraintes sont lies la prise en compte :> de l'aspect multifonctionnel de la voirieurbaine (photo 2). La voirie urbaine se caractrise par la multiplicit des fonctions assurer vis--vis d'un grandnombre d'usagers : automobilistes, poidslourds, transports en commun, deux roues,pitons, riverains. La hirarchie des objectifs assigns aux liaisons routiresest modifie : outre les objectifs de solidit, de confort et de circulation des vhicules, les proccupationsd'esthtique, d'intgration dans un projetd'amnagement et de limitation des nuisances peuvent devenirprpondrantes.> des paramtres conomiques et,en particulier, ceux lis l'entretien

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Tableau 5Exemple dadaptation du GTR : dcomposition de la classe PF2 en PF2- et PF2+Epaisseurs des couches de forme en matriaux granulaires ncssaires

Example of adaptation GTR (Road Earthworks Guide): Breakdown of Class PF2 into PF2- and PF2+Required thickness of granular material subgrade layers

Epaisseur de couche de forme pour une classe de plate-forme PF2-

0,75 m (0,20 m de 0/63 + 0,55 m de 0/150)

ou 0,60 m (0,20 m de 0/63 + 0,40 m de 0/150) sur gotextile

0,60 m (0,20 m de 0/63 + 0,40 m de 0/150)

ou 0,50 m de 0/63 sur gotextile

0,45 m de 0/63

0,30 m de 0/63

Couche de rglage de 10 cm dpaisseur de 0/31,5 ou 0/20

Contexte de ralisation

Dblaisans drainage

Dblai avec drainageprofond

Dblai sans drainage

Remblai ou dblai avec drainage

Remblai ou dblai

Qualification de la portance de PST(1)

Sols dformables trs dformables

Sols peu dformables maissensibles leau

Sols trs peudformables

insensibles leau

Epaisseur de couche de forme pour une classe de plate-forme PF2+

1,00 m (0,20 m de 0/63 + 0,80 m de 0/150)

ou 0,85 m (0,20 m de 0/63 + 0,65 m de 0/150) sur gotextile

0,80 m (0,20 m de 0/63 + 0,60 mde 0/150)

0,60 m (0,20 m de 0/63 + 0,40 m de 0/150)

0,45 m de 0/63

Couche de rglage de 20 cm dpaisseur de 0/31,5 ou 0/20

Si EV2 > 120 MPa obtention de PF3 (1) PST : plate-forme suprieure de terrassement

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et aux rparations. La capacit de rparation est un point important pour les chausses urbaines qui fontl'objet de travaux lis la prsence de rseaux enterrs. Ils doivent se faireavec un triple souci de rapidit,de simplicit et de faisabilit avec des matriaux disponibles en petite quantit.> du contexte d'environnement et d'amnagement spcifique.Des considrations d'ordre esthtique ou visuel peuvent imposer une couche de roulement spcifique ou de couleurclaire, ou d'aspect particulier,par exemple pavage en pierre naturellepour s'intgrer au mieux proximit d'un monument historique.> de la rduction des nuisances sonoresqui passe par le choix de revtementspeu bruyants,> de la possibilit de ralisation des chantiers gnralement sous circulation,> etc.

D'autres aspects, en revanche,sont plutt favorables vis--vis de la durabilit des chausses urbainescomme l'agressivit du trafic nettementplus faible que celle sur routesnationales, la portance leve du sol support des anciennes chausses qu'il sera important de prserver dans le cas d'une reconstruction,ainsi que l'impermabilisation des chausses qui est en gnral soigne, etc.Le dimensionnement des chaussesurbaines doit galement tenir comptedun certain nombre de paramtresspcifiques :> Des rgles particulires de conceptionEn milieu urbain, la conception d'une structure de chausse se prsentesuivant trois contextes bien distincts :>> la ralisation de chausses neuves,sans contraintes d'paisseur dans les zones en extension ou en rnovation d'urbanisme (ZAC, lotissements),

>> la rhabilitation de chaussesexistantes, avec contraintes d'paisseur.Dans ce cas le niveau final de la chausse est fix, la desserte des immeubles devant tre assure dans les mmes conditions qu'auparavant ; l'paisseur de la chausse raliser dpenddirectement de celle en place.Pour rsoudre ce problme un choixjudicieux des matriaux en fonction de leurs performances permet d'obtenir l'adquation entre les contraintes calcules et celles admissibles par les matriaux.

