Pr´esentation de la structure ´etudi´ee

Consid´erons une chauss´ee de type chauss´ee `a assise trait´ee aux liants hydrauliques, mise en place sur une plate-forme support de classe de portance `a long terme PF2 et subissant un trafic T1. Un trafic T1 est un trafic assez fort qui correspond `a une moyenne journali`ere annuelle d’environ 500 poids lourds.

6.2.1.1 Structure de chauss´ee

La structure ´etudi´ee est constitu´ee d’une couche trait´ee aux liants hydrauliques et recouverte d’une couche en mat´eriaux bitumineux. Elle est d´efinie dans l’espace (Oxyz).

Nous avons vu dans la premi`ere partie (3.3.2) qu’un pr´edimensionnement de ce type de structure peut ˆetre r´ealis´e en consid´erant une ´epaisseur de 8cm pour la couche bitumineuse de roulement lorsque le trafic est de type T1.

En ce qui concerne les assises, nous savons qu’elles ont en g´en´eral une ´epaisseur comprise entre 20 et 50cm et que les contraintes technologiques sont telles que si elles sont construites en une seule couche, leur ´epaisseur maximale est de 35cm. Etant donn´ees ces deux remarques, et pour des raisons de simplicit´e, nous avons choisi de consid´erer une seule couche de grave trait´ee ayant une ´epaisseur de 30cm.

Nous consid´erons une fissure transversale de 5mm de largeur traversant la couche de mat´eriaux trait´es aux liants hydrauliques. Cette largeur correspond `a l’ouverture d’une fissure dans un b´eton de chauss´ee (coefficient de dilatation α = 2.10−5o_C−1_{)), avec un espacement entre fissures de 10m}

et pour une variation de temp´erature de 25o_{C. On choisit de d´efinir la direction de circulation (ou}

direction longitudinale) suivant l’axe (Ox). La fissure admet alors comme plan de sym´etrie le plan (Oyz).

6.2.1.2 Mat´eriaux

En g´en´eral, lors d’un dimensionnement de chauss´ee, les caract´eristiques des mat´eriaux sont choisies de mani`ere `a v´erifier les prescriptions du guide de dimensionnement [LCPC-SETRA, 1994]. Toutefois, l’analyse des r´esultats de cette mod´elisation doit rest´ee utile pour le dimensionnement du nouvel essai propos´e. C’est pourquoi nous devons aussi tenir compte des contraintes techniques intervenant dans la r´ealisation des ´eprouvettes.

Finalement, tout en nous affranchissant des contraintes de r`eglementation, nous proposons de d´efinir des caract´eristiques de mat´eriaux, qui sont compatibles avec la fabrication des ´eprouvettes, mais qui restent proches de celles pr´econis´ees. Ainsi, mˆeme si la chauss´ee d´efinie ne r´epond pas `a toutes les exigences du dimensionnement d’une chauss´ee, elle peut ˆetre repr´esentative du com- portement d’une chauss´ee semi-rigide et c’est ce type de structure qui sera test´e sur le bˆati SIFIRE.

Le sol support

Comme nous l’avons vu dans le chapitre 3, la grande rigidit´e des chauss´ees semi-rigides permet de ne transmettre que des efforts verticaux tr`es faibles au sol-support. La rigidit´e de cette couche ne repr´esente donc pas un facteur limitant lors de la conception des ´eprouvettes. Aussi, nous pouvons nous soumettre `a ce que pr´econise le r`eglement pour un sol de classe de portance `a long terme PF2.

Il recommande d’effectuer le calcul de chauss´ee en assimilant la plate-forme `a un demi-espace homog`ene auquel est affect´e le module d’Young correspondant `a la limite basse de la classe de portance. Ainsi dans le cas d’une classe PF2, nous affecterons un module de 50M P a `a la couche de sol, le coefficient de Poisson ´etant pris ´egal `a 0.35.

La couche d’assise

Une chauss´ee semi-rigide est caract´eris´ee par une couche d’assise en mat´eriaux trait´es aux liants hydrauliques. Le guide technique [LCPC-SETRA, 1994] affecte aux graves trait´ees un coefficient de Poisson de 0.25 et un module d’Young variant entre 15 et 30GP a selon la nature de la grave (grave-ciment, grave-laitier, grave-cendres volantes, ...). Dans notre cas, le choix de la raideur de

la couche d’assise (Couche 2) est bas´e sur le mat´eriau utilis´e dans l’´eprouvette pour simuler la couche d’assise. C’est un b´eton ordinaire qui sera fabriqu´e en centrale. On peut donc consid´erer que sa r´esistance en compression finale sera de 16MPa environ. En utilisant la formule (6.10) des R`egles BAEL 91 donnant la valeur du module E en fonction de la r´esistance en compression fc,

nous obtenons un module de 27.7GPa.

