Données de trafic pour la conception et l'évaluation des chaussées

Le trafic comme donnée de charge pour les chaussées

Les données de trafic constituent la variable la plus critique dans la conception structurale des chaussées, aux côtés du support de fondation. L’ensemble de la structure de la chaussée — couche de surface, couche de base, couche de fondation et sol support — est dimensionné pour résister à l’endommagement cumulatif infligé par les charges de véhicules répétées sur la durée de vie de conception. Sans une caractérisation précise de la charge de trafic, une chaussée est soit sous-dimensionnée (défaillance prématurée), soit surdimensionnée (coût initial excessif).

Autoroute avec trafic mixte comprenant des poids lourds et des voitures particulières

Le Guide de conception AASHTO 1993 (Partie III, Chapitre 5) définit la charge de trafic comme le nombre cumulé d’applications de charge équivalente par essieu simple (ESAL) sur la période de conception. L’équation de conception utilise le terme W18 — le nombre cumulé d’applications de charge d’essieu simple de 18 000 lb (80 kN) attendues dans la voie de conception sur la durée de vie de la chaussée. Il se calcule ainsi :

w18 = DD × DL × W18

DD est le facteur de distribution directionnelle (généralement 0,50 pour les routes bidirectionnelles), DL est le facteur de distribution par voie (varie de 1,00 pour les routes à voie unique à 0,50–0,75 pour les routes avec quatre voies ou plus par direction), et W18 est le nombre cumulé d’ESAL bidirectionnel.

Le facteur de distribution par voie tient compte du fait que tout le trafic n’emprunte pas la voie de conception. L’annexe D de l’AASHTO 1993 fournit des facteurs de distribution par voie standard : pour 1 voie dans chaque direction : 100 % du trafic de camions utilise cette voie ; pour 2 voies : 80–100 % ; pour 3 voies : 60–80 % ; pour 4 voies ou plus : 50–75 %. Ces facteurs reflètent le fait que les camions lourds ont tendance à se concentrer dans la voie de droite (voie lente) sur les autoroutes à plusieurs voies.

Les données de trafic régissent également l’évaluation des chaussées. Lors des relevés de condition et des évaluations structurales, la comparaison du trafic réel accumulé au trafic de conception fournit le premier indice diagnostique. Si une chaussée présente des dégradations sévères après seulement 40 % des ESAL de conception accumulés, la cause réside probablement dans un chargement excessif (camions surchargés), une capacité structurale inadéquate, ou des défauts de matériaux/de construction — et non simplement dans l’âge.

Le programme Long-Term Pavement Performance (LTPP) de la Federal Highway Administration maintient la base de données la plus complète reliant la charge de trafic à la performance des chaussées. Les données LTPP montrent que la charge de trafic explique 40 à 60 % de la variabilité des taux de détérioration des chaussées souples aux États-Unis et au Canada.

Classification des véhicules — Classes FHWA 1 à 13

La classification des véhicules est le fondement de la collecte de données de trafic car différents types de véhicules imposent des niveaux de dommages aux chaussées considérablement différents. Le système de classification FHWA à 13 catégories, défini dans le Traffic Monitoring Guide (édition 2013), catégorise les véhicules motorisés en fonction du nombre d’essieux et de leur disposition.

Système de pesage en mouvement avec un camion passant sur des capteurs encastrés dans la chaussée

Les 13 classes FHWA sont définies comme suit :

Classe 1 — Motocyclettes : Véhicules motorisés à deux ou trois roues avec deux essieux. Contribuent de manière négligeable aux dommages structuraux des chaussées. Empattement typique : 1,00–5,99 pi.

Classe 2 — Voitures particulières : Berlines, coupés, breaks et mini-fourgonnettes. Deux, trois ou quatre essieux (remorques incluses). Contribuent à moins de 0,001 ESAL par passage. Empattement typique : 6,00–10,10 pi.

Classe 3 — Autres véhicules à deux essieux et quatre pneus : Camionnettes, véhicules utilitaires sport, fourgonnettes, camping-cars, motor homes, ambulances, corbillards et minibus avec un essieu arrière simple équipé de pneus simples (non jumelés). Malgré le même nombre d’essieux que la Classe 2, ces véhicules tractent fréquemment des remorques, produisant des configurations à 3 ou 4 essieux. Empattement : 10,11–23,09 pi.