> Des dures de vie adaptesLe choix de la dure de vie se fonde sur les principaux points suivants :>> le taux de renouvellement rel des structures bas sur la tenue d'un historique et de statistiques sur les surfaces reconstruites ;>> l'occupation du sous-sol par diffrents rseaux. Le choix de la dure de vie doit prendre en compte la frquence des interventionssur ces rseaux : par exemple 10, 20,ou 30 ans pour, respectivement,des interventions trs frquentes,frquentes et trs peu frquentes.>> l'existence d'un rglement de voiriefixant les procdures des interventionssous chausses ;>> l'volution de l'urbanisme et l'importance des projets de requalification de la ville.

> Des conditions climatiques moinssvres. Le contexte urbain se traduitpour le corps de chausse par moinsd'eau et moins de froid. Le gel nest passouvent facteur de dimensionnement.

> Guides, catalogues et logicielspour voirie urbaineDes documents spcifiques la voirieurbaine ont t tablis lintention des projeteurs.Au niveau national, on peut citer le Guide de dimensionnement des structures des chausses urbaines du Centre dtude sur les rseaux,les transports, lurbanisme et les constructions publiques (CERTU)ainsi que le Guide pratique de la voirieurbaine [15]. Ils sont complts par deuxlogiciels spcifiques : Struc-Urb pour le dimensionnement des structures de chausses urbaines (CERTU) et VoiriB. pour le dimensionnement et la mise en uvre des chaussesrevtues de pavs ou de dalles en bton (CERIB).

Photo 2La voirie urbaine : la multiplicit des fonctions

Urban roadways: multiplicity of functions

DR

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Au niveau local, comme les qualitsrecherches en voirie urbaine sont nombreuses et leur hirarchisationvariable dune matrise d'ouvrage lautre, un certain nombre de grandesmtropoles ont souhait disposer de catalogues de structures types leur pour rpondre plus spcifiquement leurs besoins. Cette dmarche permetune simplification et une standardisationdes types de structures y compris en terme d'paisseurs des couches mettre en uvre.

Les chausses aronautiques

Le contexte des chausses aronautiquesa toujours eu une dimension plusinternationale que celui des chaussesroutires. Aussi la mthode de dimensionnement des chaussesaronautiques utilise en France reste- t-elle fortement inspire de la mthodeamricaine de type semi-empirique,qui prvaut dans le monde. Signalonstoutefois que louverture au traficdaronefs de plus en plus lourds,pour la prise en compte desquels la mthode actuelle se heurte des difficults dextrapolation,a rcemment relanc un certain nombrede travaux de recherche exprimentauxet thoriques en vue dune volution vers une mthode rationnelle plus labore et plus apte intgrer les volutions du secteur.

> Chausses souples aronautiquesLe dimensionnement des chaussessouples aronautiques repose sur la mthode CBR (California BearingRatio) du Corps of Engineers.Le complexe form par le sol support et la chausse est assimil,dans un premier temps, un massif semi-infini, homogne isotrope de type Boussinescq.Le critre retenu pour le dimensionnement des chaussessouples est celui de la contrainte verticale z au niveau du sol support.La formule CBR permet de calculerlpaisseur e de chausse pour laquelle est admissible la contrainte verticale produite par une charge P applique 10 000 fois avec une pression quniformment rpartie sur laire a dun cercle.

Cette formule fournit une paisseur rellepour un massif homogne constitudune GNT, concasse et bien gradue,ayant un module de dformation de 500 MPa reposant sur un supportdfini par son CBR.

> Chausses rigides aronautiquesLe critre de dimensionnement des chausses rigides est la contrainteadmissible a de traction par flexion dans la dalle de bton.

