Les critères pour choisir la structure d’une chaussée

Le Grand Lyon dans son guide technique de conception et dimensionnement indique que jusque dans les années 1950, le dimensionnement relevait essentiellement d’une démarche empirique par analogie avec les structures déjà en place (Gaborit et al. 2017 ; Rampignon 2009). C’est à partir des années 1970 que des guides techniques et des méthodes d’essais ont été rédigés. Notamment le Service d’Etudes Techniques des Routes et Autoroutes (Setra) et le Laboratoire Central des Ponts et Chaussées (LCPC) ont proposé en 1971 un premier guide de conception et de dimensionnement des structures de chaussées à destination principale de la voirie à fort trafic,

171 donc de la voirie départementale à la voirie nationale. Ce guide a connu ensuite trois mises à jours, jusqu’à la dernière datant de 1994 (LCPC et Setra 1994). À partir de ce guide, un catalogue des structures a été élaboré (LCPC et Setra 1998). Concernant la voirie à faible trafic, c’est-à-dire la voirie locale, un manuel a été rédigé au début des années 1980 (LCPC et Setra 1981). Ce manuel n’a connu aucune mise à jour jusqu’à 2020 (IDRRIM 2020). En préambule, le document de 1981 indiquait qu’il visait à « compléter la gamme de structures définie par le Catalogue de 1977 » de façon à intégrer les spécificités de la voirie des collectivités locales, et leur proposer des règles de dimensionnement adaptées. Notamment, il est précisé que la gestion de la voirie locale est contrainte par « la diversité des maitres d’ouvrage et des modes de financement des projets ». En effet, les stratégies de dimensionnement sont adaptées selon les budgets adoptés par le maitre d’ouvrage. La répartition budgétaire dépend alors de l’investissement consenti pour l’ouvrage initial et le budget alloué à son entretien afin de maintenir son niveau de service. Par ailleurs, les collectivités locales ont manifesté l’intérêt d’utiliser des matériaux produits localement ayant des qualités et origines variées.

Au-delà des stratégies de dimensionnement liées au contexte budgétaire, six critères sont classiquement identifiés : – la vocation de la voie ; – le trafic poids lourd et son agressivité ; – la durée de service ; – le gel-dégel, dépendant principalement de la région ; – le classement géotechnique des sols naturels ; – la classe de portance et l’état hydrique du sol support. Les deux derniers critères concernent essentiellement la partie de la voirie correspondant à la plate-forme support de la voirie (Figure 9-1). Pour les structures de voirie, il est couramment admis que le problème du gel-dégel est moins important pour la voirie locale que pour la voirie à fort trafic (LCPC et Setra 1981).

Sources : Lyon 2017

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À travers leurs guides techniques, nous constatons que les collectivités suivent effectivement les mêmes étapes dans leur procédure de dimensionnement (Figure 9-2) :

– des études préalables sur le trafic, la géologie et géotechnique des sols, ou encore le climat et conduisant à la détermination de classe de la PF, et d’agressivité du trafic ;

– le choix technique de construction : la structure avec la nature et l’épaisseur des couches ; – la vérification au gel-degel.

Nous remarquons qu’elles n’introduisent pas de critère lié aux réseaux enterrés. Analysées plus en détail, les procédures des différentes collectivités locales présentent des variations.

Sources : Lille 2000 ; Toulouse 2008

Figure 9-2 – Comparaison des procédures de dimensionnement de Lille et Toulouse

Avant tout, nous précisons que nous limitons ici notre analyse au corps de chaussée, et plus spécifiquement aux couches d’assise. Les couches de surface seront traitées en deuxième chapitre. La partie inférieure, appelée plate-forme support de chaussée (PFSC) est principalement liée à la géotechnique du sol d’origine. Cette problématique dépasse notre champ de recherche. Toutefois, nous retenons l’importance de la PF, qui influence la résistance globale de la chaussée aux contraintes et aux déformations liées au trafic en surface. De plus, les réseaux enterrés sont généralement installés dans cette partie de la structure, ce qui en fait un élément important pour notre questionnement. Selon la chaussée, toutes les couches n’existent pas simultanément. Par exemple, pour les chaussées supportant les trafics les plus faibles, les couches de fondation et de base sont souvent confondues. De la même façon, lorsque le revêtement est de type béton hydraulique, la couche de surface est généralement confondue avec la couche de base. Enfin, la couche de liaison est rarement présente dans les chaussées urbaines. Cette dernière assure une

