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CHAPITRE III CONCEPTION GEOMETRIQUE DE LA CHAUSSEE

La caractérisation géométrique d'une route peut se définir comme l'ensemble des éléments à satisfaire pour que la liaison routière soit sûre, efficace et confortable.

La géométrie de la route est un concept qui doit donner une forme précise (géométrique), à une nécessité économique( la liaison entre deux points) en tenant compte des multiples facteurs humains ( capacités physiques et psychiques des conducteurs, champ de vision, temps de réaction, perception des perspectives, etc. ) en ne perdant pas de vue que les véhicules sont soumis à des forces mécaniques inéluctables (force centrifuge, loi de Coulomb sur l'adhérence, force d'inertie,...) et évoluent constamment.

            La route doit permettre à un usager normal, circulant à une vitesse inférieure ou égale à la vitesse de sécurité choisie, de parcourir son trajet dans des conditions satisfaisantes de sécurité, de confort, de stabilité et d'économie.

            Cela implique naturellement l'adoption par l'auteur de projet des caractéristiques géométriques qui sous-entendent des conditions de visibilité et de progressivité dans les modifications de trajectoires autorisant, notamment, un freinage sans risque anormal en cas d'imprévu et une limitation des risques en cas d'intempéries, notamment de pluie.

            Un autre élément, moins immédiatement décelable, est la nécessité d'éviter la monotonie, reprochée souvent, avec raison, aux longs tracés autoroutiers rectilignes. Les longues lignes droites, à première vue économiques et sûres diluent l'attention, d'une part, et, d’autre part, peuvent poser des problèmes d'éblouissement non négligeables (que des plantations appropriées peuvent cependant souvent limiter).

Topographie et quelques Appareils Topographiques

Topographie, disposition des reliefs naturels et artificiels ; par extension, science de leur représentation graphique et cartographique à partir des relevés de terrain ou des signaux électromagnétiques (télédétection satellitaire).

            D’après son étymologie, le mot « topographie » correspond à la description détaillée d’une région (le mot grec topos signifiant « lieu » et graphein « écrire »). Cette description d’une région se traduit par une représentation graphique et cartographique précise du lieu sur des supports divers, généralement des cartes ou des plans (Encarta 2009).

Topographie du Site de notre Projet

Pour ce qui concerne la topographie du site sur lequel va passer le tracé de la route, vous pouvez vous referez à la problématique du sujet.

Quelques Appareils Topographiques

MS AX : Stations de Contrôle 

            Elle a pour tâche la mesure d’auscultation de barrage, l’alignement des observations dans un tunnel ou dans une infrastructure dont la disposition complexe nécessite une haute précision, la MS AX est l’outil idéal pour cette tâche. Elle a une grande précision. Conçue spécialement pour les projets de précision, la MS AX est livrée avec des mesures angulaires de 1” ou un super précision de 0,5” et des mesures de distances à 0,5 mm près.

Figure 8 : Stations de Contrôle 

Source : Catalogue-Survey 2014, 46

IS-3: Station d’Imagerie

            Dotée de capteurs grand angle double et des caméras d’imagerie coaxiales, d’une technologie de suivi X-TRAC8 de pointe, d’un système sans réflecteur d’une portée kilométrique, de la WiFi intégrée et de communications couvrant un spectre de 2,5 GHz sans interférences, l’IS-3 est la station robotisée d’imagerie la plus perfectionnée et la plus puissante sur le marché.

Figure 9 : Station d’Imagerie

Source : Catalogue-Survey 2014, 46

Théodolite 

            C’est un instrument le plus universellement utilisé en topométrie, il sert à mesurer les angles horizontaux et verticaux, à mesurer les distances entre différents points.

Figure 10 : Théodolite 

Source : Catalogue-Survey 2014, 48

Niveau à Lunette et Mire

Niveau à lunette : Sa fonction première est d’établir un plan horizontal de référence afin de mesurer la distance verticale des différents points, pour ensuite en calculer les altitudes. L’horizontalité de la lunette est réglée au moyen d’une nivelle fixée sur celle-ci.

Mire : Faites de bois, de métal ou de fibre de verre, sont des règles graduées généralement pliantes, articulées ou coulissantes de 3 à 5m de longueur. Elle est tenue verticalement sur chaque point à niveler, afin que l’opérateur puisse effectuer les lectures.

Figure 11 : Niveau à Lunette et Mire         

Source : Catalogue-Survey 2014, 34

Tracé en Plan

Le tracé en plan d'une route est, avec le profil en travers et le profil en long, un des trois éléments qui permettent de caractériser la géométrie d’une route. Il est constitué par la projection horizontale sur un repère cartésien topographique de l’ensemble des points définissant le tracé de la route.