Le moment de flexion de la dalle est calcul par la mthode de la Portland Cement Association (PCA) avec les hypothses de Westergaard (le sol se comporte comme un liquidedense, il est caractris par son modulede raction K, la thorie des plaques est applique la dalle, les charges sont situes au centre dune dalle infinie).Les abaques de dimensionnementpermettant de calculer les moments de flexion pour tous les typesdatterrisseurs ont t labors par Ray et Pickett de la PCA.Ils ont t construits en sappuyant sur une relation entre la chargeapplique, le module de raction K0du sol support, lpaisseur de la dalle et la dformation de celle-ci.

> Les outilsCes diffrents abaques ont tinformatiss dans les logiciels Souplex et Rigix qui ont, par la suite,t regroups sous le logiciel DCA(Dimensionnement des chausses

aronautiques). Celui-ci permet de dimensionner des chausses souplesou rigides partir dun trafic plus ou moins complexe.

> Les documents dapplicationLes documents dapplication sont regroups en trois volumes [16].Le volume 1 prsente de maniredtaille les rgles de dimensionnement ;le volume 2 est un manuel pour lutilisateur qui comporte

des abaques relatifs aux avions ;enfin, le volume 3 est consacr aux charges admissibles par les pistes.A titre dexemple (figure 6), dans le casdes chausses souples, on dtermine pour un avion donn en fonction de la charge P0 et du CBR du sol support, lpaisseur quivalente mettre en uvre.En fonction de cette paisseurdtermine, on utilise un deuximeabaque qui donne lpaisseur quivalente de matriaux bitumineux mettre en uvre.Le passage des paisseurs quivalentesaux paisseurs relles est possible par lintroduction de coefficientsdquivalence entre le matriau rel mis en uvre et la grave de rfrence.

Les autres chaussesspcifiques

> Les chausses rservoirElles sont en fait des chaussesmultifonctions (figure 7).

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Figure 6Abaques de dimensionnement des structures aronautiques

Structural design charts for airfield pavements

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A la fonction de base qui est dassurer la circulation et le stationnement des vhicules viennent sajouter :> une fonction hydraulique de rgulation des eaux de ruissellement,> parfois, une fonction acoustique de rduction des nuisances phoniquesgnres par la circulation des vhicules,> souvent, une fonction de dpollutioncar les matires en suspension contenantdes lments dangereux sont en partieretenues dans les matriaux filtrants.Un double dimensionnement est raliser.Dabord, un calcul hydraulique pour dfinir les besoins de stockage en eau, puis aprs avoir choisi un type de structure, un calcul de mcanique des chausses pour dterminer lpaisseur de la couche de base.

>> Dimensionnement hydrauliqueLes lments ncessaires pour calculer un projet sont :> Le rapport de la surfaceimpermabilise la surface de la chausse rservoir (Si/Sr).La surface des espaces verts est gnralement exclue mais pas celle des constructions dont on souhaiteaussi stocker les eaux de pluie.> Les caractristiques de laverse de rfrence.Il sagit, en gnral, de lorage dcennal.

>> Dimensionnement strcturelLa tenue mcanique de la structure est assure en dimensionnant la couche de base, en tenant compte des caractristiques mcaniques des matriaux utiliss : enrob drainant, enrob haut module,bton poreux, etc.

En ce qui concerne le support,la mise en place dune tanchit sous la couche de fondation permet la prise en considration des caractristiques habituelles des sols travers des indices de plate-forme (Pfi).Dans le cas dune infiltration souschausse, la perte de portance des solsdoit tre prise en compte et conduit une surpaisseur de la couche de base.

> Les infrastructures de transport en communLa mthode de calcul par lments finis a ouvert de nouvelles perspectives au dimensionnement assez largementempirique des infrastructures pour tramways sur rails.Lune des particularits de ce problmetient la prsence du rail,de son montage sur des traverses avec des pices dappui intermdiaires.Des applications plus rcentes concernentle nouveau concept de tramway guid sur pneus, comportant en partie centraleun rail de guidage reprenant des effortsapprciables de basculement et de soulvement. Dans les deux cas,les structures ne peuvent trereprsentes que par des modles tri-dimensionnels (figure 8).

Moyennant la transposition au domaine ferroviaire de la dmarche de dimensionnement rationnelle des structures routires, ce type de modle a t appliqu pour ltude du dimensionnement des infrastructuresde divers projets de tramways,notamment avec la RATP et Semaly.