Classe 4 — Autobus : Autobus de transport en commun et scolaires traditionnels à deux ou trois essieux. Seuil de poids brut minimum : 12 000 lb. Empattement : 23,10–40,00 pi.

Classe 5 — Camions à deux essieux et six pneus : Camions avec deux essieux et roues arrière jumelées. Ce sont les camions porteurs les plus courants dans les flottes de livraison urbaines. Les règles de classification LTPP exigent un poids minimum de l’essieu 1 de 2,5 kip et un poids brut du véhicule minimum de 8,0 kip pour cette classe.

Classe 6 — Camions porteurs à trois essieux : Camions avec trois essieux et sans remorque. Essieu 1 minimum : 3,5 kip. Poids brut du véhicule minimum : 12,0 kip.

Classe 7 — Camions porteurs à quatre essieux ou plus : Camions porteurs avec quatre, cinq, six ou sept essieux. Inclut les camions-bennes spécialisés avec essieux relevables.

Classe 8 — Camions à une remorque et quatre essieux ou moins : Camion ou tracteur à deux essieux tractant une remorque à un ou deux essieux. Total : trois ou quatre essieux.

Classe 9 — Camions à une remorque et cinq essieux : Le classique « 18-roues » ou configuration « 3S2 » — un tracteur à deux essieux tractant une semi-remorque à trois essieux. C’est le type de véhicule lourd dominant sur le trafic autoroutier américain et il représente généralement la plus grande part du total des ESAL sur les autoroutes inter-États. Espacement entre essieux 1-2 : 6,00–30,00 pi ; essieux 2-3 : 2,50–6,29 pi ; essieux 3-4 : 6,30–65,00 pi ; essieux 4-5 : 2,50–11,99 pi. Poids brut minimum : 20,0 kip.

Classe 10 — Camions à une remorque et six essieux ou plus : Inclut les configurations avec essieux supplémentaires pour une capacité de poids brut plus élevée (par exemple, les camions à six essieux circulant sous permis spécial dans des États comme le Michigan où des poids bruts de 164 000 lb sont autorisés avec plus d’essieux limitant les charges par essieu à 13 000 lb).

Classes 11, 12 et 13 — Camions multi-remorques : Véhicules tractant deux remorques ou plus. Classe 11 : cinq essieux ou moins ; Classe 12 : six essieux ; Classe 13 : sept essieux ou plus. Ces configurations sont courantes sur les corridors fret dédiés.

Les règles de classification LTPP (adoptées en mars 2006 par le Traffic Expert Task Group) utilisent quatre variables pour la classification automatisée : nombre d’essieux, espacement des essieux, poids du premier essieu et poids brut du véhicule. Ceci est essentiel car les classificateurs basés uniquement sur le nombre et l’espacement des essieux ne peuvent pas distinguer les véhicules de Classe 3 (pneus arrière simples) des véhicules de Classe 5 (pneus arrière jumelés), les deux ayant deux essieux avec un espacement similaire mais un potentiel d’endommagement de la chaussée considérablement différent.

Importance pratique : Pour la conception des chaussées, seuls les camions des classes FHWA 5 à 13 contribuent significativement aux dommages structuraux. Un seul camion à cinq essieux de Classe 9 chargé à 80 000 lb de PTAC génère environ 2,5 à 3,0 ESAL par passage, tandis qu’une voiture particulière de Classe 2 génère environ 0,0004 ESAL. Cela signifie qu’un seul camion lourd cause autant de dommages à la chaussée qu’environ 6 000 à 7 500 voitures particulières.

Spectres de charge par essieu

La conception moderne des chaussées s’éloigne de l’approche à valeur unique ESAL pour adopter les spectres de charge par essieu — une caractérisation détaillée de la distribution des charges par essieu selon le type d’essieu (directeur, simple, tandem, tridem, quad) pour chaque classe de véhicule. Le système AASHTOWare Pavement ME Design (Mécanistique-Empirique) utilise les spectres de charge comme donnée d’entrée principale pour le trafic, et non les ESAL.

