Contexte historique

La conception d'une chaussée souple traite principalement des aspects structurels tels

que la sélection des matériaux appropriés, les caractéristiques de la charge, et la

détermi-nation de l'épaisseur des couches. Depuis la n des années 1950, les procédures de

concep-tion de chaussée ont évolué allant des méthodes empiriques aux méthodes

mécaniste-empiriques qui incorporent les réponses et le comportement de base d'une chaussée. Cette

évolution a été faite grâce à la caractérisation améliorée du trac, des matériaux, des eets

de climat, ainsi bien que l'amélioration des capacités de calcul.

Méthode Américaine

Un programme nommé Road Test a été lancé dans les années 1950 pour évaluer la

représentation des chaussées sous les charges mobiles avec la grandeur et la fréquence de

chargement connues [27]. Les résultats issus de ces essais ont été utilisés et analysés par

AASHTO (American Association of State Highway and Transportation Ocials) pour

développer une méthode empirique de dimensionnement. Ce qui a permis de constituer

la méthode Américaine de dimensionnement qui a évolué vers une approche

mécaniste-empirique. Le manuel pratique Mechanistic-Empirical Pavement Design Guide (MEPDG)

fut établi par AASHTO en 2008. Cette dernière approche permet à la méthode

Améri-caine d'avoir un choix plus large du type de véhicule, du chargement par essieu, et de la

pression des pneus, de prendre en compte les paramètres matériaux décrivant mieux la

performance de la chaussée, de modéliser l'eet du climat et du vieillissement des

maté-riaux et d'améliorer la abilité de prédiction de la performance de la chaussée.

Méthode Européenne

En europe, l'introduction de la méthode Shell de conception de chaussée par Claussen

et al. [28] a fait évoluer l'approche empirique initiale vers l'approche mécaniste-empirique

où les contraintes dans les structures de la chaussée sont corrélées avec le comportement

mécanique des matériaux. Cette méthode de conception exige une analyse du niveau de

charge, de traction et des débattements, en vue de contrôler la ssuration par fatigue

de bas en haut dans les mélanges bitumineux et la déformation permanente due à une

contribution de la couche de forme ou du sol support. La ssuration thermique et la

déformation permanente dans les mélanges bitumineux sont contrôlées indirectement,

pendant la conception des mélanges bitumineux.

◦ Méthode Française :

Dans les années50, pratiquement toutes les chaussées françaises étaient des structures

exibles qui typiquement étaient conçues par une méthode empirique ou plus rarement

aux conditions françaises, en adaptant la méthode de l'indice CBR (California Bearing

Ratio), introduite au préalable dans la norme Américaine. Suite à l'évolution et aux

changements, notamment dans l'augmentation du nombre et de la charge des poids

lourds, des méthodes numériques ont été utilisées pour la résolution du problème

multicouche élastique. Une analyse plus précise et une utilisation systématique de

l'approche mécanique rationnelle avaient déjà été employées vers la n des années1950

avec des diagrammes des structures de trois couches pour la conception des chaussées.

Ainsi le logiciel Alizé [4], développé par le Laboratoire Central des Ponts et Chaussées

(LCPC) en 1964 et employé pour examiner l'amplitude de quelques calculs de tensions

dans les couches de base (en supposant une distribution uniforme de la contrainte

surfacique) an de vérier les structures du catalogue en 1971, fait oce de référence

jusqu'à nos jours. Il a été alors utilisé systématiquement pour dénir les structures

dans le nouveau catalogue [29], édité en 1977. La méthode française combine les

contributions de la mécanique rationnelle avec les éléments expérimentaux. Une

approche basée sur la mécanique est utilisée pour dénir le modèle de structure de

la chaussée et pour calculer les tensions et les contraintes produites par une charge

standard. Les résultats d'essais d'endommagement par fatigue en laboratoire sont alors

utilisés pour évaluer la résistance à la fatigue de la structure.

