Approche empirique

Dimensionnement des structures
de chaussée
Que considérer pour la structure lors du dimensionnement ?
Quelles sont les deux approches de calcul pour les chaussées ?
Quelle est l’approche empirique la plus courante ?
Quelles sont : hypothèses, données d’entrée, formules et abaques utilisées ?
Comment utilise-t-on les méthodes empiriques en pratique ?
Quelles sont les différentes méthodes rationnelles existantes ?
Comment utilise-t-on les méthodes rationnelles en pratique ?
07/10/2016Dimensionnement et entretien des chaussées - O. HNIAD
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 Le corps de chaussée a pour but essentiel de protéger le sol support et doit
assurer une bonne répartition des contraintes afin d'éviter le
poinçonnement de la plate-forme ;
 Les matériaux constitutifs de la chaussée doivent présenter des épaisseurs
et des propriétés de résistance suffisantes afin de supporter les contraintes
répétées de cisaillement, de compression et de traction, ainsi que les
déformations conséquentes engendrées par le trafic.
30 Q1 : Que considérer pour la structure
lors du dimensionnement ?

 Les méthodes empiriques sont des approches qui privilégient l'expérience
acquise suivant le comportement de planches d'essais ou de structures de
chaussées existantes.
Elles sont fondées sur l'obtention de régressions multiples entre les
paramètres comme caractéristiques de l'évolution des structures.
 Les méthodes rationnelles sont des méthodes se basant sur les
caractéristiques mécaniques des matériaux et sur des modèles
mathématiques pour calcul des contraintes générées et comparées à des
valeurs limites calées en fonction des observations réelles.
31 Q2 : Quelles sont les deux approches
de calcul pour les chaussées ?

 La méthode empirique couramment utilisée est la méthode AASHTO des
États-Unis.
 Cette méthode expérimentale fut développée entre les années 1957 et
1961 et son établissement a pris comme sujets d'études 561 sections
routières :
 240 sections souples ;
 50 sections souples avec couche de base stabilisée ;
 271 sections rigides.
 Mais attention : méthode empirique = basée sur des expériences, DONC
contexte de chargement, de climat, de matériau et de sol support bien
particuliers !!
32 Q3 : Quelle est l’approche empirique
la plus courante ?

Hypothèses : (toujours réductrices !)
 La caractérisation de la plate-forme support de chaussée peut être
étendue à d'autres sols-supports en se basant sur échelle de classification ;
 Le chargement peut être appliqué à un trafic mixte par l'utilisation de la
notion d'essieu de référence ;
 La caractérisation des matériaux de surface, de bases et de fondation de
l'essai AASHTO peut être appliquée à d'autres matériaux en leur attribuant
des coefficients de couches appropriés ;
 Le test accéléré au niveau des essais AASHTO sur la période de 2 ans peut
être étendu à une période de service supérieure.
33 Q4 : Quelles sont : hypothèses, données
d’entrée, formules et abaques utilisées ?

Données d’entrée : nécessaires à l’amorçage des calculs
 Le chargement prévu est tout simplement le nombre prévu d'essieux équivalents de
référence (de 18 Kips dans le cas de cette méthode) dont la chaussée subira le passage
au cours de sa durée de vie ;
 La fiabilité de la méthode de dimensionnement est la probabilité qu'une section de
chaussée conçue suivant cette méthode fonctionne de manière satisfaisante sur les
conditions de circulation et d'environnement fixées pour sa durée de vie.
 La structure de chaussée est caractérisée par le nombre structurel (𝑆𝑁), un nombre
abstrait exprimant la résistance structurelle de la chaussée requise pour le sol-support et les
couches granulaires. Le 𝑆𝑁 est converti en une épaisseur de couche réelle (par exemple,
150 mm (6 pouces) d'enrobé à chaud) par la suite.
 La différence dans le 𝑃𝑆𝐼 entre la mise en service et la fin de vie utile est la durée de
service.
 La plate-forme support est caractérisée par son module réversible (𝑀 𝑅). Intuitivement, la
résistance offerte par la plate-forme support devrait être un facteur important dans la
détermination de la structure de la chaussée requise.

 Valeurs de la fiabilité 𝑅 et de 𝑍 𝑅 :
niveau de confiance accordé !
 Valeur de 𝑆0 : représente à quel
point les données d'entrée (trafic
estimé et caractéristiques de la
structure) peuvent changer au
cours de la durée de vie.
Pour les chaussées souples, il varie
entre 0,4 et 0,5, une valeur typique
étant prise égale à 0,45.

