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CHAPITRE 3 REVUE DE LITTERARURE Ce chapitre présente l¶état partiel des connais

CHAPITRE 3 REVUE DE LITTERARURE Ce chapitre présente l¶état partiel des connaissances dans le dimensionnement structural des différents types de chaussées notamment les méthodes utilisées en génie routier et les limitations observées. Les résultats obtenus ont été utilisés pour établir le lien entre les paramètres (trafic/charge et intensité, types de route et de matériaux, climat) pris en compte dans le dimensionnement, les sous-problèmes et les pathologies structurales observées sur les chaussées en ASS. 3.1 Différents types de chaussées et leur dimensionnement structural La route ou chaussée peut être définie comme un ouvrage d¶ingénierie (génie-civil) composé d¶une ou de plusieurs couches disposée(s) sur un espace linéaire aménagé pour faciliter la circulation sécuritaire des véhicules et des personnes. La composition et le mode d¶association de ses diverses couches permettent de distinguer les différentes structures et le choix des méthodes de dimensionnement adapté pour limiter les diverses contraintes qui peuvent provoquer l¶endommagement de la chaussée avant l¶échéance estimée. Au plan structural, l¶accent est porté sur la déformation permanente (orniérage et bassins de déflexions) et la fissuration par fatigue mécanique (torsion, traction, flexion) ou thermique des enrobés. Tandis que la mesure de l¶UNI sert à évaluer l¶état de surface et d¶appréhender le confort au roulement pour les usagers (Vaillancourt, 2010). Plusieurs méthodes de conception structurale ont été développées pour faciliter le dimensionnement des couches de la chaussée: la méthode française du Laboratoire Central des Ponts et Chaussées (LCPC:), la méthode anglaise du Transport Research and Laboratory (TRL:), la méthode américaine de l¶AASHTO, les méthodes adaptées destinées à l¶Afrique (CEBETP, 1974 et 1980), les méthodes locales dans d¶autres pays ayant des régions à climat tropical (Australie, Brésil, 26 Nouvelle Zélande, Chine, Inde). Malgré certaines différences dans les hypothèses de base, chaque conception prend en compte minimalement les aspects suivants (Assaf, 2010) : le trafic et le type de charge; les caractéristiques géotechniques du sol support; la formulation des matériaux utilisés; les mécanismes de dégradation des matériaux; les effets climatiques (température, pluviométrie, à l¶érosion et la facilité de drainage). La cohérence dans l¶analyse rationnelle des interactions entre ces paramètres de la conception (matériaux, trafic et conditions environnementales) et l¶utilisation des hypothèses adéquates détermineront la réponse (ou performance structurale) obtenue à la suite de l¶exploitation de la chaussée [Canadian Strategic Highway Research Program (C-SHRP, 2002), Steven (2005), Savard et al (2007)]. 3.1.1 Méthodes de dimensionnement La synthèse de la littérature scientifique montre deux pôles de convergence avec des types intermédiaires, à savoir : la méthode empirique et la méthode mécanistique-empirique (ME). Méthode empirique Ce type de dimensionnement est principalement mis en °uvre à travers le modèle de l¶AASHTO. C¶est une technique basée sur l¶identification, la reproduction conforme et standard des structures de chaussées identiques à celles qui ont fait la preuve de leur performance (Assaf, 2010). Ainsi, cette solution oblige à utiliser les matériaux, les trafics et les mêmes conditions environnementales chaque fois jusqu¶à ce que des endommagements jugés sévères, pour un type de chaussée de référence, puissent être inventoriés. Les limitations observées sont liées à des difficultés à suivre l¶évolution du trafic, à faire face à l¶épuisement des matériaux de références et dans le délai important pour valider et incorporer 27 les nouveaux résultats scientifiques et techniques (Assaf, 2010). Plusieurs scientifiques de l¶Amérique du Nord ont contribué à l¶essor de cette méthode. Méthode analytique-empirique ou mécanistique-empirique Elle s¶appuie sur l¶analyse des résultats des essais sur les matériaux réalisés au laboratoire ou sur un chantier expérimental (planche d¶essai) auxquels sont associées les données contrôlées sur le terrain pour valider les structures sélectionnées. Les analyses réalisées sont utilisées pour d¶identifier et adapter le comportement mécanique des matériaux en fonction du trafic et des conditions environnementales observées (Assaf, 2010). Le processus se fait classiquement en deux étapes. Dans un premier temps, il s¶agit d¶exploiter les propriétés des matériaux pour prédire les contraintes et les déformations qui apparaissent lorsque les couches sont soumises à une charge dans des conditions d¶environnement contrôlées de référence. En deuxième analyse, on utilise des seuils de tolérance de la réponse résiliente souhaitée qui permettront de valider les résultats de la première étape à partir soient des résultats des observations empiriques ou soient par des modèles de détérioration analytiques (cas des tests sections de Queiroz cités par Haas, 1994). Ainsi, on peut rendre permissif ou durcir les critères de performance pour un type donné de contraintes ou de déformations afin de réduire ou de rallonger la durée de vie de la chaussée en fonction des objectifs (Haas, 1994). Ce qui offre plus de possibilités de solutions sécuritaires pour la capacité structurale recherchée. Les analyses peuvent être linéaires (plus courantes) ou non-linéaires (surtout pour les matériaux granulaires) ou par éléments finis ou par le modèle viscoélastique. Plusieurs laboratoires de chaussées utilisent cette méthode en y associant les résultats de Burmister, Boussinesq, Westergaard, etc. (Assaf, 2010). 