Enn, des connaissances dérivées de l'observation de la performance des chaussées

(données des sections d'essais ou des expériences sur le manège de fatigue du LCPC,

actuellement IFSTTAR) sont utilisées pour spécier le critère pour la déformation

permanente de la plate-forme et des couches d'assises de la chaussée et pour ajuster

les résultats de l'analyse mécanique. Zoa [30] a su décrire les paramètres pris en

compte et les considérations faites dans la méthode Française de dimensionnement

notamment le chargement. Le calcul est alors eectué avec un essieu standard de

130kN pour une répartition uniforme de0,662M P asur une roue isolée. La vérication

du comportement en fatigue des matériaux par le modèle mécanique de Burmister [3]

à la base de chaque couche est intégrés. Le calcul peut prendre en compte un dommage

pour lequel ces dernières sont ramenées à une charge de référence pondérée par un

coecient d'agressivité [31].

◦ Méthode Anglaise :

Comme la méthode Française, la méthode Anglaise a été basée sur une approche

empi-rique avant d'évoluer au l des années. Actuellement, les normes anglaises de conception

des chaussées sont basées sur une approche faisant appel aux pratiques expérimentales

et à la théorie des structures en prenant en compte l'eet des propriétés des matériaux.

Le manuel de dimensionnement DMRB (Design Manual for Roads and Bridges) édité

en 2006 par le Highway Agency's (HA) [32] est utilisé dans presque toutes les

concep-tions standards des chaussées de la norme Anglaise. Il s'agit d'un recueil des rapports

de recherche eectuées par le Transport Research Laboratory. Ce dernier a contribué à

l'évolution de la méthode de dimensionnement par la prise en compte des paramètres

matériaux et le phénomène d'agressivité des pneus de plus en plus important. La

concep-tion tradiconcep-tionnelle des chaussées souples basée sur l'utilisaconcep-tion de l'indice de force CBR

pour la couche de forme a été adopté par les anglais dans les années 1940. La méthode

Anglaise de dimensionnement qui est décrite dans la version2006 de DMRB est assez

simple et prend en compte les chaussées souples, semi-rigides et rigides où des graphes

préétablis permettent de retrouver des dimensions préconisées des couches en fonction

du trac et du type de matériaux pour chaque type de structure.

Méthode Sud-Africaine

Les premières approches de dimensionnement des chaussées en Afrique du Sud connu

sous le non SAMDM (South Africa Mechanistic Design Method) sont apparus dans les

années 1970. Ces approches sont purement mécaniques (y compris le comportement des

matériaux et de la structure, la simulation du trac, le taux de service désiré ...) [33].

Dans la méthode Sud-Africaine comme dans la méthode Française, le processus débute

par le chargement et la caractérisation des matériaux, y compris l'épaisseur et les

propriétés élastiques de chaque couche. L'analyse de la structure implique habituellement

une analyse élastique et statique linéaire du système multicouche, ayant pour résultat la

réponse à la condition de charge exprimée en termes de contrainte et de déformation.

Cette réponse de la chaussée sert ensuite d'entrée aux fonctions de transfert pour chaque

type de matériau, rapportant ainsi l'état de contraction-extension au nombre de charges

qui peuvent être supportées avant qu'un certain état terminal soit atteint [33].

En plus de fournir des critères pour le comportement prévisionnel du matériau et

de la chaussée, des propriétés élastiques ont été suggérées pour diérents matériaux de

construction de routes en Afrique du Sud en 1978 [34]. Les critères de fatigue pour des

couches minces d'enrobé sont demeurés les mêmes que ceux donnés en 1977 mais des

fonctions de transfert étaient incluses pour les couches épaisses de base d'enrobé [34].

Le concept de l'écrasement dans des couches d'assise légèrement cimentées a été ensuite

introduit, basé sur des observations sous l'essai accéléré par HVS (Heavy Vehicle

Simulators). Le critère original de fatigue pour des couches cimentées a alors été remplacé

par des critères de fatigue mieux adaptés [35].

Même si Achimatos et Porot [36] avaient remarqué en 2003 que dans la méthode

Anglaise de dimensionnement des chaussées, le comportement en fatigue des couches liées

n'est pas considéré comme le critère de ssuration par le bas mais plutôt de la ssuration de

types "top-down", aucune de ces méthodes mécanique-empirique (AASHTO, Européenne,

Sud-Africaine) de dimensionnement n'a jusqu'à présent pris en compte explicitement les

ssures descendantes appelées communément top-down cracking (TDC) .

Dans le document Modélisation avancée du contact pneu-chaussée pour l'étude des dégradations des chaussées en surface (Page 32-35)