173 meilleure répartition des efforts sur l’ensemble de la surface de la chaussée, et ce notamment dans le cas d’un trafic important.

Le dimensionnement d’une chaussée est prévu sur la base d’une hypothèse de durée de service de l’infrastructure, c’est-à-dire, une durée au cours de laquelle il n’est pas prévu de réaliser d’entretien structurel. À ce titre, alors que Lyon propose des durées de service différentes selon la vocation de la voie (Cf. Partie I, 2.3.1 p.68), avec un maximum de 20 ans pour les voies de transit, Lille et Toulouse prévoient une durée de service équivalente pour toutes les chaussées (Tableau 9-1). Nantes présente une situation intermédiaire en prévoyant une durée de service moins importante pour les voies de distribution et de desserte, c’est-à-dire de 20 ans contre 30 ans pour les autres voies (Communauté urbaine Nantes Métropole 2012). En distinguant les voies, le Grand Lyon indique qu’il existe une relation entre la situation, c’est-à-dire en milieu urbain ou non, la vocation des voies et la présence de réseaux enterrés. Par exemple, il est précisé dans le guide de Lyon, qu’il est plus probable de trouver des réseaux enterrés sous les voies de distribution et de desserte que sous les voies de transit. Par ailleurs, les auteurs ont remarqué que ce paramètre est essentiel pour la mise en place d’une politique d’investissement et d’entretien compte tenu des interventions par tranchées sur les réseaux enterrés. Ainsi, les durées de service prévues pour les voies de distribution et de desserte sont moins importantes. De la même façon Nantes précise que la stratégie de dimensionnement ne peut être la même en milieu urbain du fait de la contrainte des réseaux enterrés.

Tableau 9-1 – Hypothèse de durée de service des infrastructures

Lille Toulouse Lyon Nantes

Voies transit

30 ans 20 ans

20 ans

30 ans

Voies liaison 15 ans

Voies distribution 10 ans 20 ans

Voies desserte 10 ans

Voies Transport en commun (TC) NA NA 15 ans 30 ans

Sources : Lille 2000 ; Toulouse 2008 ; Nantes 2012 ; Lyon 2017

Exception faite de Lyon qui introduit un critère de présence de réseaux enterrés, le dimensionnement de la chaussée est réalisé essentiellement selon le trafic supporté. Afin que les structures résistent, il est alors indispensable d’estimer le trafic.

Le trafic est mesuré par le nombre de passages de poids lourds (PL) dont la charge dépasse 3,5t, sur une durée déterminée et sur une des voies de circulation. Il est considéré que les véhicules légers ont un effet négligeable sur l’infrastructure (Gaborit et Azambre 2017). Nous constatons que, deux classifications du trafic sont aujourd’hui toujours utilisées.

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La première classification, introduite au début du dimensionnement dans les années 1970, repose sur des classes de trafic déterminées selon le nombre de PL journalier moyen pendant une année (JMA) sur la voie la plus circulée. Nantes, Lille et Lyon s’appuient par exemple sur cette classification (Tableau 9-2). Cette classification s’étend de T5 pour le trafic le plus faible à T0 pour un trafic plus important, avec deux classes TS et T EXP pour les trafics exceptionnels.

