Chaire de recherche industrielle CRSNG sur ?· Chaire de recherche industrielle ... Evolution de la…

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    13-Sep-2018

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    ChairederechercheindustrielleCRSNGsurlinteractiondes

    chargeslourdes/climat/chausse

    tudedeleffetdeschargesdynamiquessurlachausse

    Prsentpar:JidaFAHIMI

    DirecteurdeRecherche:GuyDoring.Ph.D

    Codirecteurderecherche:JeanPascalBilodeauing.Ph.D

    DpartementdeGnieCivil

    UniversitLaval

  • 1

    REMERCIEMENT

    Avant tout, je tiens exprimer ma profonde gratitude Monsieur Guy Dor,

    professeur titulaire du Dpartement de gnie civil lUniversit Laval et directeur de ce

    projet, pour mavoir accueilli au sein de son quipe et pour son aide et sa disponibilit tout au

    long du projet.

    Il mest galement agrable de remercier Monsieur Jean-Pascal Bilodeau, pour son

    accueil chaleureux mon arrive lUniversit Laval ainsi que pour sa disponibilit de

    chaque instant.

    Mes vifs remerciements sont aussi adresss Messieurs Louis Gagnon, ancien

    tudiant en doctorat, et Damien Grellet, tudiant en doctorat, sans qui le bon droulement des

    exprimentations et de lanalyse des rsultats auraient t plus difficiles. Les connaissances de

    Gagnon en informatique et en mcanique et de Grellet en mcanique des chausses ont permis

    de faciliter mon travail et damliorer mes connaissances.

    Mes penses vont pareillement toute lquipe de la Chaire de recherche pour avoir

    fait en sorte que ce sjour ltranger ce soit pass de la meilleure faon possible.

    Je prsente aussi mes remerciements mes professeurs Monsieur Sliman Dadi,

    Monsieur Said Eddiny et Madame Khadija Benshili.

    Enfin, pour leur soutien trs prcieux de tous les instants, jassocie ce travail mes

    parents ainsi que toute ma famille.

  • 2

    RESUME

    Le projet permet dtudier leffet des charges dynamiques issues du roulement des

    vhicules lourds sur la chausse.

    Une revue littraire vient dbuter le projet, ce qui permettra de se familiariser avec les

    paramtres caractrisant la surface des chausses Qubec et linteraction du vhicule en

    mouvement avec la chausse.

    La suite du projet est porte sur des simulations dynamiques du comportement dun

    vhicule laide dun modle dynamique numrique. Des profils rels de surface de

    chausses, fournis par le Ministre des Transports du Qubec, sont analyss par le modle

    puis compars et interprts en termes duni de la chausse et de forces dynamiques. Des

    profils thoriques, reprsentant des dformations typiques observes sur les routes, sont par la

    suite reconstitus et utiliss pour effectuer une tude paramtrique sur leur effet sur le

    comportement dynamique des vhicules.

    Le projet permet enfin de valider les modles des dformations dvelopps et analyss

    par le logiciel de simulation dynamique par des essais sur la section instrumente du SERUL

    consistant faire circuler un vhicule lourd sur des obstacles modlisant les dformations

    observes sur la chausse.

  • 3

    TabledematireINTRODUCTION ...................................................................................................................... 9

    1 REVUE DE LITTERATURE ........................................................................................... 11

    1.1 Gnralit sur les chausses au Qubec .................................................................... 11

    1.2 Lindice de rugosit international .............................................................................. 13

    1.3 Charges dynamiques et statiques ............................................................................... 15

    1.4 Mcanique du vhicule et charges dynamiques......................................................... 17

    1.4.1 Type de suspension ............................................................................................ 17

    1.4.2 Type de pneu ...................................................................................................... 18

    1.4.3 Type des essieux ................................................................................................. 18

    1.5 Effet du mouvement de la charge sur la chausse ..................................................... 19

    1.5.1 Evolution de la charge lors du passage dun vhicule ....................................... 20

    1.5.2 Temps de raction de la chausse ...................................................................... 21

    1.5.3 Oscillation de charge .......................................................................................... 21

    1.6 Mesure des charges dynamiques ............................................................................... 22

    1.6.1 Transducteur de pression du pneu ...................................................................... 22

    1.6.2 Transducteur de force de moyeu de la roue ....................................................... 22

    1.6.3 Capteur optique sans contact .............................................................................. 23

    1.6.4 Bote dessieu instrumente ............................................................................... 24

    1.7 Modlisation des charges dynamiques ...................................................................... 25

    2 SIMULITIONS DYNAMIQUES ET ANALYSES PARAMETRIQUES ....................... 27

    2.1 Prise en main du logiciel de simulation dynamique .................................................. 27

    2.2 Simulations dynamiques ............................................................................................ 29

    2.2.1 Rsultats des simulations sur des profils typiques crs .................................... 29

    2.2.2 Simulations sur des profils rels ......................................................................... 29

    Rsultats des simulations des forces dynamiques ......................................................... 30

    Mesure des charges dynamiques ................................................................................... 39

    Caractrisation des charges dynamiques par gamme de longueurs dondes ................. 41

    2.3 Simulations sur des profils cres ............................................................................... 45

    3 VALIDATIONS DES RESULTATS DE MODELISATION AU SERUL ..................... 48

    3.1 Le site exprimental ................................................................................................... 48

    3.1.1 Instrumentation ................................................................................................... 49

    3.1.2 Obstacles ............................................................................................................ 49

  • 4

    3.1.3 Jauges fibres optiques ...................................................................................... 51

    Prparation des carottes instrumentes ........................................................................ 51

    Calibrage des jauges ...................................................................................................... 51

    Mise en place sur le site ................................................................................................ 53

    3.1.4 Autre matriel ..................................................................................................... 54

    Les couvertures thermiques ........................................................................................... 54

    Les appareils de mesure ................................................................................................ 54

    Repre visuel et camra vido ....................................................................................... 55

    3.1.5 Vhicule lourd .................................................................................................... 56

    3.2 Protocole exprimental .............................................................................................. 56

    3.3 Mesure des dformations ........................................................................................... 57

    3.4 Vracit des rsultats ................................................................................................. 59

    3.4.1 Comparaison des rsultats des jauges ................................................................ 59

    3.4.2 Comparaison des rsultats des trois passages valides ........................................ 60

    3.4.3 Variations de temprature .................................................................................. 60

    3.4.4 Vrification de vitesse ........................................................................................ 61

    3.5 Traitement des donnes ............................................................................................. 61

    3.5.1 Bassin de dformation longitudinale .................................................................. 61

    3.5.2 Evolution des dformations sur la route suite au passage du camion ................ 63

    3.6 Comparaison entre les rsultats des essais et des rsultats du modle ...................... 69

    CONCLUSION ........................................................................................................................ 75

    BIBLIOGRAPHIE ................................................................................................................... 77

  • 5

    LISTE DES FIGURES

    Figure 1: Modle du quart de vhicule possdant les paramtres du vhicule talon normaliss par rapport la masse suspendue M, m/M=0.15 ; Ks/M=653 ; la constante de lamortisseur de la suspension CS/M=63.3 ; la constante de ressort de la roue Kt/M=6. (Sayers et Karamihas, 1998) ......................................................................................................................................... 15 Figure 2: composante du vhicule et contenu frquentiel des vibrations induites (Hajek et al, 2006) ......................................................................................................................................... 17 Figure 3 : distribution des charges et dveloppement des contraintes verticales et de cisaillement au passage d'une roue d'un vhicule .................................................................... 19 Figure 4 : Evolution de la contrainte en un point par rapport la position de la roue (Dor et al. 2009) .................................................................................................................................... 20 Figure 5 : Oscillation d'une roue due une chausse non uniforme (Dor et al. 2009) ............. 22 Figure 6 Vue gnrale du camion utilis (Gagnon, 2013) ....................................................... 28 Figure 7 : modle du pneu anneau rigide (de gauche droite : roue, anneau et plaque), (Gagnon, 2013) ......................................................................................................................... 28 Figure 8: Elvation des voies gauche et droite en fonction de la distance pour un profil rel . 30 Figure 9: Forces dynamiques engendres le long d'un profil rel ............................................ 31 Figure 10: Evolution de la force verticale en fonction de la distance parcourue sur un profil rel pour les pneus gauche intrieur et droite extrieur du premier essieu du tandem............. 32 Figure 11: Evolution de la force verticale en fonction de la distance parcourue sur un profil rel pour les pneus droite intrieur et gauche extrieur du premier essieu du tandem............. 32 Figure 12: Evolution de la force verticale en fonction de la distance parcourue sur un profil rel pour les pneus gauche intrieur et droite extrieur du premier essieu du tridem .............. 33 Figure 13: Evolution de la force verticale en fonction de la distance parcourue sur un profil rel pour les pneus droite intrieur et gauche extrieur du premier essieu du tridem .............. 33 Figure 14: Numrotation des roues du camion ........................................................................ 34 Figure 15 : Forces verticales mesures le long d'un profil ayant un IRI=2.746 m/km pour les roues droites extrieures ........................................................................................................... 35 Figure 16: Forces verticales mesures le long d'un profil ayant un IRI=2.746 m/km pour les roues gauches extrieures ......................................................................................................... 35 Figure 17: Forces verticales mesures le long d'un profil ayant un IRI=0.6834 m/km pour les roues droites extrieures ........................................................................................................... 36 Figure 18: Forces verticales mesures le long d'un profil ayant un IRI=0.6834 m/km pour les roues gauches extrieures ......................................................................................................... 36 Figure 19: Forces verticales mesures le long d'un profil ayant un IRI=5.1861 m/km pour les roues droites extrieures ........................................................................................................... 37 Figure 20:Forces verticales mesures le long d'un profil ayant un IRI=5.1861 m/km pour les roues gauches extrieures ......................................................................................................... 37 Figure 21 : Forces verticales mesures le long d'un profil ayant un IRI=0.6834 m/km pour les roues gauches extrieures ......................................................................................................... 38 Figure 22 : Corrlation carre entre DLC et IRI calculs sur des sections de 50m des profils de routes ........................................................................................................................................ 40

  • 6

    Figure 23: Corrlation carre entre DLC et IRI calculs sur des sections de 100 m des profils de routes ................................................................................................................................... 40 Figure 24:Corrlation carre entre le DLC et lIRI courtes ondes calculs sur des sections de 50 m .......................................................................................................................................... 42 Figure 25:Corrlation carre entre le DLC et lIRI courtes ondes calculs sur des sections de 100 m ........................................................................................................................................ 42 Figure 26: Corrlation carre entre le DLC et lIRI moyennes ondes calculs sur des sections de 50 m ..................................................................................................................................... 43 Figure 27 : Corrlation carre entre le DLC et lIRI moyennes ondes calculs sur des sections de 100 m ................................................................................................................................... 43 Figure 28: Corrlation linaire entre le DLC et lIRI longues ondes calculs sur des sections de 50 m .................................................................................................................................... 44 Figure 29 : Corrlation linaire entre le DLC et lIRI longues ondes calculs sur des sections de 100 m ................................................................................................................................... 44 Figure 30: Profil de bosse de 25.4 mm de hauteur ................................................................... 45 Figure 31: Evolution de forces verticales appliques par la roue droite extrieure du premier essieu du tridem ........................................................................................................................ 46 Figure 32: Forces verticales mesures le long du profil avec une bosse de 25.4 mm de haut pour les roues gauches extrieures ........................................................................................... 46 Figure 33 : Forces verticales mesures le long du profil avec une bosse de 50.8 mm de haut pour les roues gauches extrieures ........................................................................................... 47 Figure 34: Positionnement schmatique de l'instrumentation sur la section d'tude. (a) carottes instrumentes; (b) capteur de temprature ............................................................ 49 Figure 35 Construction d'une plaque de 2 m de long, 25.4 mm de haut, l'aide de 4 panneaux de d'paisseur............................................................................................................................ 50 Figure 36: Construction d'une plaque de de long, 50.8 mm de haut, l'aide de 4 panneaux de d'paisseur ................................................................................................................................ 50 Figure 37: Photo des obstacles installs sur la chausse .......................................................... 50 Figure 38: schma d'une carotte instrumente ......................................................................... 51 Figure 39: photo du PicoSens ................................................................................................... 52 Figure 40: Prsentation du banc de calibrage ........................................................................... 52 Figure 41: Courbe de calibrage de jauge .................................................................................. 53 Figure 42: Mise en place des carottes instrumentes ............................................................... 53 Figure 43: Utilisation d'une couverture thermique ................................................................... 54 Figure 44: Conditionneurs de signal Opsens ............................................................................ 55 Figure 45: Repre visuel utilis pour le revt des distances de passage .................................. 56 Figure 46: Photo du vhicule lourd utilis ............................................................................... 56 Figure 47: Schma simplifi du droulement d'un passage du camion .................................... 57 Figure 48: Signal typique des dformations en fonctions du temps ........................................ 58 Figure 49: Rsultats des trois capteurs pour un passage statique ............................................. 59 Figure 50: Rsultats du mme capteur pour trois passages valides ......................................... 60 Figure 51: Bassin de dformations pour le premier essieu du tridem pour diffrentes positions de l'obstacle .............................................................................................................................. 61

