Chapitre 6 : Proposition d’une structure adaptée au trafic
6.4. Dimensionnement de la structure de chaussée à l’aide du logiciel ALIZE du LCPC
6.4.2. Hypothèses de calcul
Le risque de poinçonnement reste élevé pour les chaussées à assise non traitée et à moyen et fort trafic (trafic égal ou supérieur à 150 PL sur la voie la plus chargée), encore que la charge à l’essieu de référence utilisée pour le dimensionnement n’est souvent pas respectée. En conséquence, la structure de type1 est écartée.
La structure de type2 a l’avantage d’être déjà réalisée (structure semi-rigide) sur le tronçon en étude, elle sera donc la structure à adopter.
La structure à simuler est donc celle définie ainsi qu’il suit : 7BB + 20GC + PF (S5)
6.4. Dimensionnement de la structure de chaussée à l’aide du logiciel ALIZE du LCPC
6.4.1. Définition du modèle de calcul
La structure proposée est modélisée comme suit :
6.4.2. Hypothèses de calcul
Caractéristiques des charges agissantes
Les abaques « Alizé 3 » du LCPC basés sur la théorie de Burmister ont été calculés pour l'essieu à roues jumelées supportant 13 tonnes; la charge q s'exerce sur 2 cercles de rayon a distants de 1. On a pris :
q = 6,62 bars = 0,662 MPa
a = 12,5 cm = 0,125 m E2h2
E1h1
PF GC BB
E3 h (infini) Figure 6. 1 : Modèle de calcul
D = 3a = 37,5 cm = 0,375 m
Caractéristiques des matériaux de la structure Ces caractéristiques se présentent ainsi qu’il suit :
Béton Bitumineux (BB) - Granulats : classe 0/10 - Bitume : classe 60/70 - Dosage bitume : 5 – 8%
- Module d’élasticité E (10°C; 10Hz) : 7200 MPa - Module d’élasticité E (27°C; 10Hz) : 1990 MPa
- Allongement admissible à 106 cycles à ε6 (10°C ; 10Hz) : 100×10-6 mm - Pente de la droite de fatigue b : 1/5
- Coefficient de poisson ν : 0,35
- Coefficient d’agressivité structurelle moyenne CAM : 1,1 Grave ciment (GC)
- Granulats : classe 0/20 - Ciment : CPA 325 - Dosage ciment : 3 – 4%
- Module d’élasticité E : 25000 MPa
- Résistance de référence à la traction par flexion: 1,20 MPa - Pente de la droite de fatigue b : 1/15
- Coefficient de poisson ν : 0,25
- Coefficient d’agressivité structurelle moyenne CAM : 1,2
Plate-forme (PF) - Indice CBR : 35
- Module d’élasticité E : 200 MPa - Coefficient de poisson ν : 0,35
- Coefficient d’agressivité structurelle moyenne CAM : 1,1
Durée de vie
Dans le cas général, on admettra que la chaussée devra être conçue pour une période de quinze ans avant que ses caractéristiques progressivement altérées ne rendent nécessaire son renforcement mais, par le biais du calcul du trafic équivalent en nombre de passages d'un essieu standard, il est possible de dimensionner une chaussée pour une durée quelconque.
Considérons de prendre pour notre étude une durée de vie de 15 ans.
Température équivalente
Le comportement en déformation et à la fatigue des matériaux bitumineux variant avec la température, les niveaux de sollicitation et d'endommagement de la chaussée fluctuent en cours d'année avec les cycles de température.
Le calcul de dimensionnement est fait pour une température constante dite température équivalente
eq. Celle-ci est telle que la somme des dommages subis par la chaussée pendant une année, pour une distribution de températures donnée, soit égale au dommage que subirait la chaussée soumise ou même trafic mais pour une température constante
eq.D’après le site Internet (http://www.levoyageur.net/climat-BENIN.html), les moyennes mensuelles des températures observées sur plusieurs années, sont enregistrées dans les villes de Cotonou, Allada et Bohicon et se présentent comme suit :
Tableau 6. 11 : Variation de la température en degrés Celsius à Cotonou, Allada et Bohicon
Jan Fév. Mars Avril Mai Juin Juil. Août Sept Oct. Nov. Déc.