Tableau 9-2 – Classification du trafic sur une année (JMA)

Classe T5 T4 T3 T2 T1 T0 TS T Exp

T3- T3+ T2- T2+ T1- T1+ T0- T0+ TS- TS+

MJA 25 50 85 150 200 300 500 750 1200 2000 3000 5000

Niveau Faible Moyen Fort Très fort

Sources : LCPC et Setra 1981 ; Lille 2000 ; Nantes 2012 ; Lyon 2017

La deuxième, mise en place lors de la mise à jour des guides techniques dans les années 1990 intègre les durées de service et le cumul d’un trafic sur la voie la plus circulée au cours d’un nombre d’années déterminé. Le trafic est alors exprimé en millions de PL sur 20 ans ou 30, selon la nature structurelle (VRS) ou non (VRNS) de la voirie (LCPC et Setra 1998). Toulouse utilise cette classification (Tableau 9-3). Des déclinaisons par tranches de 5 ans de 5 à 25 ans sont également proposées dans le manuel des chaussées neuves à faible trafic (LCPC et Setra 1981). Contrairement à l’ancienne classification, la numération est inversée avec un trafic allant de TC1 pour le trafic le plus faible à TC8.

Tableau 9-3 – Classification du trafic en cumulé sur 20 ou 30 ans

classe TC1 TC2 TC3 TC4 TC5 TC6 TC7 TC8

VRS (million PL) – 30 ans _{0.5 1 3 6 14 38 94}

VRNS (million pl) – 20 ans _{0.2 0.5 1.5 2.5 6.5 17.5 43.5}

Niveau de trafic _{Faible Moyen Fort Très fort}

Sources : Toulouse 2008

Le trafic est obtenu soit par une opération de comptage, soit par une évaluation selon la vocation de la voirie et ses utilisateurs potentiels. Ainsi, le Grand Lyon propose par exemple une table des classes de trafic (JMA) selon la vocation des voies (Tableau 9-4).

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Tableau 9-4 – Correspondance entre vocation des voies et classes de trafic

Classes de trafic (JMA)

Vo ca tio n d es v o ies Transit T0 T1 T2 T3 Liaison T1 T2 T3 T4 Distribution T3 T4 T5 Desserte T4 T5 T6 TC T1 T2 T3 Sources : Lyon 2017

Le trafic est également amené à évoluer au cours de la durée de service de la chaussée. Cette augmentation doit être prise en compte pour le dimensionnement. Ainsi, les gestionnaires formulent des hypothèses d’accroissement de la circulation. Par exemple, Lille prévoit une croissance annuelle de 1% tandis que Nantes et Lyon se basent sur une croissance de 2%.

Le dimensionnement est réalisé en France à partir d’un essieu de référence correspondant à un essieu simple de 13 tonnes à roues jumelées. Les véhicules en circulation ne sont pas tous équipés de ces essieux. Un coefficient permet de convertir le trafic réel sur la base de l’essieu de référence. Ce coefficient est appelé coefficient d’agressivité. L’agressivité est définie à partir des dommages causés par le passage d’un essieu de référence d’une charge déterminée. Ce standard développé pour la voirie à fort trafic ne convient pas nécessairement à la voirie locale. Ainsi, Nantes, Lille et Lyon proposent une adaptation du coefficient d’agressivité selon la vocation des voies.

Tableau 9-5 – Agressivité selon la classe de trafic

Vocation des voies TC Desserte Distribution Liaison (artérielle) Transit

Lille 0,01 0,1 0,5 À calculer

spécifiquement

Nantes 1 0,5 0,7 à 1 1

Lyon 0,5 à 1 0,1 à 0,5 0,1 à 0,6 0,2 à 0,6 0,5 à 1

Sources : Lille 2000 ; Nantes 2012 ; Lyon 2017

Au-delà de ces coefficients d’agressivité, le Grand Lyon relève que certaines zones de voirie sont plus sensibles que d’autres à l’agressivité des poids lourds. Notamment, les ronds-points, les zones sinueuses ainsi que les zones d’accélération et freinage subissent des pressions mécaniques plus importantes. Il recommande alors, pour ces cas, de multiplier le coefficient d’agressivité par 2.

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