Un spectre de charge par essieu est généralement présenté sous forme d’histogramme montrant le pourcentage du nombre total de passages d’essieux qui tombent dans chaque intervalle de charge (généralement des classes de 2 000 lb ou 4,45 kN) pour chaque configuration d’essieu. Par exemple, la distribution de charge de l’essieu directeur d’un camion à cinq essieux de Classe 9 pourrait culminer à 10 000–12 000 lb, son tandem moteur à 30 000–34 000 lb et son tandem de remorque à 28 000–32 000 lb.

La base de données LTPP contient des spectres de charge par essieu provenant de centaines de sites WIM à travers l’Amérique du Nord, fournissant la base des distributions de charge par défaut dans Pavement ME. Ces spectres varient considérablement selon :

  • Le type de camion (les fourgons réfrigérés chargent différemment des camions-citernes ou des plateaux)
  • La région géographique (corridors de fret inter-États vs. routes rurales locales)
  • Le type de cargaison (marchandises en vrac vs. biens conditionnés)
  • La saison (les saisons de récolte agricole produisent des charges plus lourdes)

Les spectres de charge par essieu capturent la distribution complète du chargement plutôt qu’une seule valeur moyenne. Deux sites peuvent avoir le même nombre total d’ESAL mais des taux de détérioration très différents parce que l’un a un pourcentage plus élevé de charges proches du maximum légal. En effet, la fonction d’endommagement n’est pas linéaire — un tandem de 34 000 lb cause significativement plus que 34/30 fois l’endommagement d’un tandem de 30 000 lb.

Les spectres de charge spécifiques au site sont recommandés pour les projets de chaussée majeurs. Le Traffic Monitoring Guide de la FHWA fournit des directives pour développer des spectres spécifiques au site à partir d’au moins 3 à 7 jours de données WIM continues, avec des facteurs d’ajustement saisonniers pour extrapoler à la charge annuelle.

Concept de l’ESAL et son calcul

La charge équivalente par essieu simple (ESAL) est l’unité standard pour exprimer l’endommagement des chaussées par le trafic. Un ESAL représente l’endommagement causé par un passage d’un essieu simple de 80 kN (18 000 lb) avec pneus jumelés. Toutes les autres charges et configurations d’essieux sont converties en ESAL à l’aide des facteurs d’équivalence de charge (LEF).

Le concept d’ESAL est issu de l’AASHO Road Test (1958–1960) mené à Ottawa, dans l’Illinois — le test de chaussée à grande échelle le plus complet jamais entrepris. Ce test a soumis plus de 200 sections de chaussée à des charges de trafic contrôlées avec des charges d’essieu connues et a enregistré le nombre de répétitions de charge jusqu’à la défaillance. À partir de ces données, les chercheurs ont dérivé la relation empirique entre la charge d’essieu et l’endommagement de la chaussée qui est encore utilisée aujourd’hui.

Facteurs d’équivalence de charge (LEF) de l’AASHTO 1993 (en supposant un indice de service terminal pt = 2,5, un nombre structural SN = 5 pour les chaussées souples, une épaisseur de dalle D = 9 pouces pour les chaussées rigides) :

Type d’essieuCharge (lb)Charge (kN)LEF (Souple)LEF (Rigide)
Simple2 0008,90,00030,0002
Simple10 00044,50,1180,082
Simple14 00062,30,3990,341
Simple18 00080,01,0001,000
Simple20 00089,01,4001,570
Simple30 000133,47,9008,280
Tandem18 00080,00,1090,133
Tandem34 000151,21,1101,920
Tandem40 000177,92,0603,740
Tandem50 000222,45,0309,070

La règle de la puissance quatre est une approximation utile : le rapport d’endommagement est égal à (charge réelle / charge standard) élevé à la puissance quatre. Pour un essieu simple de 30 000 lb : (30 000/18 000)⁴ = (1,667)⁴ = 7,72, ce qui correspond étroitement au LEF AASHTO de 7,9. Cela signifie qu’un seul essieu de 30 000 lb cause environ 8 fois plus de dommages qu’un essieu de 18 000 lb, et plus de 26 000 fois plus de dommages qu’un essieu de 2 000 lb.