  • 7

    Figure 52: Bassin de dformations pour le deuxime essieu du tridem pour diffrentes positions de l'obstacle ............................................................................................................... 62 Figure 53: Bassin de dformations pour le troisime essieu du tridem pour diffrentes positions de l'obstacle ............................................................................................................... 62 Figure 54: Bassin de dformations pour le premier essieu du tandem pour diffrentes positions de l'obstacle .............................................................................................................................. 63 Figure 55: diffrence des extrmums ....................................................................................... 64 Figure 56: dformations dues au passage du premier essieu du tridem pour l'obstacle de 50.8mm ..................................................................................................................................... 64 Figure 57: dformations dues au passage du deuxime essieu du tridem pour l'obstacle de 50.8mm ..................................................................................................................................... 65 Figure 58: dformations dues au passage du troisime essieu du tridem pour l'obstacle de 50.8mm ..................................................................................................................................... 65 Figure 59: dformations dues au passage du premier essieu du tandem pour l'obstacle de 50.8mm ..................................................................................................................................... 66 Figure 60: dformations dues au passage du premier essieu du tandem pour l'obstacle de 25.4mm ..................................................................................................................................... 66 Figure 61: dformations dues au passage du premier essieu du tridem pour l'obstacle de 25.4mm ..................................................................................................................................... 67 Figure 62: dformations dues au passage du deuxime essieu du tridem pour l'obstacle de 25.4mm ..................................................................................................................................... 67 Figure 63: dformations dues au passage du troisime essieu du tridem pour l'obstacle de 25.4mm ..................................................................................................................................... 68 Figure 64: comparaison entre les dformations du modle et des essais pour le premier essieu du tridem pour lobstacle de 25.4 mm ...................................................................................... 69 Figure 65: comparaison entre les dformations du modle et des essais pour le deuxime essieu du tridem pour lobstacle de 25.4 mm ........................................................................... 70 Figure 66: comparaison entre les dformations du modle et des essais pour le troisime essieu du tridem pour lobstacle de 25.4 mm ........................................................................... 70 Figure 67: comparaison entre les dformations du modle et des essais pour le premier essieu du tandem pour lobstacle de 25.4 mm .................................................................................... 71 Figure 68: comparaison entre les dformations du modle et des essais pour le premier essieu du tridem pour lobstacle de 50.8 mm ...................................................................................... 71 Figure 69: comparaison entre les dformations du modle et des essais pour le deuxime essieu du tridem pour lobstacle de 50.8 mm ........................................................................... 72 Figure 70: comparaison entre les dformations du modle et des essais pour le troisime essieu du tridem pour lobstacle de 50.8 mm ........................................................................... 72 Figure 71: comparaison entre les dformations du modle et des essais pour le premier essieu du tandem pour lobstacle de 50.8 mm .................................................................................... 73

  • 8

    LISTE DES TABLEAUX Tableau 1 : Les seuils utiliss pour dfinir l'tat d'une chausse selon l'IRI au Ministre des transports du Qubec ................................................................................................................ 14Tableau 2: Caractristiques gotechniques de la route ............................................................ 69

  • 9

    INTRODUCTION Les routes canadiennes sont soumises de fortes contraintes climatiques (vent, neige,

    gel, variation de temprature rapide) et subissent une agression importante due au trafic vue

    leur rle principal dans le dveloppement conomique et social. Cest pour cette raison, elles

    doivent faire lobjet dune attention toute particulire. Bien que le rchauffement global des

    tempratures ces dernires annes et dans les annes venir tend attnuer ces contraintes

    climatiques, les consquences dun tel climat seront toujours prsentes.

    Lors de la conception des chausses, une optimisation est ralise dans le but de

    sassurer dun bon comportement de louvrage durant la priode de conception moindres

    cots. Avec le temps, les changements de saison et les contraintes engendres par les

    diffrents types de vhicules circulant sur les chausses provoquent lendommagement

    progressif des structures. Laugmentation de la dtrioration rend les routes plus vulnrables

    aux diffrentes contraintes. Actuellement, lors de la conception d'une route, le calcul ralis

    pour le dimensionnement des couches de matriaux utilise souvent lhypothse que les

    vhicules appliquent une charge statique verticale. Dans la ralit, l'interaction entre de la

    surface de la route et les vhicules lourds entrane des charges dynamique dues loscillation

    verticale des roues, ce qui augmente les dgts de la chausse. L'amplitude des charges

    dynamiques est dpendante du niveau de la rugosit de surface et ses caractristiques et les

    proprits et les vitesses des vhicules lourds. La mesure de charges dynamiques dans des

    conditions normales d'exploitation est coteuse, et l'estimation de la dgradation de la

    chausse qui en rsulte est difficile cause de la grande variation des caractristiques

    mcaniques des vhicules lourds circulant sur le rseau. La dtrioration est remarque dans

    le changement des caractristiques du profil de surface ; ces caractristiques ont une influence

    dterminante sur la charge dynamique et le degr de sa rptabilit. Un certain nombre

    d'indices de profil comme tant indicateurs de sections de chausse chargs dynamiquement

    ont t valu. L'ampleur de charge dynamique a t aussi reprsente par des mesures en

    utilisant des coefficients et des facteurs. Cette approche pourrait aider les autorits identifier

    les sections de la route qui sont soumis une forte charge dynamique et de prendre des

    mesures appropries pour rduire son impact.

    Dans cette optique, il apparat important damliorer les connaissances sur le

    phnomne de chargement dynamique des vhicules lourds sur les chausses construites en

    contexte climatique rigoureux comme celui du Canada. Le phnomne des charges

    dynamiques nest pas pris en compte lors du dimensionnement et de lanalyse des structures

  • 10

    de chausses en rgions nordiques, malgr le fait que certaines tudes ont montr quil peut

    avoir une importance significative sur la dure de vie des chausses.

    La prsente tude propose sinscrit dans le cadre dun projet men par la Chaire de

    recherche industrielle du CRSNG sur linteraction Charges lourdes Climat Chausses.

    Lobjectif principal du projet est le suivant :

    Identifier les facteurs relatifs la condition de la surface de chausse et la mcanique

    des vhicules lourds qui contribuent aux effets dynamiques.

    Afin de bien rpondre la problmatique identifie, les objectifs spcifiques proposs

    dans le cadre du prsent projet de recherche :

    Dterminer le niveau des chargements dynamiques des vhicules lourds subis par la

    chausse au Qubec;

    Evaluer limpact des charges dynamiques sur la chausse;

  • 11

    1 REVUE DE LITTERATURE Une revue de la littrature a t effectue pour identifier les ouvrages publis sur les

    systmes de mesure des charges dynamiques, les interactions de la chausse avec le pneu,

    leffet des charges dynamiques et les caractristiques de la suspension sur la chausse.

    Un rsum dtaill des travaux dans ce domaine est assure par Cebon (1991). En

    dpit du grand travail ralis, les effets nfastes des charges dynamiques sur la chausse

    demeurent relativement peu connus. Plus prcisment, il n'y a pas de consensus concernant

    laspect de charges dynamiques menant une augmentation de l'usure des routes.

    Les connaissances actuelles concernant les charges de la chausse et les techniques

    d'valuation de la charge proviennent en grande partie d'un essai de route dtaille mene en

    1950 par American Association of State Highway and Road Officials (AASHO)( Highway

    Research Board, 1962). Le principal rsultat du test tait le coefficient dquivalence, et la loi

    de puissance 4, qui relie le degr d'usure de la chausse gnr par le passage d'un essieu la

    puissance de la charge statique de l'essieu.

    Comme l'a not Sweatman (1978), cette approche n'a pas mesur spcifiquement les

    charges dynamiques, mais a plutt utilis la masse de l'essieu du vhicule comme descripteur

    primaire de charge. L'approche exprimentale comprenait les rsultats de chargement

    dynamique, mais elle na pas spar les effets de la charge dynamique de la charge statique,

    qui a potentiellement mis laccent sur l'interaction dynamique entre le vhicule et la chausse.

    La revue identifie aussi les mthodes de meures des charges des roues sur la chausse.

    1.1 Gnralit sur les chausses au Qubec

    Les chausses sont des structures linaires qui couvrent de vastes tendues. En tant

    une interface entre le trafic et le sol sous-jacent, les chausses contribuent transfrer les

    charges appliques par les vhicules lourds et attnuer les mouvements diffrentiels

    provenant du sol et leurs effets la surface (Dor et K.Zubeck).

    Dans lensemble du rseau routier au Qubec, on distingue trois types de chausses :

    les chausses souples, que lon retrouve sur plus de 90% du rseau routier, revtement

    souple en bton bitumineux (asphalte) reposant sur une fondation granulaire non traite ; les

    chausses rigides revtement en bton de ciment couvrant 4%du rseau et les chausses

    semi-rigides qui se caractrisent par une couche de revtement souple et reposent sur une de

  • 12

    fondation de matriaux granulaire traits. Les chausses flexibles ont la capacit se

    dformer sans se casser et reprendre leur forme initiale lors de passage dun vhicule lourd.

    Le choix de la structure la plus approprie dpend de divers facteurs tels que

    lintensit du trafic, le climat et le type de sol. Dans ce projet, on sintressera seulement aux

    chausses souples.

    La dgradation de la chausse est due au chargement par le trafic et / ou le climat. En

    effet, la chausse subit des efforts normaux et transversaux lors du passage dune charge

    roulante ou sous leffet de variation du climat. Ces efforts conduisent divers types de

    dgradation dont les principales, pour les chausses souples, on site :

    La fissuration

    Fissuration thermique: tant fissures dans le matriau bitumineux en raison de

    contraintes de traction provoques par les changements de temprature

    La fissuration de fatigue: Ce type de fissures a lieu au niveau de la couche

    bitumineuse et provient des couches lies ci-dessous. Il est d la fatigue du matriau

    cause des rptitions de flexion dues aux charges de roue.

    Lornirage : qui est une dformation irrversible transversale apparaissant sous le

    passage des roues.

    Autres types de dgradation

    Arrachement: Cest lrosion et la perte des granulats en surface de la chausse

    cause de la mauvaise adhrence de la couche de surface ou la forte sollicitation du

    pav.

    Rugosit: les irrgularits de la chausse dues plusieurs facteurs combins

    (ornirage, fissuration, nids de poule, des tablissements irrguliers, etc.)

    Nids de poule: Ils rsultent de l'effondrement local d aux dfauts structurels ou du

    gel agissant sur l'entre d'eau (souvent travers les fissures). Les nids de poule ne

    sont pas ncessairement causs par le trafic lourd, mais aussi par la faiblesse

    ponctuelle de la fondation de la route.

