Qu'est-ce que la durée de vie de conception des chaussées ?

Durée de vie de conception des chaussées est la période pour laquelle les ingénieurs conçoivent une structure de chaussée pour supporter le trafic aérien prévu.

L’AC 150/5320-6G de la FAA définit deux durées de vie. Dans le programme de conception FAARFIELD, la durée de vie de conception est la durée structurelle. Il s’agit du nombre de cycles de charge qu’une chaussée supporte avant de défaillir sur le plan structurel. La durée fonctionnelle est le temps pendant lequel la chaussée assure un service acceptable. Des indicateurs tels que les débris d’objets étrangers (FOD), la résistance au dérapage et la rugosité la mesurent. Une chaussée peut conserver une grande partie de sa durée fonctionnelle après une défaillance structurelle.

Durées structurelle et fonctionnelle

La défaillance structurelle n’a pas le même sens pour chaque type de chaussée (AC 150/5320-6G, section 3.10) :

• Chaussée rigide. La défaillance structurelle survient lorsque les dalles de béton présentent une fissuration étendue due aux charges.
• Chaussée souple. La défaillance structurelle survient lorsque le sol support n’est plus protégé contre les dommages dus aux charges.

Les deux types ont la même durée de vie de conception minimale de la FAA. Une chaussée peut continuer à servir les avions après une défaillance structurelle, si bien que la durée fonctionnelle peut dépasser la durée structurelle. La conception FAARFIELD fixe l’épaisseur de chaque couche pour que la structure dure la durée de vie de conception.

Valeurs de durée de vie de conception dans l’AC 150/5320-6G de la FAA

• Une nouvelle chaussée d’un projet de la FAA financé par le gouvernement fédéral : minimum 20 ans.
• Un projet de réhabilitation : minimum 10 ans.
• Une recharge : 20 ans à compter de sa mise en place. Une durée plus courte est possible, jusqu’à un minimum de 10 ans. Cela exige une chaussée d’origine de plus de 15 ans et une recharge destinée à une réhabilitation fonctionnelle.
• Un projet phasé : une chaussée temporaire pour 1 à 2 ans peut suffire.
• Les grands et moyens aéroports de correspondance : une durée plus longue peut convenir lorsque la prévision de trafic est précise et que la configuration de l’aéroport ne changera pas.
• Les petits aéroports : l’AC recommande au plus 20 ans, car le trafic futur et la configuration ne sont pas connus.

L’AC ne fixe pas de valeur distincte pour les chaussées souples et rigides. Une analyse du coût du cycle de vie (LCCA) peut retenir une période autre que 20 ans. Sur un projet financé par le gouvernement fédéral, le rapport de l’ingénieur doit justifier la période de conception.

Comment la durée de vie de conception entre dans la conception

FAARFIELD multiplie les départs annuels par la durée de vie de conception pour obtenir le trafic que la chaussée doit supporter. L’AC donne la formule N = (1 + r × L / 200) × NA × L. N est le nombre total de départs et NA est le nombre annuel de départs. L est la durée de vie de conception en années et r est le taux de croissance en pourcentage. L’AC donne deux exemples. 250 départs annuels sans croissance sur 20 ans font 5 000 départs au total. 225 départs annuels avec une croissance de 1 % sur 20 ans font 4 950.

Le programme vérifie ensuite la structure avec le facteur de dommage cumulé (CDF). Le CDF est une forme de la règle de Miner. Pour chaque avion du mélange de trafic, il divise les répétitions de charge appliquées par les répétitions qui provoquent la défaillance. Le CDF total est la somme sur tous les avions. Un CDF de 1 signifie que la durée de vie en fatigue structurelle est entièrement consommée. FAARFIELD ajuste l’épaisseur jusqu’à ce que le CDF soit égal à 1 pour le mélange de trafic de conception et la durée de vie de conception.

Ce qui détermine si une chaussée atteint sa durée de vie de conception

La durée de vie de conception est une donnée d’entrée, non une garantie. L’AC énumère les facteurs qui déterminent si une chaussée l’atteint :

• Le mélange réel d’aéronefs, comparé au trafic de l’analyse de conception.
• La qualité initiale des matériaux et de la construction.
• Un entretien courant et préventif réalisé à temps.

L’AC indique que les chaussées d’aéroport ont historiquement bien tenu 20 ans (rapport DOT/FAA/AR-04/46). Il précise aussi qu’aucune structure de chaussée n’atteint la durée de vie voulue sans matériaux de qualité, une mise en œuvre correcte et un entretien. La section 4.2 ajoute qu’une chaussée souple peut durer au-delà de la durée de vie structurelle de 20 ans. Cela exige des matériaux de qualité, une construction de qualité, un scellement des fissures et des traitements de surface réalisés à temps.