Procédure de calcul des ESAL (AASHTO 1993 Annexe D) :

  1. Déterminer le volume de trafic par classe de véhicule (AADT pour chaque classe FHWA)
  2. Déterminer les distributions de charge par essieu pour chaque classe (à partir de données WIM ou de valeurs par défaut)
  3. Appliquer les facteurs d’équivalence de charge à chaque intervalle de charge d’essieu
  4. Sommer les contributions d’endommagement sur tous les essieux et toutes les classes de véhicules
  5. Appliquer la distribution directionnelle (DD = généralement 0,50)
  6. Appliquer la distribution par voie (DL = varie selon le nombre de voies)
  7. Appliquer un facteur de croissance pour projeter les ESAL cumulés sur la durée de vie de conception

Le facteur camion est une approche simplifiée : le nombre d’ESAL par camion pour une classe de véhicule donnée. Pour les camions de Classe 9, le facteur camion varie généralement de 1,0 à 3,0 ESAL par camion selon les conditions de chargement. La multiplication du facteur camion par le nombre de camions donne le nombre total d’ESAL.

Une grande fourgonnette de transport de passagers complètement chargée génère environ 0,003 ESAL, tandis qu’un tracteur semi-remorque complètement chargé peut générer jusqu’à environ 3 ESAL. Un essieu simple de 80 kN cause plus de 3 000 fois plus de dommages qu’un essieu de 8 kN (1,000/0,0003 ≈ 3 333). Un essieu simple de 133,3 kN cause environ 67 fois plus de dommages qu’un essieu simple de 44,4 kN (7,9/0,118 ≈ 67).

L’AASHTO 1993 recommande un multiplicateur de 1,5 pour convertir les ESAL souples en ESAL rigides (ou 0,67 pour convertir les rigides en souples) lors de la comparaison du trafic équivalent entre types de chaussées.

Systèmes de pesage en mouvement (WIM)

Le pesage en mouvement (WIM) est la technologie permettant de mesurer les efforts dynamiques des pneus d’un véhicule en mouvement à vitesse autoroutière et d’estimer les charges statiques par essieu et le poids brut du véhicule. Les systèmes WIM sont la référence absolue pour la collecte de données de trafic car ils capturent simultanément les charges par essieu, la classification des véhicules et le volume de trafic.

La norme ASTM E1318-09 — « Standard Specification for Highway Weigh-in-Motion (WIM) Systems with User Requirements and Test Methods » définit les exigences de performance des systèmes WIM :

TypeApplicationPlage de vitesseTolérances de conformité à 95 %
Type ICollecte de données de trafic (jusqu’à 4 voies)10–80 mphCharge par essieu ±20 %, Groupe d’essieux ±15 %, PTAC ±10 %, Vitesse ±1 mph
Type IICollecte de données de trafic10–80 mphCharge par essieu ±30 %, Groupe d’essieux ±20 %, PTAC ±15 %
Type IIIContrôle du respect des limites de poids10–80 mphCharge par essieu ±15 %, Groupe d’essieux ±10 %, PTAC ±6 %
Type IVPostes de contrôle (basse vitesse)2–10 mphPrécision plus élevée

Éléments de données produits par les systèmes WIM (selon ASTM E1318-94 Tableau 1) : charge par roue, charge par essieu, charge par groupe d’essieux, poids brut du véhicule, vitesse, espacement centre-à-centre des essieux, classe de véhicule, identification du site, voie et direction de déplacement, date et heure, numéro séquentiel d’enregistrement du véhicule, empattement, ESAL et code d’infraction (pour la détection de surcharge).

Types de capteurs WIM :

  • Capteurs à plaque de flexion : Installés uniquement dans les chaussées en béton de ciment Portland (PCC). Mesurent la déformation due au passage de l’essieu.
  • Capteurs à cellule de charge : Installés uniquement dans les PCC. Utilisent des cellules de charge hydrauliques ou à jauges de contrainte.
  • Capteurs piézoélectriques en quartz : Installés dans les PCC ou le béton bitumineux (AC). Génèrent une charge proportionnelle à la force appliquée.
  • Capteurs piézoélectriques en polymère : Option moins coûteuse pour les chaussées en AC. Moins précis aux températures extrêmes.
  • Capteurs à bande de jauge de contrainte : Installés dans les PCC ou les AC.