Cotonou 27,6 28,6 28,9 28,6 27,9 26,7 25,9 25,6 26,1 27,1 28,2 27,8 Allada 27,5 28,6 28,7 28,2 27,5 26,1 25,2 25 25,9 26,3 27,5 27,3 Bohicon 27,6 28,8 28,6 27,9 27,1 25,8 24,9 24,6 25,3 26,2 27,5 27,4 Rappelons que notre étude porte sur le tronçon Akassato – Allada. Pour cette raison, adoptons la valeur moyenne des températures observées dans la ville d’Allada. On trouve donc une température équivalente de 27°C.
Risque de calcul
L'une des particularités fondamentales du dimensionnement des chaussées est son caractère probabiliste. Ceci tient à l'importance de la dispersion et du caractère aléatoire des divers facteurs ayant un effet significatif sur la tenue dans le temps de la chaussée.
Ce sont :
le développement de l'endommagement par fatigue qui garde intrinsèquement un caractère aléatoire ;
la variabilité de l'épaisseur des couches de chaussée réalisées sur chantier ;
l’environnement et le trafic qui varient au cours de la durée de vie de la chaussée sans qu'il soit souvent possible d'en faire une prévision précise.
La conjonction de cet ensemble de sources d'incertitude conduit à raisonner en termes probabilistes pour apprécier l'évolution du risque de dégradation de la chaussée. C'est ce que traduit le concept de risque de calcul.
Dans ces conditions, l’objectif qui peut être retenu est que la probabilité d'apparition de dégradations (d'une nature ou d'une amplitude donnée) avant une période donnée de p années, soit inférieure à une valeur fixée. Cette probabilité de rupture est appelée le "risque de calcul", et la période de p années la "durée initiale de calcul". Alors, le risque de calcul est ainsi défini :
« un risque de x% sur une période de p années pris pour le dimensionnement de la chaussée, est la probabilité pour qu'apparaissent au cours de ces p années des désordres qui
impliqueraient des travaux de renforcement assimilables à une reconstruction de la chaussée, en l'absence de toute intervention d'entretien structurel dans l'intervalle. » Source : [11]
Le tableau 7.12 donne une indication sur le risque de calcul des graves bitumes et des graves hydrauliques.
Tableau 6. 12 : Risque de calcul
Classe trafic T0 T1 T2 T3
Grave bitume 2% 5% 12% 25%
Grave
hydraulique 2,5% 5% 7,5% 12%
Source : [11]
Dans notre cas MJA=344 donc trafic T1. Alors, le risque de calcul est égal à 5% aussi bien pour les graves bitumes que pour les graves hydrauliques. Toutefois, en considérant les réalités de notre pays le Bénin, à savoir :
Entretien : non régulier parce que soufrant de financement ;
Exploitation : dépassement de la charge de référence, 13T ;
Tronçon Godomey – Calavi : risque de 10% à 15% ; Convenons de prendre comme risque de calcul 12%.
Paramètre de rupture
Pour la structure proposée à savoir 7BB + 20GC + PF (non traitée), le paramètre de rupture est :
l'allongement de traction par flexion (
t), pour vérifier la rupture par fatigue à la base du béton bitumineux. La limite admissible (
t,adm) est calculée pour un nombre de cycles donné, à une température fixée et pour un risque choisi. la contrainte de traction par flexion (
t), pour vérifier la rupture par fatigue à la base du grave ciment. La limite admissible (
t,adm) est calculée pour un nombre de cycles donné et un risque choisi. la déformation verticale (
z), pour vérifier l’orniérage à la surface du sol support. La limite admissible (
z,adm) est calculée pour un nombre de cycle donné. la contrainte verticale (
z), pour vérifier la résistance au poinçonnement de la plate-forme. La limite admissible (
z,adm) est calculée pour un nombre de cycle donné. Il est à noter que la vérification de la résistance au poinçonnement n’est plus vérifiée, et pour cause : « L'épaisseur de sol, prise en compte pour définir la portance de la plate-forme, est justifiée par les conditions climatiques qui sont celles des pays chauds dans lesquels !es problèmes de gel ne se posent pas. L'atténuation des contraintes de surface est suffisante compte tenu de l'épaisseur de sa chaussée pour que le poinçonnement des sols en profondeur soit ainsi évité. » [9]Toutefois, nous allons déterminer cette contrainte pour nous en assurer.
Conditions de réalisation : Les interfaces sont toutes collées.