    La capacit dune chausse jouer son rle est souvent lie son tat de

    fonctionnement. La chausse ainsi doit offrir aux usagers une qualit de roulement adquate

    et une bonne adhrence de vhicule dans une raisonnable priode de temps. La performance

    dune chausse est directement lie la capacit structurale de la structure du pav. On value

  • 13

    ltat da la surface dune chausse en regard de dformations, rsultant principalement de

    leffet du trafic et de lenvironnement, qui saccentuent avec le temps et lusage. On rfre

    habituellement, pour dcrire ces dfaut, :

    luni, qui dfinit le confort de roulement et dont les dfauts sont perus comme des ondes,

    cest--dire des secousses, des creux et des bosses;

    les ornires;

    la fissuration et les autres bris visibles de la surface.

    1.2 Lindice de rugosit international

    Luni est considr comme lensemble des dnivellations dune surface de chausse

    par rapport son profil longitudinal thorique (Godlewski, 1985). Il contribue rvler tous

    les dfauts de surface de la chausse qui peuvent causer les oscillations des vhicules qui y

    circulent. La mesure de luni da la chausse est value par la mesure de son profil

    longitudinal et lIRI (indice de rugosit international) est adopt comme indice duni en temps

    rel.

    Un profil longitudinal dune route est la variation de llvation de la chausse en

    fonction de la distance parcourue. Il montre la qualit de conception ainsi que la rugosit de la

    chausse. Pour mesurer le profil longitudinal des appareils de type profilomtre sont utiliss.

    Ces profilomtres sont varis : certains sont manuels et dautres sont monts sur des vhicules

    et peuvent fonctionner grande vitesse. Ces dernires annes un profilomtre laser est le plus

    utilis. Ces profils sont, par la suite, convertis en IRI laide des transformations

    mathmatiques.

    LIRI est un indice duni proportionnel aux dplacements verticaux cumuls de laxe

    de la roue par rapport au chssis du vhicule. Cest un modle mcanique de la raction dun

    vhicule excit par les variations dlvations du profil de la chausse, pour un vhicule se

    dplaant 80km/h (M.Flamand, 2000). ). LIRI indique le degr de la dgradation de la

    chausse (Tableau 1).

  • 14

    Classe fonctionnelle Bon tat

    m/km

    Dficience mineure

    m/km

    Dficience majeure

    m/km

    Autoroute 2.2 >2.2 >3.5

    Nationale 2.5 >2.5 >4.0

    Rgionale 3.0 >3.0 >4.5

    Collectrice 3.5 >3.5 >5.0

    Autres 4.5 >4.5 >5.5

    Tableau 1 : Les seuils utiliss pour dfinir l'tat d'une chausse selon l'IRI au Ministre des

    transports du Qubec

    LIRI a t dcouvert la fin des annes 1970 dans le cadre de National Cooperative

    Highway Research Program (NCHRP). Les objectifs visaient par le programme de

    recherche :

    de dcrire la vibration du vhicule sans tre li la performance du vhicule;

    de transposer mathmatiquement le profil de la route tout en restant stable dans le

    temps;

    dtre mesurable par le plus grand nombre possible dinstruments (rgle, niveau,

    profilomtre, RTRRMS);

    dtre transposable lchelle internationale.

    Le calcul de lIRI se fait partir du modle analogique du quart de vhicule (figure 1) et sa

    rponse face un profil de route. LIRI reprsente la sommation des mouvements relatifs

    entre la masse suspendue et la masse non suspendue et peut scrire comme :

    1 | |

    O

    : La position de la masse suspendue ;

    : La position de la masse non suspendue ; : Le nombre de points dans le profil ;

    : La longueur du profil.

  • 15

    LIRI ne constitue quun indice global du niveau de dgradation de lensemble de

    tronons de la chausse. En effet, il se peut que deux profils de routes diffrents aillent le

    mme IRI. A ce titre, les dfauts de surface de la chausse sont associs des ondes et

    plusieurs tudes ont port sur la caractrisation de leurs amplitudes et leurs longueurs dondes

    (notamment LOCDE (1989) (Delanne, 1999)). Pour obtenir, donc, un IRI qui tient compte

    seulement dun type de dformation, un filtre mathmatique est utilis sur les profils en

    retirant les diffrentes longueurs dondes dans ce profil. Il y a plusieurs filtres possibles pour

    la dcomposition de lIRI en diffrentes bandes passantes (Vaillancourt et al., 2003).

    1.3 Charges dynamiques et statiques

    Lors de la conception d'une route, le calcul ralis pour le choix de matriaux et

    lpaisseur des couches de la chausse utilise gnralement lhypothse que les vhicules

    appliquent une charge statique verticale. Dans la ralit, les charges verticales lessieu du

    vhicule sont constitues dune composante statique et dune composante dynamique. La

    premire rsulte de la distribution de la masse du vhicule sur les essieux du vhicule. Tandis

    que la composante dynamique est induite par lirrgularit de la chausse qui soumet le

    vhicule des oscillations verticales et qui dpend du profil de la route, des caractristiques

    Figure 1: Modle du quart de vhicule possdant les paramtres du vhicule talonnormaliss par rapport la masse suspendue M, m/M=0.15 ; Ks/M=653 ; laconstante de lamortisseur de la suspension CS/M=63.3 ; la constante de ressort dela roue Kt/M=6. (Sayers et Karamihas, 1998)

  • 16

    du vhicule, - y compris des facteurs tels que la masse et la distribution de rigidit de la

    structure du vhicule, la rpartition de masse de charge utile, de la suspension et des pneus - et

    de sa vitesse. Vibrations verticales provoquent des charges appliques par les roues la route

    qui varient au-dessus et en dessous de leurs valeurs statiques. Dans le cas o la vitesse du

    vhicule serait faible par rapport aux vitesses des ondes dans le sol, la contribution de la

    composante statique aux vibrations en champs libre est ngligeable (Lombert, 2001).

    Les amplitudes typiques de charges dynamiques, lorsqu'elles sont exprimes

    statistiquement comme un cart-type, se situait entre 5 10 pour cent de la charge statique

    pour les suspensions l'air bien amorties et pour des suspensions aux feuilles d'acier doux. Ils

    se situaient entre 20 - 40 pour cent de la charge constante fixe pour les suspensions de route

    de l'environnement. L'ampleur de la charge dynamique de la roue augmente gnralement

    avec la vitesse et les irrgularits de la route (OCDE Road Transport Research, 1992).

    Outre l'ampleur de la charge, le contenu frquentiel est galement important pour

    l'usure de la chausse. Les vhicules lourds les plus prsents gnrent leurs charges

    dynamiques soit dans la gamme de frquence de 1,5 4 Hz associe rebond du corps

    (haut/bas) ou du tangage (rotation avant/ arrire), ou dans la gamme de frquence de 8-15 Hz

    associe aux vibrations de lessieu. Les vibrations de lessieu sont plus importants si la

    chausse est irrgulire et la vitesse du vhicule est importante environ 40 km / h.

    Le passage dun vhicule sur une irrgularit de chausse engendre trois principaux

    types de forces dynamiques (figure 2) :

    Les forces dimpact des diffrentes parties de la bande de roulement.

    Les forces dimpact lies la masse non suspendue du vhicule (les essieux, les roues et

    les pneus). Lors du roulement du vhicule, vitesse normale, une partie spcifique du

    pneu entre en contact avec la surface de la chausse denviron 10 15 fois par seconde.

    Les forces dimpact lies la frquence fondamentale du vhicule. A vitesse normale, la

    masse suspendue se dplace verticalement une deux fois par seconde.

  • 17

    1.4 Mcanique du vhicule et charges dynamiques

    Il est important de savoir que la force relle sur la route nest pas gale la charge

    statique l'essieu, mais varie en raison de la dynamique du vhicule et que plusieurs aspects de la mcanique dun vhicule ont un impact sur cette charge dynamique. Plusieurs tudes ont

    t effectues pour optimiser les caractristiques dun vhicule road-friendly afin de

    diminuer la force applique sur les structures de la chausse. Les paramtres basiques qui ont

    fait un objet de diffrentes tudes sont le type de suspension, la charge des essieux et le type

    de liaison entre eux ainsi que le type de pneu.

    1.4.1 Type de suspension

    Le systme de suspension est situ entre la carrosserie du vhicule (masse suspendue)

    et les essieux (masses non suspendues). Une diffrence de la charge dynamique est observe

    en modifiant le type de suspension ainsi que ses paramtres. En gnral, la charge dynamique

    augmente avec la raideur du ressort et elle est sensible au facteur damortissement. La

    suspension de camion traditionnel est construite en utilisant des lames de ressort. Les

    caractristiques de ce type de suspension varient considrablement dans diffrentes conditions

    routires et de conduite. Le frottement entre les lames peut entraner une suspension bloque

    dans le cas o le revtement est lisse et la vitesse modre. Dans ce cas la suspension est

    rigide et la capacit d'amortissement est faible. Les nouvelles suspensions ressorts en acier

    ont t conues pour remdier ce problme en rduisant la surface de contact entre les

    Figure 2: composante du vhicule et contenu frquentiel des vibrations induites (Hajek et al, 2006)

  • 18

    lames. Avec cette solution la rigidit est plus faible par rapport la conception traditionnelle

    et un blocage complet n'est pas possible. L'effet d'amortissement est aussi rduit. Ces

    dernires annes, la suspension pneumatique a t dveloppe. Celle-ci fournit une faible

    rigidit et une caractristique de dviation lisse. Les suspensions pneumatiques sont utilises

    en combinaison avec des amortisseurs hydrauliques. Les amortisseurs hydrauliques sont

    communs dans des camions modernes en combinaison avec les deux ressorts lames et

    pneumatiques. Leurs caractristiques de gnration de force dpendent de l'amplitude et la

    frquence du mouvement impos. Un amortisseur semi-actif est capable de dissiper de

    l'nergie en continu un dbit variable et contrlable. Il peut tre dsactiv lorsquil y a

    manque de puissance pour la suspension (Cebon 1999). La rduction de la rigidit permet de

    diminuer la charge dynamique.

    1.4.2 Type de pneu

    Selon Cebon les pneus sont galement dcrits par un systme de ressort-amortisseur.

    La taille de lempreinte du pneu varie entre 0.1 et 0.35m ; le contact entre le pneu et la

    chausse peut tre ainsi considr comme un point de contact. En outre, lutilisation des pneus

    simples larges au lieu des pneus jumels entraine une diminution des forces dynamique et des

    dommages de route y associs (6%) (Cebon 1999). Al-Qadi et coll (202) ont ainsi compar

    leffet, dun nouveau pneu base large et un pneu conventionnel, sur la chausse. Les

    rsultats de cette tude montrent que la roue conventionnelle apparat comme tant celle

    causant le plus de contraintes de compressions et les pressions de contact en surface pour le

    nouveau pneu sont plus faibles que pour les pneus conventionnels. Cependant les deux types

    de pneus causent les mmes contraintes horizontales ; Ainsi les dommages de fatigue sont

    quivalents pour les deux types de pneus. Rcemment une tude de comparaison entre les

    pneus jumels et les pneus simples larges faite par la chaire i3c a montr que les pneus

    simples larges ont engendr une augmentation des contraintes de tension de 14% 30% dans

    le bas de la couche de bton bitumineux mais ils ont diminu de 20% les contraintes de

    tension en une faible profondeur prs du rebord du pneu.

    1.4.3 Type des essieux

    Selon leur disposition, les essieux sont dits simple, tandem ou tridem. Un essieu

    simple est un ensemble de roues disposes symtriquement sur un mme axe transversal du

    vhicule. Tandis quun systme de deux essieux distants de 1.3 1.8m sappelle un tandem.

    Enfin, un ensemble de trois essieux est un tridem. Il est gnralement conclu que pour les

  • 19

    dommages des chausses flexible, les groupes tandem et triaxle peuvent transporter plus de

    poids que le mme nombre dessieux simples largement espacs, car les surfaces

    dintervention des essieux proches se chevauchent (Cebon 1999).