Critères de sélection du site (Guide de poche WIM de la FHWA, FHWA-PL-18-015) :

  • Courbure horizontale : Sur 200 pi avant et 100 pi après les capteurs, rayon ≥ 5 700 pi
  • Pente verticale : ≤ 2 % pour les Types I, II, III ; ≤ 1 % pour le Type IV
  • Épaisseur de la chaussée en AC : minimum 4 pouces ; couche supérieure en enrobé à haute performance de 1,5–2 pouces de préférence
  • Longueur de dalle PCC à armature continue : Longueur de dalle (pi) = 2,93 × (Vitesse du camion en mph) + 150 pi, minimum 300–400 pi pour les vitesses autoroutières
  • Aucun reprofilage futur ne devrait être prévu dans les 5 ans

Les classificateurs automatiques de véhicules (AVC) utilisent des capteurs d’essieu (bandes piézoélectriques ou boucles inductives) pour mesurer le nombre d’essieux et le motif d’espacement des essieux afin de déterminer la classe de véhicule FHWA. Les systèmes AVC sont plus simples et moins coûteux que les WIM mais ne peuvent pas fournir de données de charge par essieu. Les règles de classification LTPP intègrent des seuils de poids d’essieu pour résoudre les ambiguïtés de classification — par exemple, distinguer un camion vide de Classe 5 (porteur, pneus jumelés) d’une camionnette de Classe 3 (porteur, pneus simples) nécessite des données de poids, car les deux ont deux essieux avec un espacement similaire.

Taux de croissance et projection du trafic

Les volumes de trafic et le chargement des camions restent rarement constants sur la durée de vie de conception d’une chaussée. Le taux de croissance du trafic tient compte de l’augmentation à la fois du volume de trafic et du chargement des camions au fil du temps. L’annexe D, Tableau D20 de l’AASHTO 1993 fournit des multiplicateurs pour des taux de croissance et des périodes de conception donnés.

Le trafic journalier annuel moyen (AADT) est la mesure fondamentale du volume de trafic — le volume de trafic annuel total divisé par 365 jours. L’AADT futur est calculé comme suit :

AADT futur = AADT_actuel × (1 + r)^n

r = taux de croissance annuel (décimal) et n = nombre d’années de la période de projection.

Les taux de croissance varient considérablement selon la classe de véhicule. Le trafic de voitures particulières peut croître de 1 à 3 % par an dans les zones urbaines, tandis que le trafic de camions lourds peut croître de 3 à 6 % sur les corridors fret majeurs. Les autorités régionales déterminent les taux de croissance appropriés par l’analyse des données de trafic historiques provenant de stations de comptage continues.

Exemple de croissance réelle : L’Interstate 5 au point kilométrique 176,35 dans l’État de Washington transportait environ 200 000 ESAL par an lors de sa construction en 1965, passant à environ 1 000 000 ESAL par an en 1994 — une multiplication par cinq sur 30 ans, équivalant à un taux de croissance annuel d’environ 6 %.

Facteurs spéciaux affectant les projections de trafic (directives TxDOT) :

  • Rues devenant des axes principaux pour les bus urbains ou scolaires
  • Routes desservant des centres de distribution ou de fret nouvellement développés
  • Autoroutes impactées par de nouvelles routes de raccordement
  • Routes connaissant des diminutions de trafic dues à l’ouverture de voies de contournement parallèles
  • Augmentations de trafic dues au forage de champs pétroliers/gaziers ou aux permis d’éoliennes

Périodes de conception : L’AASHTO 1993 spécifie que les projections de trafic doivent couvrir la période de conception complète — généralement 20 ans pour les chaussées souples et 30 ans pour les chaussées rigides. La période de conception plus longue pour les chaussées rigides reflète leur coût initial plus élevé et leur durée de vie utile attendue plus longue.

Le calcul de la croissance du trafic est essentiel car le simple fait de multiplier le nombre de trafic initial par la durée de vie de conception en années sous-estime considérablement le nombre total d’ESAL. Pour une période de conception de 30 ans avec une croissance annuelle de 4 %, le trafic total est 56 fois le trafic de la première année, et non 30 fois.