Éléments du Tracé en Plan

            La disposition générale du tracé est dans ses grandes lignes déterminée par un ensemble de contraintes identifiées dans le cadre des études préalables et relevant des domaines de l’environnement, de la topographie, de la géologie ou de l’habitat croisées avec les fonctionnalités attendues de la voie (localités à desservir, points de passage obligés pour le tracé, etc.).

            Le tracé en plan est profondément marqué par l'influence de la dynamique des véhicules : leur stabilité n'est acquise qu'à condition de respecter les lois liant vitesse du véhicule, rayon de courbure du tracé en plan et dévers de chaussée (comprenant l'effet des forces centrifuges). Il faut tenir compte également de l'influence des facteurs physiologiques intervenant lors de la conduite et éventuellement des problèmes de visibilité (il faut rendre visible une certaine longueur de trajet pour pouvoir conduire).

Le tracé en plan comporte :

Des alignements droits ;

Des arcs de cercle ;

Des arcs de courbe à courbure progressive : essentiellement des arcs de clothoïde.

      Pour notre projet, à plusieurs endroits, le tracé de la route passe par les zones rocheuses, l’équipe topographique a privilégié le coté talus pour positionner le tracé de la chaussée. Dans la zone d’escarpement, la montagne tombe à pic sur la rivière et le seul moyen de positionner l’axe est de le décaler côte montagnes ce qui ne manquera pas d’occasionner des déblais rocheux supplémentaires.

Il sera question d’effectuer les déblais rocheux dans la zone rocheuse escarpée, présentant de très fortes pentes.

            Toutes formations rocheuses trouvées sur place sont actuellement intactes, ne présentant aucune trace d’altération. Il s’agit généralement des roches métamorphiques dont les schistes durs, les amphibolites, les quartzites ainsi que certaines roches sédimentaires connues sous le nom de grès quartzeux. Toutes ces catégories de roches sont réputées pour leur dureté et s’altèrent très difficilement.

Alignements Droits

            Les alignements droits sont, en premier, définis par la disposition générale du tracé et serviront généralement de bases à la détermination des autres éléments (cercles, clothoïdes). Ils serviront éventuellement de raccordement entre 2 cercles. Pour des raisons de sécurité, et en particulier éviter la monotonie source d'accidents et l’éblouissement par les phares la nuit, il est recommandé d’alterner alignements droits et courbes circulaires : 40à 60 % d'alignements droits, et on limite à 30 % les courbes à courbure progressive telles que les clothoïdes. Bien entendu les contraintes du projet peuvent de fait contraindre à des ratios différents. Leur longueur doit être limitée, si possible inférieure à 1 000 m.

Arcs de Cercle

            Ils peuvent correspondre d'emblée à une certaine portion du tracé. Ils servent également éventuellement en association avec des arcs de clothoïde à relier deux alignements droits.

Pour des raisons de cinématique et de confort des passagers, des véhicules, le rayon R d'un cercle doit satisfaire à une relation liant R à V et δ.

= k × R (δ + f(V))

Où V est la vitesse pratiquée par le véhicule, δ le dévers de la chaussée, f(V) une fonction de V qui tient compte de l'absorption d'une partie de la force centrifuge par les suspensions du véhicule.

C'est le dévers δ qui est d'abord déterminant.

Il est choisi pour des raisons de confort, d'esthétique ou d'écoulement d'eau. Puis la vitesse intervient car on veut assurer la possibilité d'atteindre certaines vitesses suivant les zones du tracé. Le rayon des cercles se trouvera ainsi déterminé par la relation précédente, ainsi :

Aux points singuliers le dévers prend sa valeur maximale absolue δM on peut y circuler à la vitesse Vr. Le rayon du cercle est le rayon minimal absolu RHm.

Pour l'ensemble du tracé en dehors des zones correspondant aux points singuliers, le dévers ne peut atteindre que sa valeur normale, on peut y circuler à la vitesse V = Vr + 20.  Le rayon du cercle est le rayon minimal normal RHn.

Pour assurer l'évacuation rapide de l'eau de la surface de la chaussée le dévers de la chaussée est au minimum de 2,5 % (béton bitumineux) ou 2 % (béton hydraulique). Le rayon des cercles où ce dévers doit exister doit être au moins égal au dévers minimal RH .

Si de plus la chaussée, est « non déversée » (dévers inverse de celui nécessité par l'effet des forces centrifuges considérées dans ce cas comme négligeables dans le cas des chaussées situées côté extérieur de la courbe de façon à évacuer les eaux directement à l'extérieur de la plateforme), le rayon du cercle doit être au moins égal au rayon « non déversé » RH'.

Arcs de Clothoïde

Leurs domaines d’utilisation sont les suivants :

Ils peuvent constituer d'emblée une partie du tracé ;

Ils servent de raccordement entre deux alignements droits, entre deux cercles, entre cercle et alignements droits ;

Ils sont utilisés pour toutes les zones où le dévers doit varier.

Quelques compositions de courbes sont fréquentes :

Courbe en S : formées de deux arcs de clothoïde, de concavités opposées raccordant 2 cercles ;

Courbe à sommet : Deux arcs de clothoïde de même concavité raccordant 2 alignements droits ;

Courbe en C : Deux arcs de clothoïde de même concavité raccordant deux cercles sécants ou extérieurs l'un à l'autre ;

Courbe en ove : Un arc de clothoïde de même concavité raccordant deux arcs de cercles, l'un intérieur à l'autre.

Si ces trois dernières configurations se rencontrent régulièrement sur le réseau de rase-campagne existant, elles sont à proscrire en aménagement neuf.

Ce tableau donne les valeurs adoptées pour les clothoïdes.

Tableau 4 : Dévers Normal ICTARN, Route revêtue, Vitesse de Référence de 40 km/h

Dévers en alignement droit

2.5%

Dévers maximal

7.0%

Variation du dévers

2,0% /S

Dévers (%)

3.0

3.0

3.5

4.0

4.5

5.0

5.5

6.0

6.5

7.0

Rayon (m)

400

158

115

91

75

64

56

49

44

40

Clothoïde (m)

69

44

37

36

39

42

44

47

50

53

Variation

31

31

33

36

39

42

44

47

50

53

Source : Sétra  janvier 2006

 

Tableau 5 : Dévers Normal ICTARN, Route revêtue Vitesse de Référence de 60 km/h

Dévers en alignement droit

2.5%

Dévers maximal

7.0%

Variation du dévers

2,0% /S

Dévers (%)

3.0

3.0

3.5

4.0

4.5

5.0

5.5

6.0

6.5

7.0

Rayon (m)

600

345

279

235

203

178

159

143

131

120

Clothoïde (m)

85

64

58

54

58

63

67

71

75

79

Variation

46

46

50

54

58

63

67

71

75

79

Source : Sétra janvier 2006

A côté de la vitesse maximale autorisée, il est nécessaire de connaître la vitesse réellement pratiquée.

 On utilise la notion de V85 : vitesse au-dessous de laquelle roulent 85 % des usagers (ce qui permet d’exclure les vitesses considérées comme atypiques et extrêmes). Si cette valeur peut être mesurée sur les itinéraires existants, elle ne peut être qu'estimée pour les projets neufs. Au droit des points singuliers, elle est déterminée en fonction du nombre et des caractéristiques des voies ainsi que du minimum obtenu par le calcul avec le rayon ou la pente de la route.

Sauf pour les autoroutes, la vitesse V85 est en fonction du nombre de voies et du rayon R en plan (en mètre) :

Pour 2 voies (5 m) on a : V85 =

Pour 3 voies et 2 voies (6 à 7 m) on a : V85 =

Pour 2x2 voies on a : V85 =

 La vitesse V85 est également fonction du nombre de voies et de la rampe p en %(>250 m).

Pour 2 voies (5 m) on a : V85 = 92-0.31p²

Pour 3 voies et 2 voies (6 à 7 m) on a : V85 = 102-0.31p²

Pour 2x2 voies on a : V85 = 120-0.3 l.

Pour notre cas, d’après les études faites, il a été adopté deux vitesses de référence, respectivement de 40 km/heure correspondant à un relief de colline et de 60 km/heure correspondant à un relief vallonné.

Les caractéristiques géométriques en découlant sont reprises dans le tableau  ci-dessous sous une norme française ICTARN

Tableau 6 : Caractéristiques en Plan du Projet

Normes ICTARN

Symbole (unité)

Vr  40 km/h

Vr 60 km/h

Paramètre géométrique

Rayon en plan

Minimal au dévers maximum (dévers max 7%)

RHM(m)

40

120

Minimal normal (dévers 5%)

RHn (m)

120

240

Au dévers minimal (dévers 2.5%)

RH’(m)

250

450

Non déversé

RH’(m)

400

600

Sur largeur

Sur largeur de la chaussée pour virage R<200m

m

50/R

50/R

Rayon selon le profil en long

Saillant minimal absolu

RVm2 (m)

500

1600

Saillant minimal normal

RVN2 (m)

1600

4500

Rentrant minimal absolu                                             

RVm’ (m)

700

1500

Rentrant minimal normal

RVN’(m)

1500

2200

Profil en long

Déclivité maximal sur courte distance

Pour-cent

12.00%

10.00%

Déclivité maximal

Pour-cent

8.00%

7.00%

Déclivité recommande

Pour-cent

8.00%

6.00%

Source : Office des routes, Bukavu

Virages

La distance de visibilité en virage est donnée par :

 

Figure 12 : Modélisation de Visibilité en Virage    

Source : Investigation personnelle

(R + e1)² = d1² + R²

(R + e2)² = d2² + R²  distance de visibilité d = d1 + d2 si d1 = d2 =  et e1 = e2 = e

( ) ²+ R² = (R+e)²

 + R² = R² + 2 Re + e²

d² = 4(2 Re + e²)  avec e² est négligeable devant Re, D’où  d² = 8 Re.

Le dimensionnement des rayons du tracé en plan et des dévers correspondant est lié :

À la dynamique des véhicules ;

Aux conditions de contact pneu/chaussée ;

Au confort de l'usager.

            Les paramètres purement dynamiques permettent de définir une valeur minimale de rayon en fonction de la vitesse pratiquée et du dévers et la définition d'un seuil de sécurité. L'étude du comportement des usagers en virage a permis d'identifier une marge supplémentaire de confort.

Ces calculs permettent de déterminer deux valeurs fondamentales en matière de virages :

Le rayon minimal qui assure la stabilité des véhicules à la vitesse de référence lorsqu'il est associé au dévers maximal ;

Le rayon non déversé qui assure cette même stabilité en l'absence de dévers.

Ainsi un seuil de stabilité physique peut être déterminé à partir des contraintes dynamiques.          Il s'avère cependant que pour des raisons psychologiques, ce seuil n'est jamais atteint par les conducteurs qui conservent instinctivement une marge de sécurité. Des essais ont permis de démontrer que ce seuil de sécurité peut être fixé à 2/3 du seuil de stabilité. De même, pour le dimensionnement, il est tenu compte généralement d'une marge de confort correspondant à l'accélération transversale admise par le conducteur, ce seuil de confort peut être fixé à 1/2 du seuil de stabilité.

La transition du dévers doit permettre de passer de la forme « en toit » en alignement à la pente unique dirigée vers l'intérieur de la courbe dans l'arc de cercle. Cette transition s'effectuera le long de la courbe de raccordement afin d'assurer des conditions de stabilité constantes dès le début du cercle. Les longueurs de transition suivantes sont tirées des tables de dévers ICTARN

Dans le cas de la route revêtue, le dévers maximum en courbe est de 7%.

Mouvement des Véhicules isolés

On doit d’abord connaitre la dimension du véhicule, la largeur est limitée à 2,5m et la hauteur à 4m. Pour les engins agricoles et de travaux publics, largeur se limite à 3m et la hauteur supérieure à 4 m.

La résistance à l’avancement du véhicule est donnée par :

R= Rp+Ri+Ra+Rj   avec        Rp= résistance en palier ;

                                                Ri : résistance due à la déclivité ;

                                                Ra : résistance due à l’air ;

                                                Rj : résistance due à l’inertie du véhicule.

La résistance due à la déclivité est donnée par :

P = P cos +Psin

Dans une rampe (montée), le poids du véhicule s’oppose à son déplacement à cause de la composante Psin .

Ri= - Psin , Ri  -P.i (ça s’explique par le fait que sin =1 car  dans la conception d’une route est trop petit).

Dans la descente Ri=P.i

Freinage et Longueur de Freinage

Lorsque on appui sur la pédale de freinage, toutes les roues du véhicule sont bloquées.

Rf=P.f       avec           P : le poids du véhicule

 f : coefficient de frottement entre pneu et chaussée

Pour le cas d’un véhicule gravitant une rampe :

Figure 13 : Comportement d’un Véhicule Gravitant une Rampe

Source : investigation personnelle

            Le véhicule commence à freiner à partir de point A où sa vitesse est V et s’immobilise au point B ou sa vitesse est nulle. La longueur L parcourue durant le freinage peut être évalué en fonction du travail effectué par les forces appliquées à un corps autour d’un déplacement est égale à la variation de l’énergie cinétique de ce corps.

W= -

En se basant au déplacement AB, on a :

P’= Pcos  n’effectue aucun travail car P’ est perpendiculaire au déplacement

P’’= Psin  effectue un travail parallèle au déplacement.

D’où la force de freinage Rf=P’f= Pcos  Wrf=L.f. Pcos

W= =Wp’’+Vrf=PLsin +PLfcos

= PLsin +PLfcos

Figure 14 : Rayons de Courbure en Plan

Source : Investigation personnelle

            Le rayon de courbure est déterminé en vue d’assurer la stabilité des véhicules dans les virages. Vu que l’inconfort des usagers est autant plus important que le rayon des courbes est plus faible (Barrera et Rammal 2004,5), les courbes sont de grand rayon, n’introduisant pas d’accélération centrifuge notable et n’allongeant pas sensiblement le trajet.

            En général, la confirmation du terrain a obligé à incurver très sensiblement les traces (Espoir 2014,56). Un véhicule circulant dans une courbe de rayon R est soumis à l’action de son poids P et d’une force centrifuge F. Il est également soumis à la force de réaction du sol F’.Ces actions précitées s’expriment comme suit :

F=m.  ;  P= m.g   avec  m= d’où  F=

Où                                                          

m : masse du véhicule exprimée en tonnes ou en kg ;

V : vitesse du véhicule en m/s ;

P : poids du véhicule en Newton ou en kg ;

g : accélération de la pesanteur en m/s ;

       g=9.81m/s

R : rayon de courbure en mètres(m) ;

F : force centrifuge en Newton(N).

Si la vitesse est exprimée en km/h, elle sera exprimée en m/s et on a :

v =V. km/h=V.1000/3600m/s

     v = m/s d’où F=

La force centrifuge appliquée au centre de gravité G du véhicule tend :

A le renverser autour  du point A ;

A le faire glisser sur le revêtement de la chaussée vers l’extérieur de la courbe.

Les rayons des cercles de raccordement sont calculés de façon a assuré la sécurité (stabilité) des véhicules.

Visibilité et Distance d’Arrêt

Pour la sécurité des usages de la route, il est nécessaire d’un conducteur d’apercevoir un obstacle puisse mener son véhicule à l’arrêt avant d’atteindre l’obstacle. La visibilité doit être au moins égale à la distance d’arrêt.

=L+L’          

L étant distance parcourue pendant le temps de perception-réaction  compris entre le moment où le conducteur aperçoit l’obstacle et le moment où il commence à freiner.

L’=V.

est le temps de perception-réaction et varie entre 0,5 et 2,2 secondes suivant l’individu en fonction de son attention.

L= : longueur de freinage parcourue entre le moment où la conducteur freine et le moment où le véhicule s’arrêt.

=  : distance d’arrêt avec V en km/h

La formule de la distance d’arrêt s’écrit donc différemment quand on gravite une pente et quand on est en palier :

En palier : =0,2V     i=0

En pente : =0,2V

Limitation du Devers

Le dévers de la route, en courbe, a une fonction triple :

Faciliter le virage en absorbant une certaine portion de la force centrifuge et en facilitant la répartition du poids du véhicule entre les roues intérieures et extérieures ;

Guider la vue et donner confiance au conducteur ;

Faciliter l'écoulement de l'eau.

Raccordement entre Eléments de Traces

Raccordement entre Alignements Droits

Les alignements droits sont raccordés entre eux par des arcs de cercle, éventuellement associés à des arcs de clothoïde, ou par des arcs de clothoïde seuls.

Le rayon de courbure de l'arc de clothoïde variant avec la longueur d'arc décrit, il peut diminuer jusqu'à atteindre des valeurs nécessitant une variation de dévers : la longueur d'arc de clothoïde doit alors être telle que la variation de dévers ne varie pas plus de 2 % par seconde (si on décrit l'arc à la vitesse de référence).

Raccordement entre Cercle et Alignement Droit

            Tous les cercles de rayon inférieur à RH’ (correspondant aux chaussées "non déversées") sont munis d'arcs de courbe à courbure progressive qui font la transition entre arc de cercle à rayon de courbure fini et alignement droit à rayon de courbure infini (confort dynamique et optique). On peut également munir les cercles de plus grands rayons que RH', d'arcs de clothoïde.

            La longueur L minimale du raccordement progressif doit permettre une variation de dévers de 2 % par seconde : elle dépend à la fois de la vitesse de référence et du rayon du cercle. Tous les cercles de rayon égal ou supérieur à RH’ peuvent être raccordés directement à un alignement droit s’ils n’entraînent pas de variation de dévers.

            En extrémité d’alignements droits importants (plus de 1 km) et quelle que soit la catégorie, il est recommandé, en tracé neuf, d’éviter des courbes de rayon inférieur à 300 m. En extrémités d’alignements plus courts (de 500 m à 1 km) on évitera des courbes de rayon inférieur à 300 m.

Raccordement entre Cercles et Cercles

            Il doit y avoir entre deux cercles obligatoirement un alignement droit ou un arc de clothoïde :

Pour employer un alignement droit, il faut que sa longueur soit au moins égale au trajet défini par un parcours de 5 secondes à la vitesse correspondant au plus grand rayon (qui permet la plus grande vitesse : (raison de sécurité). Cette longueur dépend donc de la vitesse de référence et du rayon du cercle.

Tracé en Plan de la Chaussée Projetée

            Le tracé en plan d’une chaussée permet d’apprécier la vue en plan de l’itinéraire choisi pour le projet. Comme nous l’avons déjà évoqué précédemment, notre travail s’étend sur le tronçon allant du PK 00 au PK 9.00.  Voir le tracé en plan en annexe

Profil en Long

Le profil en long se caractérise par une succession de déclivités liées par des raccordements circulaires. Ces raccordements peuvent être en forme des pentes ou rampes.

Pentes

Le code de la voirie routière a imposé que les profils en long et en travers des routes soient établis de manière à permettre l'écoulement des eaux pluviales et l'assainissement de la plate-forme. En conséquence, s'il n'existe généralement pas de valeur minimale pour les déclivités, on s'attachera à assurer un minimum de :

0,5 à 1% pour les zones où le dévers est nul afin d'assurer l'évacuation des eaux de surface ;

0,2 % dans les longues sections en déblai afin d'éviter des sur-profondeurs pour le dispositif longitudinal d'évacuation des eaux pluviales.

     Et de manière générale, il convient d'éviter les zones en déblai profond délicates à assainir ainsi que les points bas en déblai.

     En ce qui concerne la valeur maximale, il est communément admis de respecter la fourchette 8 à 10%.

     Les fortes pentes peuvent en effet engendrer des problèmes de freinage des poids lourds et donc compromettre la sécurité des usagers. On évitera en particulier d'intercaler une pente de valeur moyenne entre deux zones de forte pente (problème de remise en vitesse des véhicules) mais également de positionner des points singuliers dans ou immédiatement après ces zones de forte pente.

Rampes

     De même, en rampe, elles entraînent des problèmes d'écoulement du trafic (qui peuvent nécessiter de créer des voies spéciales pour véhicules lents) et de surconsommation (au-delà de 2,5% de pente, chaque pourcent supplémentaire entraîne une surconsommation de 12 % par rapport à la valeur enregistrée à plat).

Raccordements

Raccordements Progressifs

L'utilisation de raccordements progressifs pour introduire les courbes répond à deux objectifs :

Faciliter la manœuvre de virage en permettant au conducteur d'exercer une force constante sur son volant sans à-coups ;

Permettre d'introduire progressivement le dévers et la courbure.

            La longueur de ces raccordements est limitée afin de faciliter l'appréciation de la courbe finale par l'usager notamment en cas de faible rayon.

Cet élément permet également la transition entre deux dévers transversaux différents (condition de gauchissement) et permet d'intégrer dans le temps les variations d'accélération transversale (condition de confort dynamique). Le respect des longueurs ci-dessus permet un respect de ces deux conditions.

            Dans le cas de routes en relief difficile, la réduction de longueur voire la suppression des raccordements progressifs peut être envisagée. Dans ce cas, la variation du dévers débutera dans l'alignement droit en évitant d'empiéter sur la courbe.

Raccordement des Déclivités

      Comme on la décrit, le profil en long est constitué d’une série de paliers et de déclivités raccordés par les courbes de grands rayons. On distingue deux sortes de raccordements :

Raccord convexe ;

Raccord concave.

Figure 15 : Types de Raccords des Déclivités

Source : www.edilca.com, Août 2013

Où : ig : pente gauche

id: pente droite

Déclivité : On appelle déclivité de la route la tangente de l’angle que fait le profil en long avec l’horizontal. Elle est en rampe ou pente si elle descend ou monte dans le sens de circulation.

La déclivité d’une chaussée est donnée par la formule suivante :

tg i=

Figure 16 : Déclivité d’une Chaussée

Source : Investigation personnelle

Elle est souvent exprimée en pourcentage (%), quelque fois en cm/m.

Déclivité minimale : Une route en palier présente des risques de déformation du revêtement avec les années suite à l’accumulation des eaux dans les caniveaux. Pour prévoir ces risques il faut prévoir au moins une déclivité de 1%. Sinon pour une route en palier, une bonne pente transversale est à prescrire pour empêcher l’accumulation des eaux. Le profil en long final doit épouser autant que possible le terrain naturel.

Déclivité maximale : La déclivité maximale est d'environ 8%, selon certaines normes; mais peut être dépassée selon le relief du terrain naturel à des courbes distances quelque dizaine de mètre.

            Durant la saison pluviale, les fortes déclivités font augmenter le coût d'exploitation et d'entretien des véhicules et le coût d'entretien de la route. Une route comportant une forte rampe exige une bande supplémentaire de circulation pour les poids lourds afin de ne pas gêner la circulation des véhicules rapides. Pour un camion tirant une remorque dans un mouvement uniforme, il parvient à vaincre la résistance à l'avancement.

L’effort moteur est donné par relation suivante :

F=K (P’+P) + (P’+P) i

A=Pmf adherence;

Où:

F= effort moteur

K= coefficient de résistance  à l’avancement

P’= poids du remorque

P=poids sans remorque

Pmf= poids des essieux moteur        

i=déclivité

        f=coefficient de frottement entre pneus et chaussées.

Raccordements Verticaux 

Les déclivités et les rampes sont raccordées par des courbes verticales de rayons considérables pour le confort des voyageurs, la préservation des véhicules et pour la question de visibilité qui est souvent déterminante.

Cette théorie de raccords verticaux est plus simple à développer dans le cas des raccords circulaires mais les raccords paraboliques sont plus simples à calculer.

Le raccord vertical doit avoir un rayon suffisamment grand afin que les phares puissent éclairer la chaussée sur une longueur S au moins égale à la distance d’arrêt :

Le rayon minimal est obtenu en explicitant la condition :

 

Figure 17 : Développement du Raccord

Source : Sétra 2013, 6

Déclivités :

m=tgα ,n=tgβ, Angle au centre φ=α+β ,φ=m+n

Développement du raccord AB

AB=L=Rφ=R(m+n) d’où L=R(m+n)

Figure 18 : Raccord Parabolique Entre Deux Déclivités

Source : Sétra 2013, 6

            Soient m et n les pentes des deux déclivités qui sont essentiellement positives. Les deux déclivités sont raccordées par une parabole de rayon R qui doit être déterminée analytiquement afin de pouvoir être implantée sur le terrain à partir du sommet S.

Figure 19 : Calcul des Caractéristiques du Raccord en Fonction de R et m 

Source : Setra 2013,6

On sait déjà que selon les propriétés de la parabole du deuxième degré d’équation :

est la pente de la tangente

M appartient à la parabole :

            M : un point de la parabole

            MS : la tangente en M

            m = tgα

            a et b : les coordonnées Xet YM de M

D’une manière analogue :

Le signe(-) car XM est négatif alors que n est positif

Sommet de la parabole

            Y

Point de tangence gauche(g) : intersection de la parabole avec la pente :

Point de tangence droite(d) :

Point d’intersection de deux tangentes :

Pour le calcul des autres points, le point de même abscisse que celui d’intersection des deux tangentes est donnée par :

            , il est sur l’axe du profil en long.

Point de même abscisse (d) ;

Distance entre les points de tangence gauche et droite :

            L= (m-n).Rmin

Distance entre les points de tangences :

Distance de Visibilité en Angle Saillant

            La visibilité dépend de la hauteur de l’œil ho et de la hauteur visée hv. Les rayons correspondants doivent être dimensionnés au regard des contraintes de sécurité et de visibilité.

En fonction des caractéristiques du tracé en plan, on s'attachera à garantir la visibilité sur obstacle ou pour dépassement.

Figure 20 : Schéma de Modélisation de Visibilité en Angle Saillant

 Source : Investigation Personnelle

Source : Investigation personnelle

La formule employée est dérivée de celle de la parabole :

ho =   ,   hv =  , Xo = ,  Xv =

Distance de visibilité = Xo + Xv=  (  + )

Rayon de Raccordement Vertical pour le Confort des passagers

Pour le confort des passagers, on admet la relation

R=0,25   avec : R-rayon de raccordement en m

                        V-vitesse de référence en km/h

En pratique cette relation devient : R=0,30

Rayon Minimum pour la Visibilité dans les Raccordements Concaves

Figure 21 : Visibilité dans les Raccordements Concaves

Source : Investigation personnelle

Ici dans ce cas, seule la visibilité nocturne doit être prise en considération dans les raccordements concaves. Les phares se trouvent à une hauteur h au-dessus du revêtement de la chaussée.

Figure 22 : Visibilité dans les Raccordements Concaves

Source : Investigation personnelle

Avec Δ=0,2V+                                           K=

Si K>1 ; = [2- ]

Dans le cas où =1 = rad et h=0,70m

Rayon Minimum pour la Visibilité dans les Raccordements Convexes

Figure 23 : Visibilité dans les Raccordements Convexes

Source : Investigation personnelle

La hauteur h varie entre 1,2 m et 1,3m  et h’ entre 0m  et 0,5m

Δ=1=0,2V+           

Si K’>1 ; = K’

Si K’ 1 ; = [2- ]  où K’=

En considérant que la hauteur h=1m et h’=0,25m    

Le conducteur doit disposer d’au moins une longueur égale à la distance d’arrêt.

Profil en Long de la Chaussée Projetée

            La conception du profil en long doit au mieux respecter les exigences en termes de facteurs de visibilité et de distance minimale d’arrêt ainsi que les considérations telles que le drainage, l’esthétique et le confort des usagers de l’ouvrage.

Voir Profil en long en annexe.

Profil en Travers

Les profils en travers représentent les coupes verticales du terrain en élevant de la perpendiculaire à l’équerre optique, de part et d’autre de l’axe du projet. Il illustre essentiellement la largeur de la chaussée et celle des accotements, il indique aussi les pentes transversales, toutes les variations sur le profil transversal sont identifiées (largeur de couche de roulement, couche de roulement, les accotements et les pentes du talus).

Le tableau ci-après montre les caractéristiques du profil en travers types de la piste d’axe aux sites de barrage et de centrale hydro-électrique Ruzizi III et le plan en annexe donne les différents détails des profils en travers, du PK 0+000 au PK 9+000

Tableau 7 : Caractéristiques du Profil en Travers Type

Largeur du revêtement (mètre)

6,00

Largeur des accotements (mètre)

ü  Enduit superficiel monocouche

ü  Séparés de la chaussée par des bordures saillantes en béton d’un mètre de longueur et espacées tous les 10 m

ü  Fossés revêtus  trapézoïdales recouverts des dalots ajoutés pour le passage des piétons

1,50

Profil en toit

Revêtement (enduit superficiel tri-couche)

2.5%

Accotements (enduit superficiel tri-couche)

4.00%

 

Source : Syllabus de cours de route et organisation de transport 2013, 52

Profil en Travers Type et sa Terminologie

Figure 24 : Terminologie du Profil en Travers Type

Source : Investigation personnelle

Chaussée, la partie affectée directement à la circulation des véhicules

Plate-forme, se situe entre fossés ou crêtes des talus de remblai, comprenant : la chaussée et                  les accotements, éventuellement et les terre-pleins et bandes d’arrêt.

Assiette, elle se situe dans la limite des terrassements

Emprise, elle se situe dans la limite du domaine public.

Pente Transversale des Chaussées

La pente est aussi faible que possible : on la choisit d’autant plus forte qu’il est plus utile d’évacuer rapidement les eaux de surface afin d’éviter des stagnations d’eau.

Elle varie pratiquement de 2%-5% :

Pour les chaussées pavées ou en béton : 2% ;

Pour les chaussées en sols stabilisés : 5% ;

Pour les chaussées souples : 2%-3%.

            Elle constitue la caractéristique essentielle du profil en travers. Les pentes transversales peuvent se présenter de plusieurs façons à savoir :

Pente à 2 versants         n%                       n%

Pente à versant unique              n%

Pour notre projet nous adoptons les pentes transversales à deux versants de 2,5% pour éviter que les eaux de la pluie ne de détériore la couche de revêtement.

Accotements

            Outre l’accroissement de sécurité qu’ils procurent par une amélioration des conditions de

visibilité, les accotements offrent une possibilité de garage des véhicules. Ils servent aussi de l’air de stockage des matériaux pour entretien routier. Les largeurs usuelles à donner aux accotements en fonction de l’importance de la chaussée sont à titre indicatif :

2m pour une chaussée de 7m de large ;

1,5m pour une chaussée de 6m de large ;

1m pour une chaussée de 5m de large.

La pente dirigée vers l’extérieur est de 4 à 5%

Pour notre projet nous adoptons un accotement de 1,5m avec une pente de 4%.

Profil en Travers Type de la Chaussée Projetée

Voir annexe.

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