    1.5 Effet du mouvement de la charge sur la chausse

    Laction exerce par un vhicule sur une chausse se fait par lintermdiaire de la

    surface de contact nervure-chausse linterface pneu-chausse. En effet, cest par le

    pneumatique que passe la majeure partie des efforts appliqus la chausse et les force

    gnres entre le pneu et la surface su sol dterminent en grande partie le mouvement du

    vhicule. Sous laction des efforts appliques par le vhicule (charge, couple moteur..), le pneu

    se dforme et tablit avec le sol une aire de contact. Les dformations des proprits

    dadhrence dans laire de contact entranent la gnration des forces linterface pneu-

    chausse et ont trois composantes longitudinale, latrale et verticale. Les forces de contact

    sont diriges longitudinalement et latralement, et rsultent du changement de forme du pneu

    linterface pneu-chausse. Ces forces sont damplitudes plus faibles que celles dveloppes

    verticalement et les contraintes des forces verticales changent en fonction de laugmentation

    de la charge.

    La figure 3 prsente de faon simplifie la distribution des charges et le type de

    contrainte dveloppe dans une structure de chausse au passage d'un vhicule. Les flches

    montrent la contrainte en cisaillement, , l'interface enrob-fondation granulaire, ainsi que

    les contraintes verticales, , la surface du sol d'infrastructure.

    Figure 3 : distribution des charges et dveloppement des contraintes verticales et de cisaillement

    au passage d'une roue d'un vhicule

  • 20

    Dor et al regroupent la charge applique par un vhicule en mouvement en trois

    catgories. La premire est lvolution de la contrainte au quelle la chausse est soumis

    relativement la position de la roue. La deuxime est lie la vitesse de rponse des

    matriaux en fonction du temps. La troisime est les contraintes induites par loscillation de la

    roue sur son systme de suspension.

    1.5.1 Evolution de la charge lors du passage dun vhicule

    La figure 4 reprsente lvolution de la contrainte en un point de la chausse par

    rapport la position de la roue se dplaant sur la chausse. En approchant dun point donn,

    les contraintes ( et ) augmentent jusqu' ce que la roue soit au-dessus du point considr

    et diminuent en s'loignant de celui-ci. Une contrainte de cisaillement est gnre qui

    augmente aussi en approchant du point considr et sannule au moment o la roue est au-

    dessus de celui-ci. Cette contrainte est renverse quand la charge sloigne du point fix. Ce

    phnomne est appel rotation des contraintes. Au niveau de la couche de revtement, la roue,

    en approchant du point donn, va d'abord provoquer des contraintes de compression suivies

    d'une forte augmentation de la contrainte de traction. La valeur maximale de la contrainte de

    traction se produit lorsque la charge est la verticale du point considr. Le phnomne dcrit

    sera inversement reproduit lorsque la roue s'loigne du point considr.

    Figure 4 : Evolution de la contrainte en un point par rapport la position de la roue (Dor et al. 2009)

  • 21

    1.5.2 Temps de raction de la chausse

    Lors du passage dun vhicule, les structures de la chausse se dforment. Deux

    modles sont utiliss, dans le domaine dingnierie routire, pour clarifier le comportement

    des matriaux de la chausse en se basant sur la thorie dlasticit : viscolastique ou visco-

    lasto-plastique. Le passage dun vhicule provoque des dformations instantanes

    importantes, ces dernires saccumulent tant que la charge agisse sur la chausse. Lenrob

    prend un certain temps pour revenir son tat initial lorsque la charge est retire. Pour une

    roue statique ou quasi-statique, la dformation est plus importante qui peut mme tre plus

    que le double de la celle cause par une roue roulant grande vitesse (70km/h). Selon

    lintensit du trafic, lenrob pourra tre soumis de nouvelles contraintes sans avoir repris sa

    position initiale. La configuration des essieux influence galement la rponse de la chausse.

    En effet, suite au passage dun essieu, les dformations pourront ne pas avoir le temps de

    sannuler avant le passage de lessieu suivant. Les dformations de la chausse dpendent de

    la vitesse du vhicule, qui est fonction du comportement visqueux du liant bitumeux qui rend

    la couche denrob sensible la temprature et la frquence dapplication de charge.

    1.5.3 Oscillation de charge

    Comme il est montr dans la figure 5, les interactions dynamiques des vhicules avec

    les chausses relativement mauvais gnrent des oscillations de la roue. Comme il a t

    mentionn prcdemment, lamplitude des oscillations verticales des roues et des charges

    dynamiques transmises la chausse est fonction des dimensions des vhicules, des charges

    par essieux, des types de suspensions ainsi que le type des pneus.

  • 22

    1.6 Mesure des charges dynamiques

    1.6.1 Transducteur de pression du pneu

    Un systme simple de mesure de charges dynamiques de la chausse, a t construit et

    valu par Whittemore et al. (1970) en se basant sur le travail de Fisher et Huckins (1962), est

    bas sur la mesure des variations de la pression du pneumatique qui se produisent pour une

    roue soumise une charge lors de la rotation.

    L'analyse des rsultats des tests initiaux a indiqu qu'il y avait de grandes non-

    linarits et des limitations de rponse en frquence inhrents cette mthode, et il a ensuite

    t jug inappropri. Cependant, il a t not que les rsultats dpendent du type de pneu

    utilis et que le systme a t relativement facile, peu coteuse et pourrait thoriquement tre

    adapt n'importe quel vhicule.

    Il a t not galement que, pour que cette technique soit fiable, les proprits du

    transducteur pneus doivent tre connues, y compris les effets de la pression de gonflage, la

    temprature des pneus et la charge applique.

    1.6.2 Transducteur de force de moyeu de la roue

    Un comprend une structure annulaire de jauges calibres. Cet appareil porte la charge

    de la roue entre un adaptateur de moyeu de roue spcialement construit et la jante de la roue,

    Figure 5 : Oscillation d'une roue due une chausse non uniforme (Dor et al. 2009)

  • 23

    comme dcrit par Sweatman (1983). Des acclromtres ont galement t utiliss. Cette

    mthode est galement utilise par Whittemore et al. (1970), et Hahn (1987).

    Whittemore et al. a not que le systme, en vertu de la nature de l'appareil, a donn des

    rsultats qui ont permis le calcul de la force maximale entre la chausse et le pneu, mais cela

    ne correspond pas toujours la vritable force verticale. Il a not aussi les avantages suivants:

    le systme est transfrable entre les vhicules sans ncessiter une calibration

    supplmentaire ;

    le systme permet une grande sensibilit, la mesure de faibles charges des chausses;

    le systme mesure les composantes de la force dans les deux axes du plan radial.

    et les inconvnients associs:

    le systme est coteux

    le systme ne peut pas mesurer la charge pour plusieurs roues la fois (sauf si plus d'units

    sont utiliss).

    Par ailleurs, ni Sweatman ni Hahn nont fourni de commentaires sur l'exactitude ou

    l'adquation du systme de mesure des charges dynamiques des roues, mais grce

    l'utilisation de cette mthode ils ont t en mesure d'atteindre leurs objectifs dclars.

    1.6.3 Capteur optique sans contact

    Si un modle, dont le comportement de pneumatiques est analogue un systme

    ressort simple dans lequel la grandeur de la compression est proportionnelle la grandeur de

    la force de compression applique, est appliqu aux interactions vhicule-chausse lourds, la

    force de compression applique est gale la charge dynamique, l'ampleur de la compression

    est gale la dviation verticale du pneumatique, et la charge dynamique peut tre calcule si

    le coefficient de raideur pneumatique et l'amplitude de la dformation des pneumatiques sont

    connus.

    L'utilisation de capteurs sans contact, afin de permettre la mesure de la dformation

    des pneumatiques, a t employe et suit les travaux impliquant l'utilisation de ces capteurs

    qui a fourni des mesures prcises dans les domaines de la texture de la route, des profils et de

    la rugosit de la route. Dans cette application, le capteur est mont sur un dispositif appropri

    fix un essieu ou une roue dans un groupe d'essieux, et est dirig sur la surface de la route.

  • 24

    Lorsque le vhicule est en mouvement, le capteur mesure la distance entre lui-mme et la

    surface de la route, ce qui donne une mesure de la dflexion du pneumatique.

    Cette mthode a t utilise et dcrite par Dickerson et Mace (1981), et Mace et

    Stephenson (1989). Dickerson et Mace ont men des expriences pour dterminer les forces

    verticales appliques sur la chausse par les roues d'un ressort lame, groupe d'essieux

    tandem pour une varit de trottoirs. Trois capteurs ont t utiliss:

    Un capteur optique sans contact mont sur l'essieu du vhicule. Ce capteur mesure la

    distance entre la surface de la route et l'essieu, et donc prvu une mesure de la dviation

    verticale du pneu.

    Un transducteur pour mesurer le dplacement du centre du ressort de suspension par

    rapport au chssis du vhicule.

    Un transducteur mont en ligne avec le cble d'entranement du compteur de vitesse du

    vhicule, ce qui a permis la mesure de la distance parcourue sur la route enregistrer.

    En utilisant cette mthode de mesure Dickerson et Mace ont pu avoir un aperu de

    l'incidence des facteurs suivants sur les charges dynamiques des roues:

    vitesse du vhicule la pression des pneus dtermine

    nombre de roues et de la charge de roue

    rugosit profil de la route.

    1.6.4 Bote dessieu instrumente

    Suite au chargement d'un vhicule, les systmes de suspension se compriment et

    divers lments des composantes non suspendue du vhicule subiront une force applique.

    Ces composants incluent les essieux du vhicule, qui subiront une flexion. En mesurant la

    flexion d'un essieu sur lequel des jauges de contrainte sont fixs, il est possible de calculer la

    force de flexion, par consquent, les charges appliques sur la roue du vhicule. Les jauges de

    contrainte peuvent galement tre utilises pour tudier les forces latrales ainsi que les forces

    verticales. Cette mthode a t utilise et dcrite en dtail par Whittemore et al. (1970), page

    et Grainger (1974), Gyenes et al. (1994) et De Pont (1998).

    Page et Grainger ont conclu que la technique tait limite aux situations o les

    mouvements essieux taient parallles (mouvement des roues chaque extrmit de l'axe en

    phase et en amplitude gale), le mouvement axe consiste essieu clochard. Cela place les

  • 25

    souches dans le carter d'essieu qui n'ont pas expriment dans la technique de calibration

    statique.

    Il a galement t not que, pour cette technique pour donner des rsultats prcis, le

    vhicule doit rouler une vitesse constante, comme forces d'acclration et de freinage

    introduisent des contraintes sur l'essieu qui ne pouvait pas tre captur, nouveau, par la

    technique de calibration.

    Whittemore et al. indique le degr de prcision obtenu, et annonce que le systme

    mesure la charge latrale droite, la charge du ct gauche, et la charge totale de la chausse, il

    est particulirement utile pour tablir les relations entre les diverses caractristiques d'un seul

    vhicule. Il a galement not que le risque important que l'erreur soit introduit dans le systme

    par l'intermdiaire de la dtermination de la masse et du centre de masse des composants non

    suspendues.

    1.7 Modlisation des charges dynamiques

    Le DLC est une mesure moyenne de la grandeur de la variation dynamique de la charge

    sur un profil de surface donn, et est calcul comme tant le rapport de la RMS (Root Mean

    Square) de charge dynamique de la roue et la charge moyenne de roue. Le RMS de la charge

    dynamique de roue est essentiellement la dviation standard de la distribution de probabilit

    de la charge totale de la roue. La valeur moyenne reflte la charge de roue statique.

    (Sweatman, 1983). Ainsi, le DLC est le coefficient de variation de la charge totale de la roue.

    dela

    1

    Force dynamique applique par la roue t=k.t

    t Pas de temps de sortie de simulation

    T=N.t Le temps total de simulation

  • 26

    La valeur du DLC pour une surface de chausse parfaitement lisse serait thoriquement nulle.