3.1.2 Chaussées non-revêtues Encore appelées «routes en terre», ce sont des chaussées à structure simple. On distingue deux types de dessertes, à savoir: les chaussées sans rechargement au-dessus du sol support 28 et le chaussées rechargées. Dans le premier cas, la chaussée est ouverte à la circulation dès la fin du terrassement nivellement de l¶horizon supérieur du sol; tandis que, pour les chaussées rechargées, la mise en service (circulation est effective) intervient à la fin du compactage de la couche granulaire placée au-dessus du sol. Le comportement structural et les différentes dégradations qui affectent la deuxième catégorie ont été fréquemment placés à l¶ordre du jour des ateliers de l¶AIPCR (Association Internationale Permanente des Congrès de La Route) notamment au Bénin (2007) et en Bolivie (2011) car ce type de route constitue 60% du réseau des pays en développement et de nombreux investissements réalisés pour leur construction ont été mobilisés par plusieurs bailleurs de fonds comme: la Banque Mondial, l¶Union Européenne, et d¶autres institutions de financements des projets de développement (Pinard, 2006). Les méthodes de dimensionnement et de construction sont soutenues par plusieurs recherches mais sont majoritairement de type empirique. La principale méthode est celle de l¶essai CBR dont les données de terrain (in-situ) sont obtenues avec le pénétromètre. L¶essai CBR est l¶une des principales méthodes courantes pour évaluer la capacité portante des couches et des matériaux constitutifs (Assaf, 2011). Il s¶agit d¶une mesure de la valeur de cisaillement des matériaux sous l¶effet d¶un poinçonnement provoqué soit in-situ ou soit au laboratoire. Les expériences australiennes et sud-africaines sont généralement appliquées à travers le monde (Assaf, 2010). Le dimensionnement aboutit soit à une structure monocouche soit à une structure bicouche. La méthode se base sur la théorie de distribution des contraintes pour calculer la pression verticale exercée (ou poinçonnement) sur le sol support par la charge des roues sur la chaussée (hypothèse de base de Peltier, équation 3.1). L¶analyse de la défaillance dans la capacité portante du sol, qui représente l'état-limite ultime, permet de calculer l¶épaisseur de la couche granulaire requise pour diminuer la pression verticale exercée sur le sol support à une valeur équivalente à sa capacité portante estimée. Les travaux de base sont l¶°uvre de Peltier et ont connu des récents développements à travers les travaux de Giroud et Han (2001) du Tensar corporation (1986). L¶hypothèse de base considère que la zone de contact circulaire sous le pneu correspond à une section de pression circulaire sur le sol support. Ainsi, l¶aire de distribution des contraintes montre la forme d¶un cône plutôt que qu¶un profil trapézoïdal défini selon les résultats primaires de Giroud et Noiray. 29 Toutes ces hypothèses simples à mettre en °uvre ont été validées de façon empirique et facilement reproduites dans plusieurs laboratoires; d¶où la grande utilisation des méthodes CBR dans les Pays en développement (Assaf, 2010). Les étapes suivantes sont utilisées pour le dimensionnement de la chaussée : déterminer la valeur du CBR du sol; déduire le rapport des modules de Young de la fondation granulaire (couche rigidifiée par compactage) sur le sol (support mou) à partir des courbes de poinçonnement contrainte / déformation et les épaisseurs à partir des abaques et des équations(3.1 ou le 3.2) (3.1) (3.2) Pour les deux équations, P : charge par roue (en tonne), h : épaisseur (centimètre), CBR : valeur du sol (%), N : débit journalier moyen de camions dont le poids total à vide supérieur à 1500Kg. Ce modèle structural de chaussées s¶adapte mieux aux routes à trafic faible (inférieur à 5.104 essieux standard de référence) et aux voies d¶accès vers les sites d¶exploitation industrielle (agricole, forestière et minière). En ASS, ce type de chaussées représente près de 80% de la longueur totale du réseau existant. Les routes sont obtenues après terrassement/ reprofilage (si requis), suivi de nivellement, rechargement et compactage de la mince couche (20 à 50mm) de grave latéritique ou de sable argilo-limoneux (localement nommé terre jaune). Cette couche compactée est quelquefois recouverte d¶un enduit bitumineux (seal) ou autres sous-produits industriels (mélasse). Elle joue plusieurs rôles : plateforme de roulement, protection du sol contre les effets climatiques, amortissement et répartition des charges. Ce sont des infrastructures qui servent souvent pour une bonne part à des voiries urbaines 30 uploads/Ingenierie_Lourd/ methodes-de-dimensionnement-des-structures-de-chaussee.pdf