Les sollicitations induites dans la chaussée

1.2.1 Introduction

Les structures routières sont soumises à plusieurs sollicitations (Di Benedetto et Corté 2005). Les principales sont liées aux contraintes imposées par le passage des véhicules (effet de la circulation) et aux effets générés par les changements climatiques (variations de températures). Il s’agit sans contredit des deux effets majeurs. Les effets de moindre importance sont : les dégradations liées à l’effet de l’eau ou du vieillissement des matériaux. Les paragraphes suivants traiteront des deux principaux effets.

1.2.2 L’effet de la circulation

La circulation induit des effets d’écrasement et de flexion sur chaque couche de la chaussée. La Figure 1.1 schématise ces sollicitations induites par la circulation dans les différentes couches de la chaussée. Sous l’effet du passage fréquent des véhicules il se produit une

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action répétée des petites tractions à la base des couches liées, ce qui induit des micros fissures qui vont éventuellement entraîner la fissuration du revêtement et éventuellement l’apparition de d’autres dégradations plus importantes dans la chaussée, si elle n’est pas convenablement entretenue. La formation de ces micro-dommages se propage ultimement dans tout le revêtement et apparaissent en surface sous la forme de fissurations importantes (longitudinales, dans les pistes de roues et/ou transversales, généralement dues au retrait thermique).

Figure 1.1 Schématisation des sollicitations induites par la circulation Adaptée de Di Benedetto et Corté (2005, p. 77)

Étant donné que les amplitudes des cycles de chargement sont généralement faibles dans le revêtement (déformation de l’ordre de 10-4 m/m), le calcul des efforts dans la structure de chaussée induits par la circulation s’effectue en considérant une structure multicouche dont le milieu est considéré isotrope et possédant un comportement élastique linéaire. Pour les chaussées bitumineuses, de par ses propriétés particulières, le bitume influe de manière significative sur le comportement mécanique de l’enrobé bitumineux. En effet, l’enrobé présente un comportement mécanique fortement dépendant de la vitesse de chargement et de la température. L’hypothèse d’un comportement élastique peut donc s’avérer source d’incertitudes dans le calcul des champs de contraintes dans la structure puisque l’enrobé

Charge (véhicule) Interface collée ou non Différentes couches de chaussées assimilées à une poutre en flexion nécessitant la connaissance du module de Young pour obtenir σ et ε Traction répétée : (selon collage) Fatigue  risque de rupture Compression répétée : Risque d’orniérage (déformation permanente)

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présente des non-linéarités et des déformations permanentes sous sollicitation de cycles élevés.

De plus, il est important de mentionner que dans les calculs de dimensionnement de chaussée, le passage répété des véhicules est souvent calculé en termes de charge équivalente. Cette charge équivalente représente majoritairement une charge axiale simple de référence d’où le terme ÉCAS : Équivalence Charge Axiale Simple. Sur la structure de chaussée, cette charge est représentée par une sollicitation qui induit des contraintes verticales (σV) et horizontales (σH).

1.2.3 L’effet de la température

Comme l’illustre la Figure 1.2, la température induit deux effets mécaniques distincts :

 un changement de la rigidité du matériau : un enrobé bitumineux est un matériau thermosensible, c'est-à-dire que son module varie suivant une variation de la température. Son comportement mécanique évolue selon la température.

 la création de contraintes et de déformations au sein des matériaux de la structure en raison des dilatations-contractions thermiques lors des changements de température.

Ce deuxième effet est le plus néfaste. Il est d’autant plus néfaste lorsque l’enrobé est assujetti à des températures très basses. Des fissures de retrait thermique peuvent alors apparaître dans le revêtement et se propager sous l’action répétée des cycles thermiques. De surcroît, lorsque la fondation est traitée aux liants hydrauliques, elle est propice aux retraits thermiques de prise et de dessiccation. Et de la fissuration peut alors apparaître dans le revêtement bitumineux par remontée de fissures (Di Benedetto et Corté 2005). Selon l’évolution des cycles thermiques, cette fissuration peut alors traverser le revêtement et générer le phénomène de remontée de fissure.

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Figure 1.2 Schématisation des sollicitations induites par la température Adaptée de Di Benedetto et Corté (2005, p. 78)

1.2.4 Caractéristiques de différents réseaux routiers nationaux

Basé sur la connaissance des deux principaux types de sollicitations et de leurs effets sur la chaussée, il peut s’avérer judicieux de comparer, avec d’autres pays (États-Unis d’Amérique et France), les différents niveaux de sollicitations auxquels le réseau routier québécois est soumis. Les informations du Tableau 1.1 font ressortir que les conditions de sollicitations sur les chaussées du Québec sont relativement prononcées et sévères, principalement en termes de précipitations et conditions de gel. Non seulement les conditions sont plus sévères, mais le ratio d’habitants par kilomètre de route est faible. Par conséquent le nombre de personnes- contribuables qui finance la réfection et l’entretien du réseau routier est beaucoup plus petit que d’autres administrations routières, c’est donc dire que chaque contribuable québécois est fortement sollicité.

Très froid Froid Chaud

Fissure

Fissure Cisaillement,

décollement

Contraction – dilatation (fissure, dégradation)

Couche de base traitée aux liants hydrauliques préfissurée

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Tableau 1.1 Comparaison entre différents réseaux routiers supérieurs Tiré de MTQ (2010-1)

Province – État / Pays Ontario1 New York France2 Québec3

Latitude 43°38’55’’N 40°43’00’’N 48°51’24’’N 45°31’00’’N

Longitude 79°23’07’’O 74°00’00’’O 2°21’07’’E 73°39’00’’O

Altitude _{max 209 m} min 75 m _{Max 125 m} Min 0 m _{max 131 m} min 28 m _{max 234 m} min 8 m

Longueur (km) 16 500 24 200 30 400 30 300

Nombre d’habitants (millions) 12,4 19,2 61,4 7,5

Densité (habitant/km) ± 752 ± 793 ± 2 020 ± 248

T° moyenne annuelle (°C) 9,16 12,75 10,83 6,24

Précipitations moyennes

annuelles (mm) 500 à 900 750 800 1 000

Durée de gel (jours/an) 100 à 200 10 à 100 0 à 90 147 à 218 Profondeur de gel (m) 1 à 3,2 Moins de 1,4 0 à 0,8 1,2 à 3 Charge maximale – essieux

simples (tonnes métriques) 10 9 13,1 10

Note 1 : Les données climatiques sont basées sur la région torontoise Note 2 : Les données climatiques sont basées sur la région parisienne Note 3 : Les données climatiques sont basées sur la région montréalaise