    Les valeurs suprieures 10% indiquent que la chausse est modrment rugueuse, et un

    DLC suprieur l5% est un indice que les surfaces de chausses prsentent des irrgularits

    importantes. Les cas de valeurs DLC suprieures 20% peuvent se produire lorsque le

    vhicule est quip d'un systme de suspension unfriendly-road comme le type

    walking-beam (un systme de suspension plus, robuste qui est utilis principalement dans

    les camions actuellement classs comme tant off-road ), avec des valeurs maximales

    pouvant atteindre 30 40% (OECD, 1992).

  • 27

    2 SIMULATIONS DYNAMIQUES ET ANALYSES PARAMETRIQUES La revue de littrature qui vient dtre faite aura servie prendre connaissance de ce

    quest luni dune chausse et lindice de rugosit international (IRI), ainsi que des paramtres

    influenant la charge dynamique du vhicule.

    Dans le cadre de ce projet, une partie importante des recherches consiste en des

    simulations dynamiques dun vhicule circulant sur des routes diffrents IRI. Le logiciel

    permettant de raliser ces simulations est un modle dynamique mis disposition par la chaire

    industrielle du CRSNG sur linteraction Charges lourdes-Climat-Chausses (i3c) de

    luniversit Laval.

    Les simulations dynamiques ont t menes afin de pouvoir observer leffet des

    charges dynamique des vhicules lourds sur la performance des chausses flexibles

    2.1 Prise en main du logiciel de simulation dynamique

    Pour reprsenter linteraction du camion semi-remorque avec le profil de la route, un

    modle numrique multicorps dvelopp a t utilis. Ce modle dynamique permet

    danalyser mticuleusement le vhicule lourd circulant sur une route virtuelle ayant un profil

    donn.

    Le modle est 331 degr de libert et prend en compte le vhicule en entier et les

    composantes dissipatrices dnergie. Le logiciel de simulation multicorps, code source libre,

    MBDyn est le logiciel sur lequel sest bas le dveloppement du modle utilis dans ce projet.

    Le camion utilis (figure 6) est un tracteur Cascadia de Freightliner attel une

    remorque Manac et est de 16,2 m (53 pieds) six essieux et 22 roues quip de pneus

    Michelin XZA-3 pour un poids total de 43 t. Ce camion semi-remorque reprsente le camion typique qui circule sur les routes nord-amricaines. Lassemblage du camion a t modlis

    avec le logiciel MBDyn. Le tracteur a une cabine avance et est attel une remorque de type

    fourgon trois essieux. Les essieux sont contraints ne se dplacer quen translation sur laxe

    vertical du cadre et pivoter autour de son axe longitudinal. Chaque roue est attache son

    essieu par une articulation qui ne permet que la rotation autour de laxe latral de ce dernier.

  • 28

    La particularit du modle utilis est quil implante un modle de pneu anneau rigide

    (figure 8) qui rend les simulations plus rapides ; permet de reproduire fidlement la rponse

    induite au camion par les dformations de la chausse et calculer le contact du pneu avec la

    surface de roulement. Le modle permet aussi de prendre en compte les longueurs dondes

    infrieures 250 mm qui sont toujours limines avant de mesurer lIRI.

    Le modle permet dobtenir les donnes ncessaires pour calculer le glissement des

    pneus ; lnergie fournie aux roues motrices ; les forces de contact entre les pneus et la

    chausse ; et les vibrations des siges et du plancher du camion.

    Figure 6 Vue gnrale du camion utilis (Gagnon, 2013)

    Figure 7 : modle du pneu anneau rigide (de gauche droite : roue, anneau et plaque), (Gagnon, 2013)

  • 29

    La vitesse du camion est contrle par un algorithme qui applique un couple aux roues

    motrices. En plus du rgulateur de vitesse, le modle utilise un contrleur de braquage qui

    applique une fonction derreur de la trajectoire qui lui permet de corriger celle-ci au fur et

    mesure de la simulation selon les paramtres dfinis par lutilisateur.

    2.2 Simulations dynamiques

    Comme nonc prcdemment, les simulations dynamiques sont menes dans le but

    dvaluer le comportement du vhicule lourd roulant sur des profils de route en termes de

    charges dynamiques et performance des routes.

    2.2.1 Rsultats des simulations sur des profils typiques crs

    Le prsent projet fait suite un projet ralis rcemment au sein de la chaire. Dans le

    cadre de ce dernier, les simulations ont t faites par le logiciel TruckSim en mettant en

    mouvement en mouvement un vhicule lourd, modlis via le mme logiciel, sur des profils

    typiques reprsentant les dformations rencontres en priode hivernale sur les chausses

    flexibles. Les profils comprenaient une bosse triangulaire, une diffrence de niveau et une

    sinusodale. Lobjectif de cette tude est danalyser comportement du vhicule sur les profils

    crs en variant trois paramtres : la vitesse ; la longueur et la hauteur des dformations.

    Les rsultats tirs de ce projet peuvent tre rsums :

    Lamplitude de la dformation a effet marqu en termes de charge dynamique

    Plus la vitesse augmente plus son effet est remarquable

    En utilisant des profils avec des bosses imposs, les niveaux de chargement dynamique

    ont augment et ont atteint, dans certaines circonstances, trois fois la valeur de la charge

    constante.

    2.2.2 Simulations sur des profils rels

    Cinquante-quatre profils rels de 1km de long pour des IRI variant de 0.68338 et 8.939,

    fourni en format ERD, ont t analyss. Ltude consistait valuer le camion virtuel sur

    chacun des profils. Le camion roulait sur les profils une vitesse de 100 km/h. Le pas de

    temps utilis tait de 200 s et les donnes sont enregistres chaque pas de temps. Il est

    noter que le camion est dmarr sur un profil lisse lvation et inclinaison nulles. Une fois

  • 30

    quil se stabilise, il peut atteindre, via une zone de transition, les lvations de dpart des

    sillons du profil routier.

    Rsultats des simulations des forces dynamiques

    Les rsultats que donne le modle sont sous forme de fichiers textes volumineux.

    Lanalyse de ces rsultats, le calcul et la visualisation des graphiques sont faits laide du

    logiciel GNU Octave.

    Le graphe de llvation des voies gauches et droit en fonction de la distance pour un

    des profils tudis est prsent sur la figure 9.

    La figure 9 reprsente les forces engendres par la roue de lessieu avant pour lun des

    profils dessai. Les zones indiques sur la figure correspondent des oscillations de

    stabilisations dues aux suspensions du vhicule. Pour prendre en compte uniquement leffet

    de la condition de ltat de la chausse, les rsultats ne sont pas analyss pour ces zones.

    Figure 8: Elvation des voies gauche et droite en fonction de la distance pour un profil rel

  • 31

    Lanalyse des rsultats se porte sur la force verticale des roues. Pour commencer

    lanalyse, il tait raisonnable de vrifier la diffrence de comportement entre les roues

    jumeles du tridem et du tendem, et de comparer le comportement des roues extrieures et

    intrieures, ainsi que gauches et droites. Il est conclu que les roues droites extrieures (RDE)

    ont presque le mme comportement que les roues gauches intrieures (RGI). Les rsultats

    sont pareils pour les roues gauches extrieures (RGE) et les roues droites intrieures (RDI).

    Les figures de 10 13 montrent les rsultats obtenus.

    Figure 9: Forces dynamiques engendres le long d'un profil rel

    Forces (N)

    Distance (m)

  • 32

    Figure 10: Evolution de la force verticale en fonction de la distance parcourue sur un profil rel pour les pneus gauche intrieur et droite extrieur du premier essieu du tandem

    Figure 11: Evolution de la force verticale en fonction de la distance parcourue sur un profil rel pour les pneus droite intrieur et gauche extrieur du premier essieu du tandem

  • 33

    Figure 12: Evolution de la force verticale en fonction de la distance parcourue sur un profil rel pour les pneus gauche intrieur et droite extrieur du premier essieu du tridem

    Figure 13: Evolution de la force verticale en fonction de la distance parcourue sur un profil rel pour les pneus droite intrieur et gauche extrieur du premier essieu du tridem

  • 34

    En tenant compte des rsultats du projet prcdemment ralis par la chaire dans le

    cadre de ltude des charges dynamiques, il est noter quil est difficile de reconnatre les

    lieux de dformations et que les profils peuvent se rapprocher dune superposition de

    plusieurs signaux de diffrentes dformations. Les profils rels peuvent contenir une gamme

    varie de dformations de forme non idalise.

    Les figures de 15 20 reprsentent les forces verticales appliques par les pneus en

    fonction de la distance parcourue par les roues pour quelques profils rels.

    Les roues sont numrotes pour simplifier ltude comme la figure 14 le montre.

    Figure 14: Numrotation des roues du camion

  • 35

    Figure 15 : Forces verticales mesures le long d'un profil ayant un IRI=2.746 m/km pour les roues droites extrieures

    Figure 16: Forces verticales mesures le long d'un profil ayant un IRI=2.746 m/km pour les roues gauches extrieures

  • 36

    Figure 17: Forces verticales mesures le long d'un profil ayant un IRI=0.6834 m/km pour les roues droites extrieures

    Figure 18: Forces verticales mesures le long d'un profil ayant un IRI=0.6834 m/km pour les roues gauches extrieures

  • 37

    Figure 19: Forces verticales mesures le long d'un profil ayant un IRI=5.1861 m/km pour les roues droites extrieures

    Figure 20:Forces verticales mesures le long d'un profil ayant un IRI=5.1861 m/km pour les roues gauches extrieures

  • 38

    A partir des graphes prcdents, on peut remarquer que les essieux nont pas le mme comportement face aux diffrents profils : le premier essieu du tridem prsentent des force plus grandes cependant le deuxime et le troisime essieux du tridem appliquent une force infrieures.

    Le premier essieu du tridem a toujours une rponse plus remarquable, en termes de force verticale la plus leve et doscillation, par rapport aux autres essieux. Dans ce sens une comparaison entre la rponse du premier essieu du tridem et les autres essieux pour toutes les roues a t faite et a confirm que le premier essieu du tridem a la rponse la plus significative. Notamment la figure 21 prsente cette comparaison entre les premiers essieux du tandem et du tridem pour lun des profils.

    En visualisant les courbes dvolution des forces verticales des cinquante profils rels,

    les remarques suivant ont t tires :

    Les forces verticales maximales releves pour les diffrents profils varient entre 29000 N

    et 70000 N. la force verticale maximale est mme de lordre de 210000 N pour les profils

    qui ont un IRI trs lev. Il est noter que le camion a diverg plusieurs fois pour les

    profils fortement dgrads ;

    Les forces verticales minimales sannulent pour la plupart des profils. Toutefois, elles

    sont de lordre de 7000 11000N pour les profils o elles ne sannulent pas.

    Figure 21 : Forces verticales mesures le long d'un profil ayant un IRI=0.6834 m/km pour les roues gauches extrieures

  • 39

    Pour mieux quantifier les charges dynamiques et faire un lien entre les diffrent profils el

    les forces verticales quapplique le camion sur ces profils, Il a t choisi dintroduire un

    coefficient de charge dynamique dans les calculs.

    Mesure des charges dynamiques

    Les forces dynamiques gnres le long de chaque profil par les pneus des six essieux,

    dans les deux chemins de roulement, ont t utiliss pour estimer les dommages de la route

    associs. Les forces dynamiques sont quantifies par la mesure du coefficient de charge

    dynamique introduit dans la revue de littrature.

    Les valeurs de DLC ont t dtermines pour chaque roue des six essieux, une moyenne

    a ensuite t calcule pour donner la valeur DLCmoy pour l'ensemble du vhicule.

    Le DLC est utilis pour caractriser lamplitude de la charge dynamique. Cependant il

    convient de noter quil est seulement une des mthodes disponible pour caractriser les

    charges dynamiques des roues, Ainsi quil n'offre pas une bonne mesure de la charge de

    pointe. Il est galement intressant de noter que pendant les calculs de DLC, il tait vu quil

    est convenable dajouter la charge statique au calcul pour montrer que la charge dun vhicule

    en mouvement augmente. Ainsi les rsultats de calcul obtenus et reprsents dans la suite du

    travail reprsentent (1+DLC).