 ∆𝑃𝑆𝐼 représente la perte de qualité de service de la chaussée sur sa durée
de vie. classé sur une échelle de 0 à 5, et pour une chaussée souple, il
démarre à partir de 4,2 (indice de mise en service, chaussée neuve) et sa
valeur terminale 𝑝𝑡 est égale à :
 2,5 (valeur typique) à 3,0 pour les voies à grande importance ;
 2,0 pour les voies à basse importance ;
 1,5 dans des cas très particuliers.
 Le coefficient 𝑀 𝑅 peut être estimé directement en laboratoire, par des
rétro-calculs à partir d'essais de déflexion sur le terrain, ou indirectement à
l'aide d'une corrélation avec des mesures habituelles (LIMITATIONS !) :

 Sinon, on peut exploiter le tableau
ci-contre pour les valeurs de 𝑀 𝑅 en
fonction de la classification USCS
des sols (c.f Introduction à la
Géotechnique).
 Effet de la variation saisonnière :
 On mesure le 𝑀 𝑅 à intervalles
réguliers au cours de l'année ;
 On calcule un dommage relatif
pour chaque mois :
 𝑢 𝑓 = 1,18.108
𝑀 𝑅
−2.32
 On calcule un 𝑢 𝑓 moyen ;
 On retrouve le module effectif :
𝑀 𝑅 = 3015(𝑢 𝑓)−0,431

Estimation du trafic total en essieux standard 𝑊18 :
 On devra utiliser une autre équation qui s’ajoutera à la formule AASHTO
précédemment présentée, applicable pour chaque classe de charge et
pour chaque configuration d’essieu :

Exemple 1 : Pour un essieu simple de 133kN, un SN supposé égal à 3 et un
indice terminal de 2,5, calculer le coefficient d'équivalence de l'essieu avec le
standard.
Exemple 2 : Pour un essieu tandem de 178kN, un SN supposé égal à 5 et un
indice terminal de 2,5, calculer le coefficient d'équivalence de l'essieu avec le
standard.
NB : Dans les deux exemples, l’indice de service initial est de 4,2.

 Exemple 1 :
 Exemple 2 :

 Dans le cas où le trafic a été mesuré sur les deux sens (aller et retour), il
convient d'introduire un coefficient qui tient compte de la concentration
du trafic en heure de pointe dans une direction déterminée.
 Aussi, dans le cas où une multitude de voies existe pour le même sens, un
coefficient réducteur est à introduire :
 Route à une voie par sens : 100% du trafic ;
 Route à deux voies par sens : entre 80% et 100% du trafic ;
 Route à trois voies par sens : entre 60% et 80% du trafic ;
 Route à quatre voies par sens : entre 50% et 70% du trafic.

Coefficients nécessaires au calcul du SN :
 Coefficient de la couche de surface a1 (HMA : Hot Mix Asphalt) :

 Coefficient de la couche de base a2 (en fonction du traitement) :

 Coefficient de la couche de fondation a3 (couche granulaire non-traitée) :

 Coefficients de drainage :

Exemple de conception par la méthode AASHTO 1993 :
Concevoir la chaussée d'une voie express constituée d'une couche
d'asphalte (à module réversible égal à 450.000 psi à température moyenne de
20°C), une couche de base en roche broyée (grave non-traitée à module
réversible égal à 40.000 psi) et d'une couche de fondation granulaire (indice
CBR égal à 80).
On supposera que le trafic cumulé est estimé à 7 millions d'essieux de
référence de 18 Kips, que le module réversible effectif du sol est de 7.000 psi,
et que la zone a une bonne qualité de drainage avec 10% du temps
d'exposition à des niveaux d'humidité proches de saturation. On prendra aussi
un niveau de fiabilité de 95%.
48 Q5 : Comment utilise-t-on les méthodes
empiriques en pratique ?

On rappelle les épaisseurs minimales préconisées pour les couches de surface
et de base en pouces et en fonction du trafic cumulé :

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Une bonne méthode pour aborder le problème est la suivante :
 Étape 1 : choix du pourcentage de fiabilité
 Étape 2 : détermination de la déviation standard 𝑆0
 Étape 3 : détermination du trafic cumulé total sur la période de service 𝑊18
 Étape 4 : détermination du module réversible effectif du sol-support 𝑀 𝑅
 Étape 5 : détermination des modules réversibles des autres couches de structure
 Étape 6 : fixation des indices de qualité de service
 Étape 7 : Obtention des nombres structurels pour les couches granulaires
 Étape 8 : détermination des coefficients relatifs à chaque couche 𝑎𝑖
 Étape 9 : détermination des coefficients de drainage 𝑚𝑖
 Étape 10 : détermination des épaisseurs des couches 𝐷𝑖 par satisfaction des 𝑆𝑁
Q5 : Comment utilise-t-on les méthodes

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