Le concept de fiabilité AASHTO tient compte des incertitudes dans les prévisions de trafic, les propriétés des matériaux et la construction. Pour les routes à haute priorité (autoroutes inter-États), des niveaux de fiabilité de 90–99 % sont spécifiés, nécessitant des sections de chaussée plus épaisses pour se prémunir contre la possibilité que le trafic réel dépasse les projections.

Comparaison du trafic réel et du trafic de conception

La comparaison du trafic réel accumulé au trafic de conception est une étape cruciale dans l’évaluation forensique des chaussées. Lors d’une inspection de l’état de la chaussée, l’inspecteur doit déterminer :

  1. Les ESAL réellement accumulés sur la chaussée depuis la construction ou la dernière réhabilitation (à partir de données WIM, de comptages de trafic ou de registres de péage)
  2. Les ESAL de conception — le trafic cumulé que la chaussée a été conçue pour supporter sur sa durée de vie de conception
  3. Le rapport entre ESAL réels et ESAL de conception en pourcentage

Cette comparaison fournit la première preuve diagnostique :

  • Si la chaussée présente des dégradations sévères mais que le trafic réel est bien inférieur au trafic de conception (<50 %), la cause est probablement liée aux matériaux (mauvaise construction, désenrobage, problèmes de durabilité), à l’environnement (gel-dégel, fissuration thermique) ou à la structure (épaisseur inadéquate pour les conditions réelles du sol support).
  • Si la chaussée présente des dégradations sévères et que le trafic réel est proche ou supérieur au trafic de conception (≥100 %), la chaussée a atteint sa durée de vie structurale de conception et nécessite une réhabilitation.
  • Si la chaussée présente des dégradations compatibles avec un vieillissement normal mais que le trafic réel dépasse significativement le trafic de conception (bien au-dessus de 100 %), la chaussée a été sous-dimensionnée pour le chargement réel — une situation courante sur les routes où la croissance du trafic a dépassé les projections.

Le modèle structural de chaussée TxDOT décrit l’endommagement de la chaussée comme cumulatif et irrécupérable. Chaque charge individuelle inflige une certaine quantité d’endommagement, et lorsque le total atteint une valeur maximale, la chaussée a atteint la fin de sa durée de vie utile. La comparaison du trafic réel au trafic de conception quantifie où se trouve la chaussée sur cette courbe d’endommagement.

Pour la détection de surcharge, la comparaison s’étend au-delà des ESAL totaux à la distribution des charges par essieu. Un site avec 100 % des ESAL de conception mais où 30 % des camions sont en surcharge (dépassant les limites légales d’essieu) présentera nettement plus de dégradations qu’un site avec le même nombre d’ESAL mais seulement 5 % de surcharge. L’inspecteur doit examiner les données WIM pour connaître la proportion de véhicules en règle par rapport aux véhicules surchargés.

Trafic et dégradation des chaussées — la surcharge accélère la fissuration et l’orniérage

La relation entre la charge de trafic et la dégradation des chaussées est à la fois qualitative et quantitative. Certains types de dégradation sont directement associés à la charge — leur sévérité et leur étendue sont fortement corrélées à la charge de trafic cumulée.

Chaussée en enrobé avec fissuration par fatigue sévère en peau de crocodile dans l'ornière due à une charge de trafic lourd

La fissuration par fatigue (fissuration en peau de crocodile) est la dégradation par excellence induite par le trafic. Selon le manuel d’identification des dégradations LTPP (FHWA-HRT-13-092, 5e édition), la fissuration par fatigue est définie comme une série de fissures interconnectées causées par la rupture par fatigue de la surface en béton bitumineux sous l’effet de charges de trafic répétées. Elle commence par des fissures longitudinales dans l’ornière et progresse vers un motif interconnecté en peau de crocodile. Les mécanismes : les charges de trafic répétées induisent une contrainte de traction à la base de la couche d’enrobé. Chaque application de charge produit des microfissures qui s’accumulent jusqu’à ce que des fissures visibles se forment. Un essieu simple de 80 kN cause plus de 3 000 fois plus de dommages par fatigue qu’un essieu de 8 kN. Un essieu simple de 44,4 kN doit être appliqué plus de 12 fois pour infliger le même endommagement qu’une répétition d’un essieu simple de 80 kN.