    Les rsultats de calcul de DLC ont permet de classer lessieu directeur du camion

    comme tant lessieu le moins dommageable.

    Une corrlation entre le DLC et lIRI a t cherch. Pour ce faire le DLC a t calcul

    sur des sections de 50 m de la route puis sur des sections de 100 m. LIRI a galement t

    calcul sur les mmes sections. Le DLC a t trac contre lIRI. Gnralement, les graphes

    ont montr une bonne corrlation pour tous les profils. Par la suite, les valeurs de DLC de tous

    les profils ont t rassembles sur le mme graphe. Les figures 22 et 23 reprsentent les

    valeurs de DLC en fonction de lIRI pour tous les profils pour les sections de 50 m et 100m.

  • 40

    Figure 22 : Corrlation carre entre DLC et IRI calculs sur des sections de 50m des profils de routes

    Figure 23: Corrlation carre entre DLC et IRI calculs sur des sections de 100 m des profils de routes

    R = 0.895

    R = 0.858

  • 41

    Les graphes ont montr que la corrlation pour les sections de 100m est meilleure que

    celle pour les sections de 50 m. Les sections de 50 m peuvent contenir des lectures trs

    volatiles entre les sections conscutives. Etant donn que le camion est de 16.2 m de long et

    se dplaant une vitesse de 27.77 m/s (100 km/h), il est probable que linfluence de la

    prcdente 50m tait encore ressentie par le vhicule pendant quil se dplaait dans la section

    suivante, et par consquent, il apparat que les sections de 50 m de long sont un peu courtes

    pour les observations des effets des forces dynamiques. La synchronisation des point de

    dpart et de fin tant pour le calcul de DLC et de lIRI sur des sections a galement rduit la

    corrlation.

    Caractrisation des charges dynamiques par gamme de longueurs dondes

    Gnralement, les profils rels comportent une gamme varie de longueurs dondes.

    Pour discerner les catgories de dformations quon peut constater sur la surface dune route,

    il a t choisi dtudier des profils filtrs. La dcomposition par gammes de longueurs donde

    consiste valuer lamplitude des charges dynamiques pour chaque gamme de longueurs

    donde dun profil. Ici, le modle fait circuler le camion sur des profils filtrs. Cela permet

    dobtenir la contribution de chaque gamme dondes lIRI et aux forces verticales.

    Les profils rels ont t utiliss pour gnrer dautres profils virtuels filtrs pour isoler :

    Les petites longueurs dondes, de 0.707 m 2.83 m ;

    Les moyennes longueurs donde, de 2.83 m 11.3 m ;

    Les grandes longueurs donde, de 11.3 m 45.2 m.

    Ces catgories ont t dtermines par le Laboratoire des Pont et des Chausses (LPS) et

    sont rfrences dans la mthode dessai n46 relative la mesure de luni longitudinal des

    chausses routires et aronautiques.

    Les figures de 24 29 reprsentent les corrlations entre le DLC et lIRI pour les

    diffrentes gammes de longueurs dondes.

  • 42

    Figure 24:Corrlation carre entre le DLC et lIRI courtes ondes calculs sur des sections de 50 m

    Figure 25:Corrlation carre entre le DLC et lIRI courtes ondes calculs sur des sections de 100 m

    R = 0.802

    R = 0.828

  • 43

    Figure 26: Corrlation carre entre le DLC et lIRI moyennes ondes calculs sur des sections de 50 m

    Figure 27 : Corrlation carre entre le DLC et lIRI moyennes ondes calculs sur des sections de 100 m

    R = 0.935

    R = 0.89

  • 44

    Figure 28: Corrlation linaire entre le DLC et lIRI longues ondes calculs sur des sections de 50 m

    Figure 29 : Corrlation linaire entre le DLC et lIRI longues ondes calculs sur des sections de 100 m

    R = 0.892

    R = 0.944

  • 45

    2.3 Simulations sur des profils cres

    Deux profils ont t crs. Les profils sont de 150 m de long, ils comportent une bosse

    de hauteur de 25,4 mm pour le premier profil et de 50,8 mm pour le deuxime profil. Les

    bosses sont la position 50.025 m. La forme des bosses est dtaille dans la troisime partie

    du rapport ; Les bosses ont la mme forme que les obstacles prsents la troisime partie. La

    figure 30 montre lallure du profil de la bosse de 25.4 mm.

    Aprs avoir cr le profil et ajuster le chargement du camion du modle, on a fait

    circuler le camion sur les profils une vitesse de 39 km/h. Le rglage du rgulateur de vitesse

    du modle des vitesses plus basses que 39 km/h cause des vibrations parasites influenant

    les rsultats. Les figures 31, 32 et 33 prsentent la rponse du camion en termes de forces

    verticales.

    Distance (m)

    Elvation (m)

    Figure 30: Profil de bosse de 25.4 mm de hauteur

  • 46

    Figure 32: Forces verticales mesures le long du profil avec une bosse de 25.4 mm de haut pour les roues gauches extrieures

    Figure 31: Evolution de forces verticales appliques par la roue droite extrieure du premier essieu du tridem

  • 47

    Les graphes montrent que la force verticale augmente ds que les pneus se mettent en

    contact avec la bosse puis des oscillations sont gnres aprs la bosse. Le camion ne retrouve

    son quilibre initial quaprs environ 20m de la bosse

    Les forces appliques par les pneus pour la bosse de 50.8 mm de haut sont plus

    importantes que celles appliques pour la bosse de 25.4 mm.

    Les vibrations loin de la bosse qui sont remarques pour les essieux du tridem rsultent

    de rsonnance dassemblage du camion basses vitesses et ne sont pas dues aux effets

    dynamiques.

    Figure 33 : Forces verticales mesures le long du profil avec une bosse de 50.8 mm de haut pour les roues gauches extrieures

  • 48

    3 VALIDATIONS DES RESULTATS DE MODELISATION AU SERUL

    Afin de vrifier la cohrence des rsultats de simulation avec la ralit, il savrait

    ncessaire deffectuer des essais au Site Exprimental Routier de luniversit Laval. En effet,

    les rsultats de modlisation, en termes de charge dynamique, demeurent thoriques. Ainsi,

    pour complter ltude et voir le comportement mcanique de la chausse vis--vis le passage

    dun vhicule en mouvement dans la ralit, il tait ncessaire de faire une comparaison de

    validation des essais de simulation sur une chausse flexible relle. Cette tape permet de

    vrifier le niveau de charge dynamique pour des profils typiques, tels quils ont t dfinis

    dans les essais de simulations, en instrumentant une chausse flexible avec des capteurs de

    dformation.

    3.1 Le site exprimental

    Le Site Exprimental Routier de lUniversit Laval (SERUL) a t dvelopp en 1998.

    Localis la fort Montmrency la hauteur du kilomtre 103 de la route 175, le site est un

    nouveau tronon de la route forestire 33. Son exploitation est garantie pour 10 ans. La route

    est dun kilomtre de long, de 10 mtres de largeur et de 2,5 mtres de profondeur incluant

    aussi un pont de bois. Les lourds camions forestiers mettent rude preuve cette portion de

    route crible de capteurs, de senseurs et doutils danalyse qui nourrissent en donnes les

    expriences en cours. La route est divise en trois secteurs: Le premier secteur comporte 300

    mtres de surface de roulement et sert ltude des surfaces de roulement. On y teste des

    stabilisants chimiques de surface et des revtements bitumineux. Le deuxime secteur est

    compos dune fosse de bton arm de 120 mtres de long utilise pour ltude des structures

    de chausses. Il est divis en quatre compartiments de 30 mtres chacun. Chaque

    compartiment a un sol dinfrastructure diffrent, allant de largile jusquau sable. On y teste

    aussi des systmes de drainage et de contrle de la nappe phratique. Une dernire section de

    100 mtres est consacre ltude de lagressivit des vhicules lourds (AVL). Cette dernire

    section est divise en quatre sous-sections: lune pour valuer les effets des pneus sur la

    chausse, la deuxime pour mesurer les effets de la charge, la troisime ceux de la vitesse et la

    dernire ceux des obstacles.

    Cest sur la section AVL, dune longueur de 100 mtres, de ce laboratoire routier,

    quont t effectus les essais de ce projet.

  • 49

    3.1.1 Instrumentation

    La chausse de la section AVL du SERUL a t instrumente dans le but de mesurer

    les dformations sous la couche de surface. Des jauges fibres optiques ont t installes sur

    la section comme indiqu la figure 34.

    3.1.2 Obstacles

    Afin de provoquer un effet dynamique au passage des essieux, des plaques fabriques

    de feuilles de contreplaqu ont t utilises lors des essais. Leffet dynamique est tudi en

    faisant varier la distance de lobstacle par rapport aux jauges. Cette variation est ncessaire

    car la rponse de la suspension va jouer sur lcrasement du pneu sur la chausse et modifier

    les amplitudes observes. Les obstacles simulent des dformations de forme sinusodale.

    Les figures 35 et 36 reprsentent une schmatisation des plaques employes vues de

    profil. Les figures ne sont pas lchelle en raison de la grande diffrence entre la hauteur et

    la longueur des plaques.

    Figure 34: Positionnement schmatique de l'instrumentation sur la section d'tude. (a) carottes instrumentes; (b) capteur de temprature

  • 50

    Figure 35 Construction d'une plaque de 2 m de long, 25.4 mm de haut, l'aide de 4 panneaux de d'paisseur

    Figure 36: Construction d'une plaque de de long, 50.8 mm de haut, l'aide de 4 panneaux de d'paisseur

    Figure 37: Photo des obstacles installs sur la chausse

    6.35mm

    6.35mm 6.35mm

    6.35mm

    12.7mm 12.7mm

    12.7mm 12.7mm

  • 51

    3.1.3 Jauges fibres optiques

    Prparation des carottes instrumentes Les jauges permettent de mesurer les dformations horizontales. Dans ce projet on

    sest limit lanalyse des dformations longitudinales. Les contraintes longitudinales

    contrlent lextension ou louverture des fissures de fatigues (Owende et coll., 2001).

    Les carottes denrob bitumineux utilises ont t prleves sur place afin de garder

    une homognit des matriaux dans la zone de mesures. Elles ont un petit diamtre (58mm)

    dans le but de minimiser les perturbations dans le comportement de la couche de bton

    bitumineux. La base des carottes a t sculpte pour accueillir les anneaux comprenant les

    jauges et un canal a t creus sur le ct de la carotte pour permettre le passage des fils des

    fibres optiques. Lanneau plastique protge la jauge et naffecte pas significativement la

    distribution des efforts dans la couche de bton bitumineux. Les jauges sont par la suite coles

    sur les carottes (figure 38) et calibres, aprs, laide dun banc dessai.

    Calibrage des jauges

    On place les carottes dans le banc de calibrage permettant de les solidariser. Le banc

    comporte un anneau mtallique et une mollette. En tournant la molette, lanneau stire et par

    Figure 38: schma d'une carotte instrumente

  • 52

    consquent une traction diamtrale est applique la carotte (figure 40). Un capteur de

    dplacement mesure la variation du diamtre de la carotte et un PicoSens (figure 39) li la

    jauge donne la dformation applique la carotte. Ce dispositif permet de comparer les

    dformations relles appliques sur le diamtre de la carotte avec les dformations peru par

    les jauges. Le but du calibrage est de dterminer un facteur de correction propre chaque

    jauge pour approcher des valeurs relles de dformations.

    La figure 41 prsente un exemple des courbes lors du calibrage.