> Les chausses de plates-formes industriellesLe dimensionnement de ces structures de chausses doit tenir compte de leurs spcificits lies essentiellementaux caractristiques des engins,de leur plan de circulation et des stocks qui les solliciteront :> charge par roue souvent trs leve ;plusieurs dizaines de tonnes (photo 3),> des chargements rpts en nombreparfois faible (quelques milliers de passages) et plus ou moins canalissselon les plans de circulation mis en oeuvre. Il en rsulte des paramtres de dimensionnement,en particulier ceux lis la fatigue des matriaux, en limite du domaine de validit de la mthode.> pression de contact roue-revtementleve (2 10 MPa) ou prsence de charges statiques ncessitant

Figure 7Structures types de chausses rservoir

Typical reservoir pavement structures

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un choix de matriaux rsistants au poinonnement,> charges caractrises par des vitesses de dplacement faibles de quelques km/h, voire nulles (engins larrt) qui influent,pour des matriaux viscolastiques,sur la rigidit prendre en considration dans les modles de calcul,> engins essieux multiples ncessitant lemploi de logicielspermettant leur prise en comptesimultane ;> exposition aux sollicitationsclimatiques diffrente de celle des routes dans le cas dairesabrites (variations de tempraturemoindre, absence de pluie et gel, etc.).

Le dimensionnement de ces chausses se rvle encore problmatique,notamment lorsque celles-ci peuventgalement servir daires de stockage.Il faut alors concilier les approches de dimensionnement de chausses avec celles de dimensionnement de dallage pour charges statiques,qui ne relvent pas, en ltat actuel des documents, des mmes approches.

Dveloppements et perspectives

La tendance gnrale dans le monde est aujourdhui linflchissement des mthodes de dimensionnement vers des approches de type rationnel et leur amlioration,ceci en combinaison avec le dveloppement de mthodesperformantielles de caractrisation des matriaux.Dans le domaine aronautique,la principale motivation pour une tellevolution tient laugmentation du trafic arien et lavnement de porteurs de plus en plus lourds (tel que prochainement lA 380) vis--vis desquels lextrapolation des mthodes empiriques ou semi-empiriques traditionnelles nest pas garantie.

Dans le domaine routier, les motivationssont multiples et plus ou moins explicites. Citons les principales :> Ncessit de pouvoir prendre en compte lmergence de solutionstechniques (matriaux, structures) de plus en plus nombreuses,souvent alternatives aux solutionsclassiques et pour lesquelles les mthodes anciennes

de caractrisation des matriaux ne sappliquent pas toujours,ni les mthodes empiriques de dimensionnement juges trop longues fournir des rponses (mme sil ne sera jamaispossible dans ce domaine de fairelconomie dessais en vraie grandeuravec des dures dobservationsuffisamment longues).> Souhait de parvenir au niveauinternational des normesperformantielles homognises,sur la base dessais jugs rellementpertinents vis--vis du comportement des structures.> Gnralisation de lutilisation doutils de gestion pour lentretien des chausses (Pavement ManagementSystem), qui ncessitent de sappuyer sur des lois dvolution fiables dtat des chausses et de rgles performantesdaide la dcision dentretien des chausses.

Les progrs raliss en mcanique des chausses dans les moyens dessai en laboratoire ou in situ, les modles et les mthodes de calcul rendent a priorices objectifs de plus en plus ralistes.Nanmoins, il est important ici de relativiser limpact potentiel de ces progrs sur les mthodes de dimensionnement stricto sensu.

Si, en effet, les facteurs de progrsmentionns plus haut ont des apportsdirectement tangibles et valorisables en tant que tels sur ltude et la modlisation du comportement des matriaux et structures de chausses, il reste toujours difficileden faire bnficier les mthodes de dimensionnement.Les raisons cela sont profondes.

Les mthodes de dimensionnement de chausses comportent par nature tout un ensemble de donnes floues , distributions statistiques plus ou moinsconnues au stade dun projet, lies aux incertitudes sur les matriaux en place, la ralisation de louvrage, la description du trafic, aux conditionsenvironnementales et leurs variations ;ce qui, dune part, rend particulirementcomplexe le problme traiter et, dautrepart, lisse et relativise toute prcisionapporte sur la connaissance et la description du comportement des matriaux et des structures.

