Evolution de la méthode française de dimensionnement Vers un Eurocode du dimensionnement des chaussées?

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1 Nantes 2 et 3 février 2010 Evolution de la méthode française de dimensionnement Vers un Eurocode du dimensionnement des chaussées? Pierre Hornych LCPC Division SMIT Pierre HORNYCH Page 1/X

2 Méthode définie par le guide SETRA-LCPC de 1994, Ses principes datent des années 70 Evolution des connaissances depuis 1994 Apparition de nouveaux matériaux ou procédés Recherches sur le comportement des matériaux : comportement non-linéaire, fatigue, orniérage. Développement d outils de calcul : Alizé sous Windows, Calculs viscoélastiques (VISCOROUTE, CESAR-LCPC) Evolution de notre environnement : Évolutions du trafic routier et des modes de transport Multiplication des variantes et des produits d entreprises Normalisation européenne Vers une méthode de dimensionnement européenne? Pierre HORNYCH Page 2/X

3 Contexte européen Développement de nouvelles méthodes de dimensionnement : - Allemagne : logiciel PADESTO proche d ALIZE - Suède : méthode analytique calcul par saisons - Pologne : méthode inspirée de la méthode française Publication de Normes / directives sur le dimensionnement des chaussées - Allemagne : Dimensionnement des chaussées bitumineuses Dimenionnement des chaussées en béton - Slovaquie : Dimensionnement des chaussées souples et semi-rigide Critères pour le choix des couches de roulement Idée d un eurocode évoquée par le comité CEN TC 227 WG1 «matériaux bitumineux» mais pas de consensus.. Pierre HORNYCH Page 3/X

4 Projet COST 333 (2000) Development of a New Bituminous Pavement Design Method (20 Pays) Comparaison des Méthodes de dimensionnement «analytiques» Même méthode de calcul (élasticité linéaire) Critères de dimensionnement similaires (fatigue des couches liées, orniérage du sol) Peu de documents équivalents au guide français Grandes différences dans les données d entrée : Charges, description du trafic Températures, prise en compte du climat, du gel Description des plates-formes Paramètres mécaniques des matériaux Approches de calage différentes et pas toujours clairement définies Difficulté pour transposer les méthodes d un pays à l autre Pierre HORNYCH Page 4/X

5 Intérêt d une méthode de dimensionnement européenne - Harmonisation des techniques aide à l exportation des techniques - Portée plus générale que les méthodes nationales. Prise en compte d une large gamme de matériaux, de climats - Prise en compte des connaissances récentes de nouvelles exigences (développement durable, changement climatique) Mais -Processus certainement long pour harmoniser les pratiques des différents pays - besoin de bien se préparer techniquement : état de l art recherche de partenariats.. Pierre HORNYCH Page 5/X

6 Actions en cours Rédaction d une norme française sur le dimensionnement des chaussées (en prévision d une normalisation européenne) Mise à jour du guide de dimensionnement Recherches en cours (en particulier, opération de recherche 11P063) - Meilleure prise en compte du climat (températures, gel) - Modèles plus avancés : Viscoélasticité (VISCOROUTE, CESAR), élasticité non linéaire (module CVCR de CESAR LCPC) - Amélioration des critères de fatigue - Meilleure prise en compte des charges (configurations d essieux multiples, impact sur la fatigue) Autres besoins : - Recalage de la méthode - Prise en compte d autres critères de dimensionnement (couches de surface.) Pierre HORNYCH Page 6/X

7 Prise en compte des charges dans le dimensionnement Principes de la méthode de dimensionnement actuelle - Calcul des sollicitations dans la structure sous une charge de référence (essieu à roues jumelées de 130 kn) - Prise en compte des charges multiples au travers de coefficients d agressivité «forfaitaires» Coefficient d agressivité moyen CAM - Calcul d un trafic équivalent NE = N PL CAM - Application de critères de durée de vie en fatigue des matériaux liés avec NE cycles de chargement Evolution du logiciel ALIZE : Module Chaussées Spéciales (J.Balay) - Procédure permettant le calcul du dommage élémentaire dû à un véhicule à plusieurs essieux, puis le cumul automatique de ces dommages. - Possibilité d utiliser des mesures de pesage en marche pour calculer l endommagement produit par le trafic réel. Pierre HORNYCH Page 7/X

8 Loi de fatigue (cas des enrobés bitumineux) : Loi de Wöhler : ε tmax = A N b Dommage élémentaire (Miner) : Calcul du dommage pour un chargement multi-essieux avec ε tmax = contrainte de traction maximale δd = 1 N = [ ε t A ]α (avec α = -1/b) Dommage pour un signal de chargement multi-essieux : intégration de la loi de Miner suivant l axe de déplacement de la charge x : + α A α ε α-1 dε t (x) avec pos(x) partie positive de x δd = t pos[ dx ] dx - Pierre HORNYCH Page 8/X

9 Chargement multi-essieux intégration du dommage Déformation de traction à la base des couches bitumineuses Valeurs min (décharges) ε ul12 ε ul23 Valeurs max ε t1 ε t2 ε t3-1/b Dommage élémentaire (1 charge) : d e = A ε t -1/b -1/b -1/b -1/b -1/b Dommage cumulé: d tridem = A [ε t1 + ε t2 - ε ul12 + ε t3 - ε ul23 ] Pierre HORNYCH Page 9/X

10 Incidence des charges sur le comportement en fatigue Critère de dimensionnement standard : Essai de fatigue normalisé (NF EN ) Détermination de la durée de vie en fatigue sous chargement sinusoïdal continu à 10 C, 25 Hz Chargements réels plus complexes : - Essieux multiples signaux de chargement à plusieurs pics, de forme variable - Fréquence variable, temps de repos Influence significative sur le comportement en fatigue Déformation Pics de chargement Zone de déchargement partiel Temps Pierre HORNYCH Page 10/X

11 Incidence des charges sur le comportement en fatigue Thèse de Farah Homsi ( ) collaboration LCPC - Université de Bordeaux 1 + études LCPC, LRPC Bordeaux (Bodin et al. 2009) Objectifs : Etude de l endommagement des enrobés bitumineux sous chargements multi-essieux : - Analyse des signaux de chargement réels produits par différentes charges (mesures sur le manège de fatigue) Déf (µdef) Tandem Déformations mesurées Longitudinale ε xx =45,6 µdef Transversale ε yy =75,84 µdef εxx εyy 0 8 8,2 8,4 8,6 8,8 9 9,2 9,4-20 Temps (s) - Réalisation d essais de fatigue simulant les conditions de chargement réelles ( configurations de charges, vitesses, temps de repos) - Prise en compte dans le dimensionnement Pierre HORNYCH Page 11/X