    Capteur de dplacement

    Molette dapplication du dplacement

    Figure 40: Prsentation du banc de calibrage Figure 39: photo du PicoSens

  • 53

    Mise en place sur le site

    Les carottes instrumentes (figure 42) ont t placs dans des trous de 60mm de

    diamtre fors dans la chausse, plaant les jauges 100mm de profondeur cest--dire la

    base du revtement.

    y=22x+24.571R=0.9876

    020406080

    100120140160180200

    0 1 2 3 4 5 6 7 8

    dformationsdelajauge

    dformationsdiamtrales(capteurdedeplacement)

    JaugeS101

    Figure 41: Courbe de calibrage de jauge

    Figure 42: Mise en place des carottes instrumentes

  • 54

    3.1.4 Autre matriel

    Les couvertures thermiques

    La temprature du revtement influence lamplitude des dformations mesures, cest

    pourquoi des couvertures thermiques ont t installes le matin avant chaque journe dessais

    (figure 43). Ceci a permis de garder, aussi constantes que possible, la temprature de

    lasphalte. Les couvertures, alimentes par des bassins thermiques, sont retires avant le

    passage du vhicule et replaces directement aprs le passage de ce dernier. Le contrle de la

    temprature de lasphalte est effectu chaque instant laide dun capteur de temprature.

    Les appareils de mesure

    Les jauges de dformations utilisent des cbles fibres optiques pour la propagation

    du signal. Cest pour a il a t utilis un systme dacquisition constitu dun appareil de

    type RadSens reli un ordinateur pour stocker les mesures via un logiciel dacquisition

    (figure 44).

    Figure 43: Utilisation d'une couverture thermique

  • 55

    Repre visuel et camra vido

    Afin de garder la constance du passage du pneu sur les jauges de dformation, un

    offset de +/- 100mm a t pris en considration pour que limpact du passage du pneu soit

    reprsentatif des dformations engendres au droit de celui-ci. Cet offset a t choisi en se

    basant sur les rsultats des recherches antcdentes de luniversit Laval qui ont montr que

    les dformations mesures dans lintervalle indiqu sont presque constantes et elles

    reprsentent le plus le comportement de la base de la couche de roulement vis--vis le passage

    du pneu.

    Un repre visuel (figure 45) est plac en avant des jauges pour relever avec prcision

    la distance du passage du pneu par rapport aux instruments implants sur la chausse. Laxe

    du repre a t align avec laxe des jauges. Un enregistrement vido a t galement utilis

    pour valider la ligne de passage du vhicule.

    Figure 44: Conditionneurs de signal Opsens

  • 56

    3.1.5 Vhicule lourd

    Un camion compos dun tracteur et dune semi-remorque, commun en Amrique du

    Nord, est utilis. Le camion, pour reproduire des conditions relles, a t charg par des poids.

    3.2 Protocole exprimental

    Le but de ce projet est ltude de limpact des charges dynamiques sur la performance

    de la chausse. Cest pour cela les essais se sont bass sur la mesure des dformations la

    Sens de roulem

    ent Figure 45: Repre visuel utilis pour le revt des distances de passage

    Figure 46: Photo du vhicule lourd utilis

  • 57

    base du revtement en mettant en place des obstacles diffrentes distances des jauges afin de

    ressortir leffet dynamique engendr par les dgradations de la surface de la chausse.

    Plusieurs sries dessais ont t ralises sur les deux jours, le 15 et 16 juillet 2013. Les

    essais se sont drouls en ne faisant varier que les obstacles en employant des obstacles de

    deux hauteurs diffrentes ou en augmentant leur distance des jauges.

    Le camion roule 30km/h et pour valider le passage, il faut que laxe central de la roue

    extrieure droite du premier essieu arrire de la remorque concide avec laxe des jauges, avec

    un cart tolr de 100mm (figure 47).Un essai sera considr valide lorsquon a suffisamment

    de passage relev dans lintervalle de [-100, +100mm]. Lobservation est effectue par vido.

    Aprs chaque passage cette dernire est visionne image par image pour identifier avec

    exactitude le passage des roues

    Une srie de passages de rfrence sans obstacle ont t effectus au dbut et la fin

    des essais afin de vrifier la constance des conditions dans lesquelles les essais se sont passs.

    3.3 Mesure des dformations

    Les mesures de dformations ont t effectues pour chaque passage du camion. Avant

    chaque srie des passages, la temprature de lasphalte est releve par lintermdiaire dun

    capteur de temprature. Lors du passage du camion les mesures au niveau des capteurs sont

    Sens de dplacement

    Jauges de dformation

    Repre visuel

    (5)

    (6)

    (7)

    Figure 47: Schma simplifi du droulement d'un passage du camion

  • 58

    reprsentes par des graphiques donnant les dformations en fonction du temps pour toutes

    les roues droites du camion. Ainsi les donnes des jauges sont enregistres par lordinateur.

    Pour faire ltude les graphiques, un logiciel a t conu pour traiter les donnes. En

    traitant les rsultats, il tait ncessaire tout dabord de supprimer la valeur moyenne rsiduelle

    et centrer toutes les courbes. Le logiciel permet de sparer chaque rponse des capteurs et de

    filtrer le signal

    La figure 48 reprsente un signal typique obtenu pour les dformations longitudinales.

    Les courbes prsentent chacune six pics de dformations correspondant au passage de chaque

    essieu du camion. Vu que les contraintes sont proportionnelles aux dformations, la courbe de

    la figure 48 montre lapparition la base de la couche de revtement de contraintes de

    compression (valeurs ngatives) lapproche de la roue et le dveloppement de contraintes de

    traction (valeur positives) au passage de la roue. Entre deux passages conscutifs, il y a un

    dlai de temps suffisant pour la stabilisation des jauges de dformation perturbes

    Les jauges ont t numrotes de 5 7 comme lindique la figure 47. Les sries de

    passages ont galement une dnomination prcise. Elles se prsentent sous le format suivant :

    Chiffre Lettre Chiffre . Le premier chiffre correspond au numro de la srie, la

    100

    50

    0

    50

    100

    150

    200

    250

    0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5

    dformations

    temps(s)

    Figure 48: Signal typique des dformations en fonctions du temps

  • 59

    lettre S signifie statique et D signifie dynamique. Enfin le dernier chiffre correspond

    au numro du passage dans la srie.

    3.4 Vracit des rsultats

    3.4.1 Comparaison des rsultats des jauges

    Sur la figure 49 les capteurs de dformation des carottes, pour un mme passage, sont

    mis en parallle.

    On constate que les rsultats renvoys par la jauge 7-LB13 ont les valeurs les plus

    petites et ceux renvoys par la jauge 5-LB12 sont les plus grands. Il est noter quentre les

    jauges 5-LB12 et 6-LB14, les diffrences de dformations sont constantes pour lessieu avant

    et les essieux du tandem cependant lcart de diffrence est plus important pour les essieux du

    tridem. On remarque le contraire entre les jauges 6-LB14 et 7-LB13, les diffrences de

    dformation sont plus grandes pour lessieu avant et les essieux du tandem. La diffrence de

    dformation entre les jauges 5-LB12 et 7-LB13 sont constantes.

    150

    100

    50

    0

    50

    100

    150

    200

    250

    300

    0 1 2 3 4 5 6

    dformations

    temps(s)

    5LB12

    6LB14

    7LB13

    Figure 49: Rsultats des trois capteurs pour un passage statique

  • 60

    Ce constat est valable pour les passages statiques. En ce qui concerne les passages

    dynamiques, la distance de lobstacle tant diffrent la comparaison ne peut pas se faire.

    3.4.2 Comparaison des rsultats des trois passages valides

    Comme mentionn prcdemment, la validit des passages tait dtermine en tenant

    compte de la distance entre le pneu et le centre du repre visuel plac devant les carottes. La

    figure 50 montre les rsultats des trois passages valides pour la mme jauge.

    On constate des graphiques de la figure que les dformations sont sensiblement les

    mmes pour les trois passages. Un lger dcalage est d au choix de lorigine du repre du

    temps considr. Un dcalage est aussi observ entre les pics des essieux du tridem qui peut

    tre expliqu par la variation lgre de la vitesse entre les essais.

    3.4.3 Variations de temprature

    Sachant que la variation de temprature influence le comportement mcanique de la

    chausse et donc lamplitude des dformations, la temprature a t releve pour chaque srie

    afin de vrifier selle est maintenue constante. Durant les essais la temprature moyenne est

    de 31 avec un taux de variation 3,6.

    150

    100

    50

    0

    50

    100

    150

    200

    250

    0 1 2 3 4 5

    dformations

    temps(s)

    301D03/5LB12

    301D06/5LB12

    301D13/5LB12

    Figure 50: Rsultats du mme capteur pour trois passages valides

  • 61

    3.4.4 Vrification de vitesse

    La vitesse de roulement a une influence importante sur le comportement de chausse

    face au passage du camion. Il tait donc ncessaire de vrifier si la variation de vitesse et il est

    not quelle varie de 29 km/h et atteint 37 km/h.

    3.5 Traitement des donnes

    3.5.1 Bassin de dformation longitudinale

    Lobjectif de cette tude est de dterminer un bassin de dformation. La prsente tude

    a t effectue pour le premier essieu de traction et les essieux de la remorque. Les bassins ont

    t faits pour les maximums de dformations ainsi que les minimums, lanalyse sest faite par

    la suite pour la diffrence entre les extrmums. Les figures de 51 54 prsentent les bassins

    issus les essieux de la remorque et lessieu avant de traction pour la bosse de 25,4mm.

    0

    50

    100

    150

    200

    250

    300 200 100 0 100 200 300

    dformations

    Distance(mm)

    E4/7LB13

    StatiquePosition01Position02Position03Position04Position05Position06

    Figure 51: Bassin de dformations pour le premier essieu du tridem pour diffrentes positions de l'obstacle

  • 62

    0

    50

    100

    150

    200

    250

    300 200 100 0 100 200 300

    dformations

    Distance(mm)

    E5/7LB13

    Statique

    Position01

    Position02

    Position03

    Position04

    Position05

    Position06

    Figure 52: Bassin de dformations pour le deuxime essieu du tridem pour diffrentes positions de l'obstacle

    0

    50

    100

    150

    200

    250

    300 250 200 150 100 50 0 50 100 150 200 250

    dformations

    Distance(mm)

    E6/7LB13

    StatiquePosition01Position02Position03Position04Position05Position06

    Figure 53: Bassin de dformations pour le troisime essieu du tridem pour diffrentes positions de l'obstacle

  • 63

    Les courbes indiquent que les essieux du tridem prsentent un maximum de

    dformation au centre des du pneu. La forme des bassins est large du fait que les pneus

    tudis dont des pneus doubles.

    Les courbes indiquent que les dformations engendres par les essieux de la remorque

    sont plus importantes. Lobservation des courbes indique que les dformations augmentent

    dune manire remarquable lors de lutilisation de la bosse. Il est not aussi quen sloignant

    de la bosse les dformations varient.

    3.5.2 Evolution des dformations sur la route suite au passage du camion

    Un repre reprsentant la position des obstacles par rapport aux capteurs de

    dformations a t considr. Aprs avoir dtermin les valeurs de dformation partir des

    rsultats prcdents, on a cherch la relation entre la variation des dformations et la position

    de lobstacle. Ltude est faite pour la diffrence des extrmums comme indiqu dans la

    figure 55.

    0

    50

    100

    150

    200

    250

    100 50 0 50 100 150 200 250 300 350

    dformations

    Distance(mm)

    Capteur7LB13

    Statique

    Position01

    Position02

    Position03

    Position04

    Position05

    Position06

    Figure 54: Bassin de dformations pour le premier essieu du tandem pour diffrentes positions de l'obstacle

  • 64

    Les figures de 56 63 montrent les rsultats de cette tude.