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Photo 3Elvateur bateaux quip de 16 roues pouvant tre charges 70 t chacune

Boat lift equipped with 16 wheels, each with a loading capacity of 70 t

DR

Figure 8Tramway de Strasbourg, vue de la voie en cours de montage et du modle EF-3D CSAR

Strasbourg tramway. View of track during setup, and CSAR EF-3D model

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Cest sans doute lune des raisons pour lesquelles la plupart des mthodesrationnelles en restent actuellement au stade des modles multicoucheslastiques, leurs volutions consistant dterminer les valeurs des paramtres(modules, dformations admissibles,coefficient de calage, etc.) associes chaque nouveau matriau ou technique de construction.

Nanmoins, lon peut tenter de dgagersans donner de calendrier certainesperspectives dvolution sur le fond de ces mthodes, sur la base de travaux engags en France comme linternational, notamment aux Etats-Unis dans le cadre du programme Superpave.

Matriaux granulaires non lis (sols, graves) et chausses souples

Les comportements gnriques rversiblesde ces matriaux, de type lasticit non linaire et anisotrope pour la gammeusuelle des sollicitations routires (< 10-3), sont aujourdhui bien connus,grce notamment aux tudes en laboratoire sur cellules triaxiales chargements rpts (TCR) [17].

La programmation de telles lois de comportement lintrieur de modlesaux lments finis tri-dimensionnels ou symtrie de rvolution permet ainsi de mieux apprhender au cas par cas ( matriau fix et teneur en eau donne) le comportement des chausses souples au passage de poids lourds.

En raison des difficults mentionnes(diversit des matriaux non lis,variabilit de leur comportement en fonction de la teneur en eau, etc.),ces travaux nont pas donn lieu pour linstant de nouvelles rgles de calcul des chausses souples,mais on est en droit de penser que ce sera l une volution assez prochaine des mthodes de dimensionnement.

Les recherches actuelles portent sur la prdiction des dformationspermanentes dans les couches de sols et GNT, et plus spcifiquement sur le passage des rsultats dessai TCR au terrain, en sintressant cette fois la partie irrversible du comportementdes matriaux non lis. La dmarche resteencore finaliser et valider dans le cas

dessais sous conditions de trafic et teneuren eau contrles, avant denvisager de possibles transpositions lintrieur de mthodes de dimensionnement.

Btons bitumineux et chausses bitumineusespaisses

Les travaux mens ces dernires annes ont confirm la pertinence et la quasi-universalit du modle de Huet & Sayegh (1963) [18, 19].comme mode de description du modulecomplexe des btons bitumineux en fonction de la frquence et de la temprature.

La pertinence du modle et sa plus grande justesse compares aux modles lastiques a galement t dmontre lchelle de structures de chausse routire et aronautique,par des comparaisons entre mesures de dformation au passage de charges roulantes et rsultats de calcul visco-lastique aux lmentsfinis [20, 21, 22, 23].Lintroduction du modle de Huet & Sayegh lintrieur dun programme semi-analytique de calcul de multicouches viscolastiques est en cours au LCPC.Il permettra dobtenir des rsultats en un temps nettement infrieur celui des modles aux lments finis et de mieux valuer lapport potentiel de ce type doutil pour le dimensionnement des chausses, en comparaison aux modles lastiques actuels.

De multiples tudes et recherches,dont certaines sont en cours, restent par ailleurs ncessaires dans le domainedu dimensionnement des chaussesbitumineuses et de prdiction de leur volution. Citons parmi celles-ci :> La comparaison entre les phnomnesdendommagement par fatigue des enrobs bitumineux se produisant en laboratoire au cours des essais de fatigue usuels et ceux se produisant sur le terrain, compte tenu des temps de repos entre vhicules, des capacitsdautorparation du matriau,de la cration avre de fissures, etc.> La prdiction du phnomnedornirage (une dmarche analogue celle mene sur les dformationspermanentes des matriaux non traits semble possible).> La prise en compte des enrobs froiddans le dimensionnement des couches

structurantes, tant donn les propritsfortement volutives de ces matriaux sur la dure de vie des chausses.