L’orniérage est une dépression longitudinale de la surface dans l’ornière, généralement causée par le compactage ou la consolidation du trafic d’une ou plusieurs couches de chaussée. Le manuel LTPP DIM identifie l’orniérage comme une dégradation associée à la charge. Dans les chaussées souples, l’orniérage se produit lorsque la déformation permanente accumulée due aux charges de trafic répétées dépasse les limites tolérables. Les camions surchargés accélèrent l’orniérage de manière disproportionnée car la déformation permanente dans les couches granulaires non liées et le sol support est également liée aux niveaux de contrainte par une fonction puissance.

La fissuration en blocs est principalement causée par le retrait de l’enrobé et les cycles thermiques plutôt que par la charge de trafic. La fissuration transversale dans les chaussées souples est principalement d’origine thermique (fissuration à basse température) plutôt qu’associée à la charge. La fissuration de rive est influencée à la fois par la charge de trafic et par un mauvais support de rive.

Limites légales de charge par essieu (États-Unis fédéral) : essieu simple — 20 000 lb ; essieu tandem — 34 000 lb ; poids brut du véhicule — 80 000 lb. La formule du pont (W = 500 × [L × N / (N-1) + 12N + 36]) limite les charges des groupes d’essieux pour éviter la surcharge des ponts. Les véhicules dépassant ces limites causent des dommages disproportionnés à la chaussée — un essieu simple de 30 000 lb (50 % au-dessus de la limite légale de 20 000 lb) cause environ (30/20)⁴ = 5,1 fois les dommages d’un essieu légal de 20 000 lb.

L’approche unique du Michigan autorise des poids bruts de véhicule de 164 000 lb par rapport au maximum normal de 80 000 lb dans d’autres États, mais avec plus d’essieux limitant la charge maximale par essieu à 13 000 lb sur les essieux simples contre 18 000 lb ailleurs. Cela démontre que le nombre d’essieux est aussi important que le poids brut — répartir la charge sur plus d’essieux réduit l’endommagement par essieu de manière exponentielle.

Trafic aéroportuaire — Mixité des aéronefs, types de train d’atterrissage et passages

La conception des chaussées aéroportuaires utilise une caractérisation du trafic fondamentalement différente de celle des chaussées routières. Le chargement des aéronefs est caractérisé par les passages (nombre de fois qu’un aéronef parcourt un point donné), la configuration du train d’atterrissage (roue simple, roue double, tandem double, tandem double en bogie à 6 roues), la pression des pneus (affecte les contraintes de la couche de surface) et la charge par roue (affecte l’épaisseur structurale).

La circulaire consultative FAA 150/5320-6G (7 juin 2021) fournit des directives pour la conception et l’évaluation des chaussées aéroportuaires civiles. Le programme FAARFIELD (FAA Rigid and Flexible Iterative Elastic Layer Design) utilise la théorie élastique multicouche pour les chaussées souples et la théorie élastique multicouche combinée à la théorie des éléments finis 3D pour les chaussées rigides, avec des courbes de défaillance calibrées au National Airport Pavement Test Facility (NAPTF).

Le protocole ACR-PCR de l’OACI (Aircraft Classification Rating / Pavement Classification Rating) a remplacé l’ancienne méthode ACN-PCN. Un PCR (Pavement Classification Rating) doit être déterminé pour toutes les chaussées destinées aux aéronefs d’une masse supérieure à 5,7 tonnes. Le PCR est rapporté sur une échelle de 0 à 1 000.

Chaussée de piste d'aéroport avec un gros aéronef de ligne en roulage

Variables clés pour la caractérisation du trafic aéroportuaire :