E = 11000f_c1/3 (6.10) La couche de roulement

La couche de surface (Couche 1) d’une chauss´ee `a assises trait´ees aux liants hydrauliques est une couche bitumineuse. L’enrob´e bitumineux choisi est un b´eton bitumineux de type B´eton Bitumineux Clout´e (BBC). Seule la matrice de granulom´etrie comprise entre 0 et 6mm (Tab. 6.2) est utilis´ee, le cloutage en granulat 10/14 n’´etant pas n´ecessaire pour notre application. Le liant utilis´e est un bitume pur de p´en´etrabilit´e 35/50 dos´e de mani`ere `a obtenir une teneur en liant de 6.85 ppc.

tamis [mm] 0.08 0.315 1 2 4 6.3 8

% passant 11.8 22.6 39.0 59.5 70.2 97.0 100 Tableau 6.2. Composition granulom´etrique du BB0/6

Ce mat´eriau a ´et´e retenu pour la composition des ´eprouvettes non seulement parce qu’il a fait l’objet de nombreux travaux de recherche ([De La Roche, 1996], [Bodin, 2002]) mais aussi parce que la taille maximale du grain est assez petite et devrait permettre de limiter la dispersion des r´esultats.

Comme le mentionne le guide de dimensionnement des chauss´ees fran¸caises, le coefficient de Poisson des mat´eriaux bitumineux est g´en´eralement pris ´egal `a 0.35. Par ailleurs, le comporte- ment visco´elastique de ce mat´eriau am`ene `a s’int´eresser davantage `a son module complexe E∗

qu’`a son module d’´elasticit´e classique. La grandeur E∗ peut ˆetre mesur´ee en flexion 2 points sur ´eprouvette trap´ezo¨ıdale (voir paragraphe 5.1.1.1). Pour une temp´erature de 10o_{C (temp´erature}

d’essai) et une fr´equence de 10Hz, la valeur du module de rigidit´e mesur´ee par [De La Roche, 1996] et [Bodin, 2002]) est de 11.9GP a.

Les caract´eristiques m´ecaniques et g´eom´etriques des trois couches de mat´eriaux consid´er´ees sont donc d´efinies et rassembl´ees dans le Tab. 6.3.

Mat´eriau Epaisseur (m) Module Coefficient d’Young (GPa) de Poisson

B´eton bitumineux 0.08 11.9 0.35

Grave ciment 0.30 27.7 0.25

Sol semi-infini 0.05 0.35

Tableau 6.3. Caract´eristiques des couches de la structure de chauss´ee consid´er´ee

6.2.1.3 Chargement de trafic

Selon la norme fran¸caise, la charge de r´ef´erence sollicitant la chauss´ee est un demi-essieu de 13 tonnes `a roues jumel´ees, c’est-`a-dire deux disques de 0.125m de rayon, qui transmettent une pression de 0.662M P a (paragraphe 3.3.2).

En r´ealit´e, des campagnes exp´erimentales, men´ees sur diff´erents types de pneus, ont montr´e que cette charge ne s’applique pas sur un disque, mais plutˆot sur un rectangle ([De Beer et al., 1997]) de longueur 0.30m et de largeur 0.22m. Aussi, le chargement que nous consid´erons dans la suite est une pression uniforme de 1M P a distribu´ee sur une surface rectangulaire de 0.30m de longueur (sens longitudinal ou sens de circulation) et de 0.22m de largeur (sens transversal). La r´esultante de cette effort est ainsi ´equivalente `a celle cr´e´ee par l’application d’un demi-essieu de 13 tonnes.

De plus, nous allons consid´erer que la charge se d´eplace `a une vitesse constante v = 72km/h = 20m/s. Ainsi, si on suppose qu’`a t = 0 la charge se trouve en x0 = −0.5m, la relation entre la

variable de temps t et la variable de position de la charge xc s’expriment de la fa¸con suivante :

xc = x0+ v.t = −0.5 + 20.t

Nous pouvons alors calculer que la charge se trouve en xc = xc1 = 0 `a t = t1 = 0.025s, en

xc = xc−₂ = −a = −0.15m `a t = t−<sub>2</sub> = 0.0175s et en xc = xc+<sub>2</sub> = a = 0.15m `a t = t+₂ = 0.0325s.