Procédures et méthodologies de conception des chaussées

Un grand nombre de méthodologies existent pour la conception des chaussées (Haas et al, 1994). La complexité de chacune de ces méthodes peut grandement varier. Chaque administration routière utilise la méthodologie qui lui semble la plus pertinente. Des points communs entre chacune des méthodologies peuvent néanmoins être dégagés.

Le dimensionnement des chaussées se fait en prenant en considération les contraintes physiques liées au trafic, à l ‘environnement et aux matériaux de construction. Les contraintes physiques sont utilisées, par la méthodologie de conception de chaussée, pour sélectionner les épaisseurs des couches de chaussée. Les méthodologies de conception suivent deux types de cheminement :
• Les méthodologies peuvent suivre un processus itératif. L’épaisseur et la nature des couches de chaussées sont préalablement choisies. Elles doivent vérifier les contraintes mécaniques requises pour être validées. Dans le cas contraire, l’épaisseur des couches est redéfinie jusqu’à satisfaire les contraintes mécaniques;
• L’épaisseur et la nature des couches de chaussées peuvent être directement fournies par les modèles de dimensionnement de chaussées, moyennant la définition préalable des contraintes physiques de dimensionnement.

Il est à noter que les méthodologies de conception de chaussées ne prennent pas en considération les aspects économiques, l’entretien, la réhabilitation ou les choix des solutions variantes. Ce schéma classique de conception des chaussées s’applique pour les chaussées rigides et pour les chaussées souples.

Les épaisseurs des couches de chaussées étaient auparavant conçues à l ‘aide des techniques expérimentales et des pratiques courantes. Dans les années 1930, sont apparues les premières approches scientifiques, qui n’ont cessé d’évoluer depuis (Raymond, 1993). Les premières approches scientifiques reposent sur les propriétés mécaniques et physiques des matériaux utilisés.

Vers la fin des années 1930, des méthodes théoriques se basant sur l’analyse des contraintes et déformations engendrées dans la chaussée par les charges sont développées (Haas et al, 1994). Ces méthodes théoriques font appel à des modèles analytiques. L’avènement des outils informatiques dans les années 1960 permet une avancée décisive des méthodes, basées sur l’étude mécaniste de la répartition des charges dans les chaussées. L’avantage des méthodes mécanistes est qu’elles permettent de décrire les mécanismes physiques de fonctionnement des chaussées.

Des méthodologies basées sur des tests expérimentaux ont vu le jour au début des années 1960 (Haas et al, 1994). Ces méthodes s’appuient sur les essais AASHO et sur d’autres essais de moindre envergure. Elles prennent en compte le comportement, à long terme, de la structure de chaussée. Elles permettent de conduire des analyses économiques, selon le cycle de vie, en comparant la performance à long terme de plusieurs variantes et options de structures de chaussées.

Le programme L TPP d’études des performances à long terme des chaussées est lancé en 1987 (FHWA, 2003). Ce programme vise à rassembler le maximum de données sur le comportement des chaussées, dans l’ ensemble du territoire des États Unis et du Canada. Le traitement et l’analyse de ces données doivent conduire à la création d’outils valables, permettant de relier l’analyse structurale et la performance à long terme des chaussées.

Les phases gouvernant la conception des chaussées 

Le processus de conception d’une chaussée peut se subdiviser en trois phases majeures:
1. Une phase informative, qui est destinée à récolter des données physiques, à fixer des objectifs et à analyser les contraintes.
2. Une phase d’élaboration, qui consiste à définir des options et alternatives possibles de dimensionnement des chaussées, pour un projet routier.
3. Une phase d’évaluation qui doit conduire au choix de l’alternative la plus appropriée.

Objectifs et contraintes de conception 

Dans un processus de conception de chaussées, selon l’approche systémique, il est nécessaire de bien définir les objectifs et les contraintes du problème. Les objectifs et les contraintes concernent aussi bien la chaussée que le processus de conception (Haas et al, 1994).

Objectifs de la chaussée

Les objectifs d’une chaussée, durant la phase de construction et en service, sont en général d’ordre économique et social. Il s’agit d’assurer :
1. Des économies maximales sur les coûts de construction et d’exploitation, assumés par les administrations routières et des coûts aux usagers.
2. Une sécurité maximale ou adéquate.
3. Une qualité de service maximale ou suffisante.
4. Une capacité de transport maximale ou adéquate, en terme d’amplitude et répétitions des charges.
5. Une détérioration physique due au trafic et aux conditions climatiques minimales ou limitées.
6. Une pollution (bruit, air) minimale ou limitée durant la phase de construction.
7. Une continuité dans le zonage avoisinant.
8. Une bonne esthétique et apparence.

Les huit objectifs ne peuvent pas être assurés simultanément. Certains objectifs se contredisent entre eux; ceci se produit avec tout processus complexe, qui tend à satisfaire des besoins économiques et sociaux. Dans un projet routier, on cherche toujours à trouver un compromis entre les différents objectifs. L’influence de chaque objectif dépend du type de chaussée et du trafic.

Objectifs de la conception de la chaussée

L’objectif d’un processus de conception de chaussée est de concevoir une structure de chaussée qui, une fois construite, doit satisfaire les objectifs de la chaussée définis précédemment. Les objectifs spécifiques, dans un processus de conception de chaussée, sont de nature technique, économique et sociale. Certains de ces objectifs concordent avec les objectifs de chaussée alors que d’autres sont propres au processus de conception. On dénombre huit objectifs majeurs, à savoir :

1. Développer une stratégie de conception permettant d’assurer un maximum d’économie, de sécurité et de qualité de service.
2. Considérer toutes les alternatives possibles de design.
3. Reconnaître l’hétérogénéité et la variabilité des paramètres de conception.
4. Maximiser la précision de la viabilité et qualité de roulement, de la sécurité et des détériorations de toutes les options alternatives.
5. Maximiser la précision des coûts et bénéfices.
6. Minimiser les coûts de conception.
7. Maximiser les échanges d’informations entre les personnes chargées de la construction et ceux chargées de 1′ exploitation.
8. Maximiser l’utilisation des matériaux et mains-d’œuvre locales dans le design considéré.

Les niveaux (minimums et maximums) désirables des objectifs de la chaussée et du processus de conception peuvent ne pas être maintenus à un même niveau durant la durée de vie de l ‘ouvrage; ils dépendent du type de chaussée, du trafic en volume et en charge et aussi, des contraintes de conception et notamment, des contraintes budgétaires.