    100

    50

    0

    50

    100

    150

    200

    250

    0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5

    dformations

    temps(s)

    Figure 55: diffrence des extrmums

    0

    50

    100

    150

    200

    250

    300

    350

    400

    0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500

    dformations

    distancedel'obstacle(mm)

    Figure 56: dformations dues au passage du premier essieu du tridem pour l'obstacle de 50.8mm

  • 65

    0

    50

    100

    150

    200

    250

    300

    350

    400

    0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500

    dformations

    distancedel'obstacle(mm)

    0

    50

    100

    150

    200

    250

    300

    350

    400

    450

    0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500

    dformations

    distancedel'obstacle(mm)

    Figure 57: dformations dues au passage du deuxime essieu du tridem pour l'obstacle de 50.8mm

    Figure 58: dformations dues au passage du troisime essieu du tridem pour l'obstacle de 50.8mm

  • 66

    0

    50

    100

    150

    200

    250

    300

    350

    400

    0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500

    dformations

    distancedel'obstacle(mm)

    Figure 59: dformations dues au passage du premier essieu du tandem pour l'obstacle de 50.8mm

    0

    50

    100

    150

    200

    250

    300

    350

    400

    450

    0 50 100 150 200 250 300 350

    dformation

    distancedel'obstacle(mm)

    Figure 60: dformations dues au passage du premier essieu du tandem pour l'obstacle de 25.4mm

  • 67

    0

    50

    100

    150

    200

    250

    300

    350

    400

    0 50 100 150 200 250 300 350

    dformation

    distancedel'obstacle(mm)

    Figure 61: dformations dues au passage du premier essieu du tridem pour l'obstacle de 25.4mm

    0

    50

    100

    150

    200

    250

    300

    350

    400

    0 50 100 150 200 250 300 350

    dformation

    distancedel'obstacle(mm)

    Figure 62: dformations dues au passage du deuxime essieu du tridem pour l'obstacle de 25.4mm

  • 68

    On remarque daprs les graphes que les dformations varient aprs le passage du

    camion par la bosse mais elles augmentent. Les rsultats obtenus ne sont pas issus seulement

    de leffet de charges dynamiques, il y a dautres facteurs qui simposaient en menant les

    essais notamment la variation de temprature et la diffrence lgre entre les jauges. Cest

    pour cette raison, il tait ncessaire de procder aux corrections des rsultats vis--vis les deux

    paramtres cits auparavant.

    Pour faire la correction des rsultats par rapport la temprature, lquation suivante a

    t utilise :

    O :

    Coefficient de correction

    Temprature de rfrence pour laquelle les dformations sont mesures rn

    statique.

    Les rsultats figurant sur les graphes suivant sont corrigs.

    0

    50

    100

    150

    200

    250

    300

    350

    400

    0 50 100 150 200 250 300 350

    dformation

    distancedel'obstacle(mm)

    Figure 63: dformations dues au passage du troisime essieu du tridem pour l'obstacle de 25.4mm

  • 69

    3.6 Comparaison entre les rsultats des essais et des rsultats du modle

    Les rsultats du modle sont sous forme de forces. Afin de les comparer avec les

    rsultats des essais, Les forces ont t transformes en dformation laide de WinJULEA,

    logiciel du transportationREsearch Board.

    Les donnes dentres du logiciel sont rsumes dans le tableau 2. Elles correspondent

    aux proprits de la route o les essais se sont drouls dans les conditions de ces essais.

    Profondeurs des

    couches

    Module de

    lenrob

    Coefficient de

    poisson

    Contact entre

    les couches

    Aire de contact

    pneu-chausse

    100 1400 0,35 0 70686 200 300 0,35 0 70686 470 100 0,35 0 70686 0 50 0,4 0 70686

    Tableau 2: Caractristiques gotechniques de la route

    Les figures de 64 71 montrent les rsultats du modle et les rsultats des essais aprs

    corrections.

    0

    50

    100

    150

    200

    250

    300

    350

    400

    0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500

    dformations

    distancedel'obstacle(mm)

    Modle

    Essai

    Figure 64: comparaison entre les dformations du modle et des essais pour le premier essieu du tridem pour lobstacle de 25.4 mm

  • 70

    0

    50

    100

    150

    200

    250

    300

    350

    400

    450

    0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500

    distancedel'obstacle(mm)

    Logiciel

    Essai

    Figure 65: comparaison entre les dformations du modle et des essais pour le deuxime essieu du tridem pour lobstacle de 25.4 mm

    0

    50

    100

    150

    200

    250

    300

    350

    400

    0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500

    distancedel'obstacle(mm)

    Logiciel

    Essai

    Figure 66: comparaison entre les dformations du modle et des essais pour le troisime essieu du tridem pour lobstacle de 25.4 mm

  • 71

    0

    50

    100

    150

    200

    250

    300

    350

    400

    0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500

    dformations

    distancedel'obstacle(mm)

    Logiciel

    Essai

    Figure 67: comparaison entre les dformations du modle et des essais pour le premier essieu du tandem pour lobstacle de 25.4 mm

    0

    50

    100

    150

    200

    250

    300

    350

    400

    0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500

    Modle

    Essai

    Figure 68: comparaison entre les dformations du modle et des essais pour le premier essieu du tridem pour lobstacle de 50.8 mm

  • 72

    0

    100

    200

    300

    400

    500

    600

    0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000

    Logiciel

    Essai

    Figure 69: comparaison entre les dformations du modle et des essais pour le deuxime essieu du tridem pour lobstacle de 50.8 mm

    0

    50

    100

    150

    200

    250

    300

    350

    400

    450

    500

    0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500

    Logiciel

    Essai

    Figure 70: comparaison entre les dformations du modle et des essais pour le troisime essieu du tridem pour lobstacle de 50.8 mm

  • 73

    Pour les deux obstacles les graphes montrent une bonne synchronisation entre les

    courbes de dformations du modle de simulation et celles des essais pour le premier essieu

    du tridem. Cependant, pour les autres essieux, les essais ne prsentent pas les mmes allures

    de dformations que celles rsultant du modle. Les rsultats des essais, pour le deuxime

    essieu du tridem, est, nanmoins, un peu proche des dformations obtenues du modle. Les

    pics figurent aussi pour les dformations des essais et du modle sur les mmes distances mais

    pour des amplitudes diffrentes. Cela est peut tre expliqu par plusieurs raisons, notamment :

    Le modle de simulation est idalis et ne prend en considration que la surface de la

    route ;

    Lors du passage du camion, pour les essieux du tridem, la chausse naura pas le temps

    suffisant pour retourner son tat initial et par consquent les essieux arrires prsentent

    une accumulation des contraintes des essieux qui les prcdent ;

    Lors des essais, seul le passage du premier essieu du tridem dans lintervalle de loffset du

    repre visuel qui a t considr est le critre de validation de lessai. Mais ; pour la

    majorit des sries dessais, les autres essieux ont t hors lintervalle sauf le deuxime

    essieu du tridem.

    0

    50

    100

    150

    200

    250

    300

    350

    400

    450

    0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500

    Logiciel

    Essai

    Figure 71: comparaison entre les dformations du modle et des essais pour le premier essieu du tandem pour lobstacle de 50.8 mm

  • 74

    On remarque aussi que les dformations obtenues des simulations sont suprieures des

    dformations rsultant des essais. Cela est peut-tre d

    La diffrence entre les conditions du passage du camion ; Le modle de simulation ne tient

    pas compte des caractristiques gotechniques et les composantes des couches de la

    chausse.

    Linfluence des autres facteurs environnementaux ; notamment, la temprature ;

    La diffrence de vitesse du camion lors des essais sur la route de lSERUL et ceux de

    simulation dynamique ;

    Lgre diffrence entre les caractristiques mcaniques des deux camions.

  • 75

    CONCLUSION La conception des structures de la chausse et le dveloppement des matriaux routiers

    utiliss sont fonds sur lhypothse que le chargement des vhicules lourds est statique. Or,

    lorsquun vhicule est en mouvement sur un profil de route imparfait, il se produit une

    oscillation du chssis dans laxe vertical due la raction du systme de suspension aux

    imperfections de la surface de la chausse. Cette oscillation induit un chargement dynamique

    linterface entre les pneus et le revtement, ce niveau de chargement pouvant

    significativement dpass le niveau de chargement constant associ au transfert du poids du

    vhicule charg chaque essieu. La charge dynamique dun vhicule lourd est fonction de la

    vitesse de circulation du vhicule, des caractristiques de sa suspension, de la configuration

    des essieux et de la pression des pneus.

    Linteraction entre des profils des routes et un vhicule lourd en mouvement a fait

    lobjet de cette tude. Le modle mcanique dvelopp dans le cadre du projet tude des

    consquences de la dtrioration de luni des chausses sur le comportement des vhicules et

    la scurit des usagers de la route entrepris en 2003 par les professeurs Dor et Richard dans

    le cadre dune subvention FQRNT action concerte-scurit routire a t utilis pour

    modliser le comportement dynamique de vhicule lourd circulant sur des profils des routes

    rels ainsi que des dformations typiques de chausses en fin dhiver dune part, et de

    quantifier la charge dynamique de vhicule lourd dautre part. Lindice de rugosit

    international (IRI) et le coefficient de charge dynamique ont t calculs pour chaque profil

    afin de quantifier luni de la chausse et le niveau de charge dynamique (DLC). Par la suite

    une relation entre le DLC et lIRI a t tabli. Ensuite, une corrlation entre le DLC et LIRI

    dcompos a t fait pour raffiner les rsultats pour les diffrentes dformations de courtes,

    moyennes et grandes longueurs dondes. Enfin, les modles dvelopps dans le cadre de cette

    tude ont t valids par des essais sur la section instrumente du SERUL. Les essais ont

    mens en circulant un vhicule lourd sur des obstacles simulant les dformations observes

    sur la surface des chausses flexibles.

    Les rsultats obtenus permettent de tirer plusieurs conclusions intressantes :

    Le modle de simulation a montr un bon comportement du camion en circulant sur

    les profils des chausses. Mais le camion a diverg pour des profils des chausses trs

    dgrades et a caus une rsonnance pour les vitesses basses ;

    Plus la route est dgrade plus le niveau de charges dynamiques est grand ;

  • 76

    Une bonne corrlation carre entre le DLC et lIRI pour les profils rels ;

    La dcomposition de lIRI en petites, moyennes et grandes longueurs dondes a donn

    une bonne corrlation entre lIRI et le DLC ;

    La charge dynamique sur le tridem du camion est davantage affecte par la variation

    de lIRI et le type de dformation ;

    Les oscillations des roues sont plus importantes pour les dformations ayant une

    grande amplitude ;

    Le programme des essais a permis une validation sur terrain des simulations pour le

    premier essieu du tridem.

  • 77

    BIBLIOGRAPHIE Sayers, M.W., Karamihas, S.M., (1998), The Little Book of Profiling, Basic information about Measuring and Interpreting Road Profiles. Vaillancourt, M., Perraton, D., Dorchies, P., Dor, G., (2002), Dcomposition du pseudoprofil et analyse de lindice de rugosit international (IRI), publi sur le site Web des Presses scientifiques du CNRC. Mesure de luni longitudinal des chausses routires et aronautiques, (2009), Mthode dessai n46 Version 2.0, LCPC, 83 p. Dor, G., Zubeck, H. K. & KNOVEL (FIRME) 2009. Cold regions pavement engineering, Reston, VA New York, ASCE Press; McGraw-Hill. Cebon, D. 1999. Handbook of vehicle-road interaction, Swets & Zeitlinger Publishers. CARGEMEL, A. 2011. tude de limpact des charges dynamiques sur la chausse. Rapport de stage, Dpartement de Gnie Civil, Universit Laval. DE BEER, M., FISHER, C. & JOOSTE, F. J. Year. Determination of pneumatic tyre/pavement interface contact stresses under moving loads and some effects on pavements with thin asphalt surfacing layers. In: Eight (8th) International Conference on Asphalt Pavements (8th ICAP 97), August 10-14 1997 Seattle, Washington, USA. 179-227. GRINCH 2009. tude de limpact des Systmes de contrle de gonflement des pneus (CTI) sur linteraction vhicule-route, Groupe de recherche en ingnierie des chausses. Universit Laval. Flamand M. Prdiction de la dtrioration hivernale de luni partir de la variabilit du sol dinfrastructure. Facult des tudes suprieures. Universit Laval. 2000 OCDE 1998. Dynamic Interaction between Vehicles and Infrastructure Experiment (DIVINE): technical report, OECD. Stoner, J. W., Bhatti, M. A., Center, U. O. I. P. P. & Center, M. T. 1994. Estimating pavement damage from longer and heavier combination vehicles, Midwest Transportation Center.

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  • 78

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