inovation transport, numéro 11, octobre 2001 · à haute résistance. la hauteur de chute du...

DOSSIER

NUMÉRO 11 OCTOBRE 2001

OUTIL PERMETTANT D’ANALYSER LA STABILITÉ DES VÉHICULES LOURDS

mtq.gouv.qc.ca/innovation/innovation.htmmtq.gouv.qc.ca/innovation/innovation.htm

OUTIL PERMETTANT D’ANALYSER LA STABILITÉDES VÉHICULES LOURDS

L’amélioration de la sécurité des usagers de la route est un objectif partagé par toutes les

administrations, tant nord-américaines qu’européennes. La question de la sécurité est

d’ailleurs d’autant plus préoccupante que le nombre de véhicules motorisés qui circulent sur

le réseau routier a augmenté de façon notable au cours des dernières années.

À elle seule, la circulation de véhicules lourds a connu au Québec, au cours des dernières

années, une croissance importante. Pour la période allant de 1995 à 1999, le taux d’acci-

dents par 100 millions de kilomètres parcourus a été deux fois et demie plus élevé pour les

camions lourds (2,19), en raison de leur masse, que pour les véhicules automobiles (0,84).

L’un des principaux objectifs du Ministère en matière de sécurité est de réduire le nombre

d’accidents impliquant un véhicule lourd. Pour ce faire, il est essentiel de se doter de

meilleurs outils pour analyser les causes de ces accidents. Le Ministère a donc entrepris une

recherche sur l’utilisation des nouvelles technologies pour analyser la stabilité des véhicules

lourds. Cette recherche a abouti à la conception d’un logiciel permettant d’évaluer le niveau

de sécurité de ces véhicules.

Ce logiciel de simulation a été conçu en fonction du contexte québécois, en tenant compte

notamment des types de véhicules, des types de profils routiers et du climat. Les résultats

obtenus jusqu’à maintenant ont permis au Ministère de prendre des décisions plus éclairées

en ce qui concerne les problèmes liés à la circulation des camions et d’apporter des modifi-

cations réglementaires qui sont de nature à améliorer encore davantage la sécurité des

usagers de la route.

Une description sommaire de ce logiciel ainsi que certains résultats obtenus à l’aide de

celui-ci vous sont présentés dans la rubrique dossier du présent numéro. Nous espérons que

cet article saura vous intéresser et vous permettra d’apprécier le travail accompli par la

Direction du transport routier des marchandises pour améliorer le bilan routier des véhicules

lourds.

Guy Vaillancourt, ing.

Directeur du transport routier des marchandises

I N N O V A T I O N T R A N S P O R TsO M M A I R E

P R O J E T D E R E C H E R C H E

CONCEPTION DES GLISSIÈRES DE BÉTON RENFORCÉES AVEC DE L’ARMATURE EN MATÉRIAUX COMPOSITES 3

L E M U L T I M O D A L

ACQUISITION DES EMPRISES FERROVIAIRESABANDONNÉES PAR LE MINISTÈRE DESTRANSPORTS DU QUÉBEC ET TRANSFERT DE LAGESTION AUX MUNICIPALITÉS RÉGIONALES DECOMTÉ 7

D O S S I E R

OUTIL PERMETTANT D’ANALYSER LA STABILITÉDES VÉHICULES LOURDS 1 0

R O U T E S E T S T R U C T U R E S

MODÈLES DE PERFORMANCE DES CHAUSSÉES 1 8

P A R U T I O N S R É C E N T E S 2 2

C O N G R È S E T

C O N F É R E N C E S 2 3

INNOVATION TRANSPORT est réalisé par le Centre québécoisde transfert de technologie routière et édité par la Directiondes communications du ministère des Transports du Québec.Il est maintenant diffusé sur Internet à l'adresse suivante :http://www.mtq.gouv.qc.ca/innovation/innovation.htm

Rédaction : Dominique DuchesneRévision linguistique : Direction des communicationsSupervision graphique : Jean-Pierre TremblayConception : Tandem Conception et Infographie inc.Impression : Imprimerie Art Graphique inc.Photogravure : Composition OrléansPour obtenir de l’information supplémentaire, il suffit des’adresser à :Ministère des Transports du QuébecDirection de la recherche et de l’innovation en transport700, boul. René-Lévesque Est, 21e étageQuébec (Québec), G1R 5H1Téléphone : (418) 643-6039Télécopieur : (418) 646-2343Courrier électronique : [email protected]

Dépôt légalBibliothèque nationale du QuébecISSN - 1480-610XTirage : 2000 exemplaires

2 I N N O VA T I O N T R A N S P O R T O C T O B R E 2 0 0 1

I N N O VA T I O N T R A N S P O R T O C T O B R E 2 0 0 1 3

a travaillé en partenariat avec l’entreprise Pultrallinc. de Thetford Mines, qui fabrique des barresd’armatures de type ISOROD, en matériaux com-posites constitués de fibre de verre avec résine devinylester. Le but de la recherche était de démon-trer que les glissières en béton renforcées d’unearmature en matériaux composites ont un com-portement au moins équivalent à celles qui sontrenforcées d’une armature classique en acier etsont conçues selon les exigences de la nouvellenorme S6-00.

coûts de réparation et de remplacement élevés.Dans le but de trouver une solution à ce pro-blème, la Direction des structures a mis sur pieden 1998, parallèlement à la révision de la con-ception des glissières, un projet de recherche por-tant sur l’utilisation d’une nouvelle armature noncorrosive en matériaux composites.

Ce projet, mené en collaboration avec laDirection territoriale de l’Estrie, fut confié à uneéquipe de recherche du département de géniecivil de l’Université de Sherbrooke. Cette équipe

Depuis le début des années 60, les critèresde conception en matière de dispositifs deretenue sont demeurés presque inchangés. En1998, la Direction des structures amorçait la révi-sion de la conception des glissières de pont poursatisfaire aux exigences de la nouvelle normeS6-00 « Code canadien sur le calcul des pontsroutiers ». En vertu de cette norme, chaque pontdoit faire l’objet d’une analyse visant à déter-miner le niveau de performance requis pour lesglissières qui correspond à leur capacité à retenirles véhicules. Le niveau 1 représentant la capa-cité la plus faible et le niveau 3, la plus élevée.

Parmi les dispositifs de retenue dont le niveaude performance a été jugé satisfaisant, les glis-sières de béton renforcées avec armature clas-sique en acier, pour un niveau de performance 2ou 3 (PL2 ou PL3), sont très largement utiliséessur nos ouvrages. Ces glissières en béton armésont exposées à des conditions atmosphériquestrès rigoureuses, qui accélèrent le processus decorrosion de l’armature d’acier, provoquant ainsil’éclatement du béton. La corrosion de l’acier etl’éclatement du béton attaquent l’intégrité struc-turale des glissières, réduisent leur résistance àl’impact et leur durée de vie et entraînent des

CONCEPTION DES GLISSIÈRES DE BÉTON RENFORCