Études de cas pratique

EGC

Calcul des charges de trafic

Calcul des Charges de Trafic en Réseaux Voiries et Divers

Calcul des Charges de Trafic en Réseaux Voiries et Divers

Comprendre le Calcul des Charges de Trafic

Le calcul des charges de trafic est une étape cruciale dans la conception et le dimensionnement des chaussées routières. Il vise à estimer l'agressivité du trafic que la chaussée devra supporter tout au long de sa durée de service. Cette agressivité est généralement exprimée en nombre d'essieux standards équivalents (souvent l'essieu de \(130 \, \text{kN}\) ou \(13\) tonnes en France). Une sous-estimation du trafic peut entraîner une dégradation prématurée de la chaussée, tandis qu'une surestimation conduit à des coûts de construction inutilement élevés. Les principaux paramètres pris en compte sont le Trafic Moyen Journalier Annuel (TMJA), le pourcentage de poids lourds (%PL), le coefficient d'agressivité moyen des poids lourds (CAM), le taux de croissance annuel du trafic, et la durée de service de la chaussée.

Données de l'étude

On étudie une section de route nationale pour laquelle on doit dimensionner la structure de chaussée. Les données de trafic suivantes ont été collectées ou estimées :

  • Trafic Moyen Journalier Annuel (TMJA) à l'année de mise en service (\(n=0\)) : \(8\,500 \, \text{véhicules/jour}\) (dans les deux sens)
  • Pourcentage de Poids Lourds (\(\%PL\)) : \(12\%\) du TMJA
  • Coefficient d'Agressivité Moyen des Poids Lourds (CAM) : \(0.8\) essieu standard de \(130 \, \text{kN}\) par Poids Lourd
  • Taux de croissance annuel du trafic poids lourds (\(i\)) : \(2.5\%\) par an
  • Durée de service de la chaussée (\(D\)) : \(20 \, \text{ans}\)
  • Coefficient de répartition par sens (\(C_s\)) : \(0.5\) (trafic équivalent dans chaque sens)
  • Coefficient de répartition transversale (voie la plus chargée, \(C_v\)) : \(0.8\) (pour une route à 2x1 voies, la voie de droite est plus chargée)
Schéma : Flux de Trafic sur une Chaussée
VL PL VL VL Flux de Trafic (TMJA) Calcul des Charges pour Dimensionnement

Illustration simplifiée du trafic sur une section de route.

Questions à traiter

  1. Définir le Trafic Moyen Journalier Annuel (TMJA) et le Coefficient d'Agressivité Moyen (CAM).
  2. Calculer le nombre de Poids Lourds par jour (\(N_{PL,0}\)) à l'année de mise en service (n=0) pour la voie la plus chargée.
  3. Calculer le nombre d'essieux standards de \(130 \, \text{kN}\) par jour (\(N_{ES,0}\)) à l'année de mise en service (n=0) pour la voie la plus chargée.
  4. Calculer le nombre cumulé d'essieux standards (\(N_{cumul}\)) sur la durée de service \(D\) de la chaussée, en tenant compte du taux de croissance annuel du trafic poids lourds.
  5. Si le CAM était de \(1.2\) au lieu de \(0.8\), quel serait l'impact sur le nombre cumulé d'essieux standards ? (Calcul et discussion).

Correction : Calcul des Charges de Trafic

Question 1 : Définitions TMJA et CAM

Définitions :

Trafic Moyen Journalier Annuel (TMJA) : C'est le nombre total de véhicules (tous types confondus : véhicules légers, poids lourds, deux-roues, etc.) passant en moyenne par jour sur une section de route donnée, calculé sur une année entière. Il est obtenu en divisant le trafic total annuel par 365 jours. Le TMJA est une donnée de base pour les études de trafic et le dimensionnement des infrastructures.

Coefficient d'Agressivité Moyen (CAM) : C'est un facteur qui exprime l'agressivité moyenne d'un Poids Lourd (PL) par rapport à un essieu standard de référence (généralement \(130 \, \text{kN}\) en France). Il représente le nombre d'essieux standards équivalents produits par le passage d'un Poids Lourd moyen. Ce coefficient dépend de la composition du trafic PL (nombre d'essieux par PL, charge par essieu, type de suspension, etc.). Un CAM de \(0.8\) signifie qu'en moyenne, chaque Poids Lourd équivaut à \(0.8\) passage d'un essieu standard de \(130 \, \text{kN}\) en termes de dommage à la chaussée.

Résultat Question 1 : Le TMJA est le nombre moyen de véhicules par jour sur un an. Le CAM est le nombre d'essieux standards équivalents par Poids Lourd moyen.

Question 2 : Nombre de Poids Lourds par jour (\(N_{\text{PL},0}\)) à n=0 (voie la plus chargée)

Principe :

Le nombre de Poids Lourds par jour à l'année de mise en service est calculé à partir du TMJA et du pourcentage de Poids Lourds. Ce total est ensuite affecté par le coefficient de répartition par sens et le coefficient de répartition transversale pour obtenir le nombre de PL sur la voie la plus sollicitée.

Formule(s) utilisée(s) :
\[ N_{\text{PL,total},0} = \text{TMJA}_0 \times \frac{\%PL}{100} \]
\[ N_{\text{PL},0, \text{voie chargée}} = N_{\text{PL,total},0} \times C_s \times C_v \]
Données spécifiques :
  • \(\text{TMJA}_0 = 8\,500 \, \text{véhicules/jour}\)
  • \(\%PL = 12\%\)
  • \(C_s = 0.5\)
  • \(C_v = 0.8\)
Calcul :
\[ \begin{aligned} N_{\text{PL,total},0} &= 8500 \times \frac{12}{100} \\ &= 8500 \times 0.12 \\ &= 1020 \, \text{PL/jour (deux sens)} \end{aligned} \]
\[ \begin{aligned} N_{\text{PL},0, \text{voie chargée}} &= 1020 \times 0.5 \times 0.8 \\ &= 1020 \times 0.4 \\ &= 408 \, \text{PL/jour (sur la voie la plus chargée)} \end{aligned} \]
Résultat Question 2 : Le nombre de Poids Lourds par jour à l'année de mise en service sur la voie la plus chargée est \(N_{\text{PL},0, \text{voie chargée}} = 408 \, \text{PL/jour}\).

Question 3 : Nombre d'essieux standards par jour (\(N_{\text{ES},0}\)) à n=0 (voie la plus chargée)

Principe :

Le nombre d'essieux standards par jour est obtenu en multipliant le nombre de Poids Lourds par jour sur la voie la plus chargée par le Coefficient d'Agressivité Moyen (CAM).

Formule(s) utilisée(s) :
\[N_{\text{ES},0} = N_{\text{PL},0, \text{voie chargée}} \times \text{CAM}\]
Données spécifiques :
  • \(N_{\text{PL},0, \text{voie chargée}} = 408 \, \text{PL/jour}\)
  • \(\text{CAM} = 0.8\)
Calcul :
\[ \begin{aligned} N_{\text{ES},0} &= 408 \times 0.8 \\ &= 326.4 \, \text{essieux std}/130\text{kN}/\text{jour} \end{aligned} \]
Résultat Question 3 : Le nombre d'essieux standards de \(130 \, \text{kN}\) par jour à l'année de mise en service sur la voie la plus chargée est \(N_{\text{ES},0} \approx 326.4 \, \text{essieux std/jour}\).

Quiz Intermédiaire 1 : Si le pourcentage de Poids Lourds était de \(10\%\) au lieu de \(12\%\) (autres données inchangées), \(N_{\text{ES},0}\) serait :

Question 4 : Nombre cumulé d'essieux standards (\(N_{\text{cumul}}\)) sur la durée de service

Principe :

Pour calculer le nombre cumulé d'essieux standards sur la durée de service \(D\), en tenant compte d'un taux de croissance annuel \(i\), on utilise la formule de la somme d'une progression géométrique, multipliée par le nombre de jours par an.

Formule(s) utilisée(s) :
\[ N_{\text{cumul}} = N_{\text{ES},0} \times 365 \times \frac{(1+i)^D - 1}{i} \]

Si \(i=0\), la formule devient \(N_{\text{cumul}} = N_{\text{ES},0} \times 365 \times D\).

Données spécifiques :
  • \(N_{\text{ES},0} \approx 326.4 \, \text{essieux std/jour}\)
  • Taux de croissance \(i = 2.5\% = 0.025\)
  • Durée de service \(D = 20 \, \text{ans}\)
Calcul :
\[ \begin{aligned} \text{Facteur de cumul } F_c &= \frac{(1+0.025)^{20} - 1}{0.025} \\ &= \frac{(1.025)^{20} - 1}{0.025} \\ &\approx \frac{1.638616 - 1}{0.025} \\ &\approx \frac{0.638616}{0.025} \\ &\approx 25.54464 \end{aligned} \]
\[ \begin{aligned} N_{\text{cumul}} &= 326.4 \times 365 \times 25.54464 \\ &\approx 119136 \times 25.54464 \\ &\approx 3\,043\,289 \, \text{essieux standards} \end{aligned} \]
Résultat Question 4 : Le nombre cumulé d'essieux standards sur la durée de service de 20 ans est d'environ \(3\,043\,289\) essieux standards de \(130 \, \text{kN}\).

Question 5 : Impact d'un CAM de 1.2

Principe :

Si le CAM change, le nombre d'essieux standards par jour à l'année de mise en service (\(N_{\text{ES},0}\)) change, ce qui affecte directement le nombre cumulé d'essieux standards.

Données spécifiques :
  • Nouveau CAM\(' = 1.2\)
  • \(N_{\text{PL},0, \text{voie chargée}} = 408 \, \text{PL/jour}\) (inchangé)
  • Autres données de la Q4 inchangées (\(i=0.025, D=20\), Facteur de cumul \(F_c \approx 25.54464\))
Calcul :

Nouveau \(N'_{\text{ES},0}\):

\[ \begin{aligned} N'_{\text{ES},0} &= N_{\text{PL},0, \text{voie chargée}} \times \text{CAM}' \\ &= 408 \times 1.2 \\ &= 489.6 \, \text{essieux std}/130\text{kN}/\text{jour} \end{aligned} \]

Nouveau \(N'_{\text{cumul}}\):

\[ \begin{aligned} N'_{\text{cumul}} &= N'_{\text{ES},0} \times 365 \times F_c \\ &\approx 489.6 \times 365 \times 25.54464 \\ &\approx 178704 \times 25.54464 \\ &\approx 4\,564\,934 \, \text{essieux standards} \end{aligned} \]
Discussion de l'impact :

Le nombre cumulé d'essieux standards passe d'environ \(3\,043\,289\) à environ \(4\,564\,934\). L'augmentation est de \(4\,564\,934 - 3\,043\,289 = 1\,521\,645\) essieux standards. Le ratio d'augmentation est \(\frac{1.2}{0.8} = 1.5\). Donc, le nombre cumulé d'essieux est également multiplié par 1.5. (\(3\,043\,289 \times 1.5 \approx 4\,564\,933.5\)). Un CAM plus élevé signifie que chaque poids lourd cause plus de dommages à la chaussée, ce qui se traduit par un nombre total d'essieux standards équivalents beaucoup plus important sur la durée de vie. Cela nécessiterait une structure de chaussée plus robuste et donc plus coûteuse.

Résultat Question 5 : Avec un CAM de \(1.2\), le nombre cumulé d'essieux standards serait d'environ \(4\,564\,934\). Cela représente une augmentation de 50% par rapport au CAM de 0.8, indiquant une agressivité du trafic significativement plus élevée et la nécessité d'une chaussée plus résistante.

Quiz Intermédiaire 2 : Si la durée de service \(D\) était de \(10 \, \text{ans}\) au lieu de \(20 \, \text{ans}\) (avec CAM=0.8 et \(i=2.5\%\)), le nombre cumulé d'essieux standards serait :

Quiz Rapide : Testez vos connaissances (Récapitulatif)

6. Le TMJA est une mesure du trafic :

7. Un CAM plus élevé indique que les poids lourds sur une route sont en moyenne :

8. Le calcul du nombre cumulé d'essieux standards est essentiel pour :

Glossaire

Trafic Moyen Journalier Annuel (TMJA)
Nombre moyen de véhicules circulant sur une section de route par jour, calculé sur une année.
Poids Lourd (PL)
Catégorie de véhicules de transport de marchandises ou de personnes ayant un Poids Total Autorisé en Charge (PTAC) élevé, causant l'essentiel des dommages aux chaussées.
Coefficient d'Agressivité Moyen (CAM)
Facteur représentant le nombre d'essieux standards équivalents générés par le passage d'un Poids Lourd moyen.
Essieu Standard
Essieu de référence (par exemple, \(130 \, \text{kN}\) en France) utilisé pour quantifier l'agressivité des charges de trafic sur les chaussées.
Durée de Service (ou Durée de Vie)
Période pendant laquelle une chaussée est conçue pour fonctionner sans nécessiter de réparations structurelles majeures.
Taux de Croissance du Trafic (\(i\))
Augmentation annuelle (en pourcentage) du volume de trafic, souvent spécifique aux poids lourds pour le dimensionnement.
Dimensionnement de Chaussée
Processus de détermination de la structure (types de couches et leurs épaisseurs) d'une chaussée pour qu'elle résiste aux charges de trafic et aux conditions environnementales pendant sa durée de service.
Calcul des Charges de Trafic - Exercice d'Application

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