Chausses rigides,chausses spciales

Un besoin important dans ce domaineconcerne lacclration des temps de calcul des modles aux lments finis, qui sont gnralement utiliss pour lanalyse de ces structures, gomtries discontinues et comportement non linaire (du fait de conditions de contact unilatrales).Plusieurs voies sont examines dans ce sens au LCPC, notamment laide dlments finis de type nouveau, gomtrie plane (2D au lieu de 3D) et cinmatique enrichie.

Il est attendu galement que lutilisationde tels lments fournisse un moyendanalyse rapide des phnomnes de fissuration dans les chausses et permette ainsi de dgager et mieuxcomprendre les lois dvolution de ce type de pathologie sur chausse neuve ou renforce.

Approches probabilistesexplicites

Le dimensionnement des structures est inluctablement environn dune notionde risque, lie au caractre statistique ou probabiliste de nombreux de paramtres en jeu. Un certain nombrede travaux tendent aujourdhui oprerexplicitement sur les distributionsstatistiques relatives aux donnes du problme et restituer les rsultats de calcul, telle que la durede vie de louvrage en fonction de son dimensionnement,sur le mme mode.Ce type dapproche rend compte par principe de la sensibilit des rsultats vis--vis des nombreusesdonnes caractre alatoire du problme et prsente lintrt pour le projeteur de quantifier et illustrer concrtement le risque li au choix dun dimensionnement.

Chausses longue dure de vie

Mentionnons pour finir ce bref tour dhorizon, non exhaustif,sur les tudes en cours dans le domainedu dimensionnement des chausses,

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quelques rflexions et recherchesconnexes portant sur les chausses trs longue dure de vie structurelle ( condition dun entretien de surface adapt).Lorigine de ces travaux provient en partie de la constatation faite dans certains pays de lexistence de chausses, notamment de typebitumineuse paisse, dures de vie avres, en trafic cumul,bien suprieures aux valeurs de projet.Do un certain nombre dtudes visant expliquer les carts observs, modifier en consquence les mthodes de dimensionnement et expliciter les rgles de conception et construction de telles chausses. Parmi les explicationsrecherches figure celle de lexistencedun seuil en fatigue des enrobsbitumineux, sous sollicitation relle de trafic - distincte des sollicitationsentretenues souvent utilises en laboratoire - ou encore leffet du vieillissement des liants bitumineux en couche de base, dont laugmentationbnfique de module, et donc de diminution des dformations,lemporterait sur leffet ngatif de fragilisation du matriau et dabaissement de ses performances en fatigue.

Conclusion

Le dimensionnement des chausses reste une discipline ouverte face :> lvolution du contexte dexploitationdes ouvrages,> la diversit croissante des matriaux et techniques offerts la construction,> lavnement des mthodesperformantielles de caractrisation des matriaux.

Lorientation des mthodes de dimensionnement vers des approches de type rationnel est aujourdhui la voiegnralement suivie par lensemble des pays pour rpondre ces dfis.Toutefois, lvolution sur le fond de ces mthodes, afin daugmenter leur caractre prdictif et pouvoirdiminuer la part dessais in situ,reste une tche techniquement ardue,qui ne peut rsulter que de multiplesprogrs amonts en mcanique des chausses.

Pour clore ce chapitre, nous voudrionsinsister la fois sur le contenupdagogique gnralement riche des manuels et mthodes de dimensionnement des chausses,

qui par nature sont le lieu de convergencedun grand nombre de savoirs,mais aussi sur le besoin de les lire et de les mettre en uvre en gardant lesprit les notions gnrales de mcanique, telles que tenseurs de contrainte et de dformation,lois de comportement crites sous forme tensorielle, interprtation des tats de contrainte dans le plan de Mohr-Coulomb, etc.La vocation des mthodes de dimensionnement tre opratoire conduit en effet souvent afficher les rsultats sous une formerductrice, qui risque dobrer la visiondensemble du comportement des ouvrages calculs et de faire oublierles hypothses et limites des modlesthoriques manipuls.

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La méthode française de dimensionnement chaussé

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