Une chaussée est composée d’un certain nombre de couches de matériaux (modèle sandwich). Dimensionner une chaussée, c’est trouver les épaisseurs de chaque couche qui vont permettre de répondre aux exigences d’usage de cette route : essentiellement sécurité des usagers et durabilité de la structure.
A) Le dimensionnement des chaussées
Pour trouver ces épaisseurs, il y a lieu de connaître les paramètres d’entrée suivants :
1) Le trafic et son évolution (nombre de poids lourds qui vont circuler) :
Les chaussées sont dimensionnées vis-à-vis du trafic poids lourds. La méthode de calcul implique la conversion, en un nombre cumulé de passages d’essieux de référence, du trafic réel constitué de combinaisons variables de véhicules ayant des charges à l’essieu et des configurations d’essieux différentes. En France, l’essieu de référence est l’essieu isolé à roues jumelées de 130 kN.
On utilise par commodité la notion de classe de trafic Ti déterminée à partir du trafic PL journalier moyen (MJA) (exprimée en nombre de PL/J) de la voie la plus chargée pendant l’année de service.
2) L’environnement climatique
La température influe sur le comportement des chaussées via :
- La modification des caractéristiques mécaniques des mélanges bitumineux ;
- Les variations cycliques d’ouverture des fissures pour les matériaux traités au liant hydraulique (MTLH) ;
- Les déformations de dalle dues aux gradients thermiques.
On considère une température équivalente de 15°C pour les structures bitumineuses.
Pour ce qui est de la tenue au gel-dégel des chaussées, la vérification s’effectue au travers de la détermination d’un indice de gel admissible pour la chaussée.
3) La plateforme support de chaussée PFS (travaux de terrassement) :
Les performances mécaniques vont avoir un impact sur les couches au-dessus. La caractérisation des sols support pour la couche de forme et les conditions de leur mise en œuvre sont régies par le guide des terrassements, des remblais et couches de forme.
Pour consulter le guide terrassement, cliquez ici.
Les matériaux constitutifs du corps de chaussée dont les caractéristiques déterminées en cohérence avec les spécifications de leur norme vont permettre d’affiner le modèle sandwich : ces matériaux sont ceux décrits dans la partie « fondamentaux de la route »
Ces données permettent alors grâce à un logiciel dédié (Alizé) d’optimiser les épaisseurs des diverses couches.
B) La dégradation des chaussées
Pour bien dimensionner les chaussées, il faut comprendre les mécanismes d’endommagement et de rupture qui en sont à l’origine. Les chaussées évoluent et se dégradent sous l’effet généralement combiné de la répétition des charges induites par le trafic (les poids lourds), les agents climatiques (le gel) et le temps. La connaissance du mode d’endommagement, de la nature de dégradations et leurs modes d’évolution est donc essentielle pour :
- Comprendre le mode de fonctionnement des structures de chaussées ;
- Choisir le modèle de calcul adapté à la technique ;
- Ajuster enfin les résultats des calculs pour les aspects mal appréhendés par le modèle mécanique utilisé pour le dimensionnement de la structure de chaussée.
Les dégradations rencontrées dépendent de la couche concernée :
En couches de roulement :
- Usure due aux efforts tangentiels exercés par les charges roulantes,
- Orniérage par fluage dans des conditions excessives de température et de sollicitations par le trafic,
- Fissuration de fatigue par suite d’une mauvaise adhérence de la couche de roulement bitumineuse à l’assise,
- Fissuration par remontée des fissures des couches d’assise de chaussée,
- Fissuration par fatigue thermique par suite d’un vieillissement du bitume.
En couches d’assise traitées :
- Fissuration de fatigue due à la répétition des efforts de traction par flexion au passage des charges,
- Fissuration de prise et de retrait thermique des graves traitées aux liants hydrauliques,
- Fissuration due aux gradients thermiques des dalles de béton,
- Pompage et décalage de dalles dans les couches présentant des fissures de retrait ou des joints, du fait d’une mauvaise qualité du transfert de charge et de l’érodabilité du support.
En couches d’assise non traitées et pour le support de chaussée :
- Déformations permanentes de la structure (affaissement, orniérage…) dues au cumul de déformations plastiques.
C) Les structures type
Le réseau routier français s’est développé autour d’une grande diversité de structures de chaussée :
Chaussées souples : Ces structures comportent une couverture bitumineuse relativement mince, parfois réduite à un enduit pour les chaussées à très faible trafic, reposant sur une ou plusieurs couches de matériaux granulaires non traités. L’épaisseur globale de la chaussée est généralement comprise entre 30 et 60 cm.
Chaussées bitumineuses épaisses : Ces structures se composent d’une couche de roulement bitumineuse sur un corps de chaussée en matériaux traités aux liants hydrocarbonés, fait d’une ou deux couches (base et fondation). L’épaisseur des couches d’assise est le plus souvent comprise entre 15 et 40 cm.
Chaussées à assise traitée aux liants hydrauliques (chaussées semi-rigides) : Elles comportent une couche de surface bitumineuse sur une assise en matériaux traités aux liants hydrauliques (MTLH) mis en œuvre en une ou deux couches (base et fondation) dont l’épaisseur totale est de l’ordre de 20 à 50 cm
Chaussées à structure mixte (les structures qualifiées de mixtes sont telles que le rapport de l’épaisseur de matériaux bitumineux à l’épaisseur totale de chaussée soit de l’ordre de ½) : Ces structures comportent une couche de roulement et une couche de base en matériaux bitumineux (épaisseur de lo base : 10 à 20 cm) sur une couche de fondation en matériaux traités aux liants hydrauliques (20 à 40 cm).
Chaussées à structure inverse : Ces structures sont formées de couches bitumineuses, d’une quinzaine de centimètres d’épaisseur totale, sur une couche en grave non traitée (d’environ 12 cm) reposant elle-même sur une couche de fondation en MTLH. L’épaisseur totale est de 60 à 80 cm
Chaussées en béton de ciment : Ces structures comportent une couche de béton de ciment de 15 à 40 cm d’épaisseur éventuellement recouverte d’une couche de roulement mince en matériaux bitumineux. La couche de béton repose soit sur une couche de fondation (qui peut être en MTLH, en béton de ciment, ou drainante non traitée), soit directement sur le support de chaussée avec, dans ce cas, interposition fréquente d’une couche bitumineuse. La dalle de béton peut être continue avec un renforcement longitudinal (« béton armé continu »), ou discontinue avec ou sans éléments de liaison aux joints.