  • Mixité des aéronefs : Les types d’aéronefs spécifiques qui utiliseront la chaussée (Boeing 737, Airbus A320, Boeing 777, etc.), chacun avec des poids, des configurations de train d’atterrissage et des pressions de pneus différents.
  • Départs annuels : Le nombre d’opérations de décollage par type d’aéronef par an. L’aéronef critique est celui qui nécessite la plus grande épaisseur de chaussée.
  • Passages : Le nombre de fois qu’un aéronef passe sur un point donné. Pour les pistes, la zone la plus critique est généralement à l’extrémité où les aéronefs sont stationnaires avant le décollage.
  • Type de train d’atterrissage : Roue simple (petite aviation générale), roue double (jets régionaux, corps étroit), tandem double (corps large), tandem double avec bogie à 6 roues (Boeing 777) — la configuration du train d’atterrissage détermine la distribution des contraintes dans la structure de la chaussée.
  • Pression des pneus : Affecte les exigences de la couche de surface. Les pressions de pneus plus élevées des aéronefs modernes nécessitent des enrobés de surface de meilleure qualité.
  • Déport latéral : Les aéronefs ne suivent pas parfaitement une seule trajectoire comme les véhicules routiers. La distribution latérale des passages réduit l’endommagement maximal par rapport au trafic canalisé.

Historiquement, les chaussées aéroportuaires ont bien performé pendant 20 ans (DOT/FAA/AR-04/46). La FAA utilise des critères de défaillance calibrés au NAPTF pour déterminer les passages admissibles pour une structure de chaussée et un chargement d’aéronef donnés.

Les quatre composantes de la structure de chaussée identifiées dans la FAA AC 150/5320-6G : le sol support (sol naturel), les matériaux de revêtement (couche de surface, base, fondation), les charges appliquées (poids, pression des pneus, emplacement, fréquence) et le climat (températures élevées/basses, précipitations, gel-dégel). La charge de trafic interagit avec toutes les autres composantes dans la détermination de la durée de vie de la chaussée.

Données de trafic dans l’analyse de tendance PCI

L’indice de condition de chaussée (PCI) est une note numérique de 0 (défaillante) à 100 (excellente) qui quantifie l’état de la chaussée en fonction du type, de la sévérité et de la quantité de dégradations. L’analyse de tendance PCI utilise la relation entre le PCI et la charge de trafic pour prédire l’état futur, planifier l’entretien et diagnostiquer les problèmes structuraux.

La norme ASTM D6433 définit la méthodologie de calcul du PCI. Pour une section de chaussée donnée, le PCI est calculé en :

  1. Mesurant la densité (étendue) de chaque type de dégradation à chaque niveau de sévérité
  2. Appliquant des valeurs de déduction à partir de courbes établies
  3. Soustraiant la déduction totale de 100

Les données de trafic interviennent dans l’analyse PCI de multiples façons :

  • Segmentation : Les chaussées sont divisées en sections de gestion avec une charge de trafic uniforme, un historique de construction et un type de chaussée homogènes. Le volume de trafic (AADT et pourcentage de camions) est un critère de segmentation principal.
  • Modélisation de la détérioration : Des courbes de détérioration PCI sont développées pour des combinaisons de type de chaussée, de zone climatique et de niveau de trafic. Par exemple, une route artérielle avec 10 000 AADT et 15 % de camions se détériorera plus rapidement qu’une rue résidentielle avec 500 AADT et 2 % de camions.
  • Prédiction de performance : L’étude FHWA FHWA-HRT-18-065 a utilisé la base de données LTPP pour développer des modèles de prédiction du PCI. 942 exemples de routes en enrobé ont été analysés avec 14 attributs incluant le volume de trafic. Les modèles d’arbre de décision ont prédit le PCI avec une précision >70 %, identifiant la charge de trafic comme l’un des attributs les plus significatifs.
  • Priorisation de l’entretien : Les sections avec une charge de trafic élevée et un PCI en déclin rapide sont prioritaires pour une intervention afin de maximiser le bénéfice par dollar dépensé.
Note PCIConditionAction recommandée
86–100ExcellenteEntretien préventif (calfeutrage de fissures, enduit d’étanchéité)
71–85BonneRéparations mineures
56–70MoyenneRéparations majeures
41–55MauvaiseRéparations majeures ou reconstruction
26–40Très mauvaiseReconstruction
0–25DéfaillanteReconstruction

Les équations PCI du DOT de l’Iowa (développées par la recherche ISU) utilisent une analyse de régression statistique pour relier le PCI aux mesures de dégradation. Différents attributs contribuent au PCI selon le type et la sévérité des dégradations présentes. La charge de trafic est utilisée comme variable explicative dans ces modèles.

Questions Fréquemment Posées

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