L’entretien prolonge la durée fonctionnelle. La section 3.10.5 de l’AC 150/5320-6G énumère les travaux :

• Chaussée souple. Scellement courant des fissures, enduits de scellement et petites réparations.
• Chaussée rigide. Scellement des fissures, réparation ou remplacement des joints de scellement, remplacement de dalles isolées et réparations d’épaufrures en profondeur partielle.
• Les deux types. L’usure et les intempéries peuvent quand même exiger une réhabilitation. Il s’agit d’un fraisage et recouvrement sur une chaussée souple, ou d’une rectification au diamant sur une chaussée rigide.

L’AC 150/5380-7B indique qu’un entretien courant est nécessaire pour préserver la chaussée pendant sa durée de vie de conception. Exemples : scellement annuel des fissures et inspection quotidienne. Le terme entretien préventif couvre les traitements qui ralentissent la détérioration, et le terme réhabilitation de chaussée couvre les travaux réalisés après que la chaussée atteint un état médiocre.

Surcharges et durée de vie de conception

Des charges supérieures à la charge de conception consomment la durée de vie plus vite. Des charges plus faibles la consomment plus lentement. L’Annexe 14 de l’OACI l’énonce dans ses indications de l’Attachement A (section 19.1), et l’AC 150/5335-5D le répète. Sauf surcharge massive, une chaussée ne défaille pas brutalement ni de façon catastrophique.

L’OACI propose ces critères pour les surcharges qui ne justifient pas une analyse détaillée :

• Les mouvements occasionnels d’avions dont l’ACR dépasse de 10 % au plus le PCR publié ne devraient pas nuire à une chaussée souple ou rigide.
• Le nombre annuel de mouvements en surcharge ne devrait pas dépasser environ 5 % du total annuel des mouvements, sans compter les avions légers.

L’OACI conseille aussi de ne pas autoriser normalement les mouvements en surcharge sur une chaussée qui présente des dégradations ou une défaillance. L’autorité devrait revoir régulièrement l’état de la chaussée. Le terme résistance de la chaussée explique comment le PCR est publié.

Coût du cycle de vie et période d’analyse

La période d’analyse n’est pas la durée de vie de conception. C’est le temps sur lequel une LCCA compare des variantes de chaussée. L’AC exige que cette période comprenne au moins une réhabilitation de chaque variante. Il demande de fonder la valeur de récupération sur la durée de vie fonctionnelle restante d’une variante à la fin de la période d’analyse. Il indique aussi que les coûts d’entretien courant, comme le scellement ponctuel des fissures, ont un effet marginal sur la valeur actuelle nette.

Durée de vie restante et inspection

Un relevé de l’indice de l’état de la chaussée (PCI) classe une chaussée de 0 (défaillante) à 100 (neuve). La note tient compte du type, de la gravité et de la quantité des dégradations. La norme ASTM D5340 définit la méthode. Un relevé donne l’état à un instant donné. Des relevés répétés donnent la vitesse de détérioration, que peut projeter un programme de gestion des chaussées.

L’AC 150/5380-7B décrit le schéma habituel. Une chaussée se comporte bien pendant l’essentiel de sa vie. Elle atteint ensuite un état critique et se détériore rapidement. Le nombre d’années en bon état dépend du type et de la qualité de construction, de l’usage, du climat et de l’entretien. L’AC indique qu’il est difficile de savoir quand une chaussée atteint l’état critique. Il indique aussi que préserver une chaussée en bon état coûte quatre à cinq fois moins cher que réhabiliter une chaussée en état moyen ou médiocre.

Un relevé de la surface a des limites. L’AC note qu’une chaussée présentant des fissures d’origine environnementale peut aussi être au stade précoce des dommages dus aux charges. Seul un essai détecte ces dommages. Pour une chaussée en béton, l’indice de condition structurelle (SCI) ne retient que les dégradations dues aux charges parmi celles du PCI. La FAA définit un SCI de 80 comme la défaillance structurelle d’une chaussée rigide.

Pour le système ACR-PCR, la période de vie est la durée de vie de conception d’une nouvelle chaussée et la durée de vie restante d’une chaussée en service. L’AC 150/5320-6G utilise une mesure voisine pour la recharge d’une chaussée rigide. Il s’agit du pourcentage de CDFU, la part estimée de la durée de vie en fatigue que le trafic a consommée. Elle ne s’applique que lorsque la chaussée existante a un SCI de 100. L’AC avertit qu’un CDFU de 31 % ne signifie pas que 31 % de la durée de vie structurelle de conception d’origine est consommée. Cela signifie que la chaussée a reçu 31 % des passages de trafic que le modèle prévoit avant le premier défaut structurel. La chaussée conserve alors une durée structurelle importante.

Durée de vie de conception sur un aérodrome

L’âge d’une chaussée ne dit pas à lui seul combien de vie il reste. Le trafic, la qualité de construction, le climat et l’entretien modifient le résultat. Des relevés d’état répétés sur les mêmes unités d’échantillonnage montrent la vitesse de détérioration.

TarmacView planifie les vols de relevé des chaussées et capture les photos dès aujourd’hui. La détection des fissures et la notation des dégradations ASTM D5340 sont en cours de développement et proposées en accès anticipé. L’article de blog durée de vie de conception et moment où une recharge devient nécessaire montre comment une série de relevés aide à décider.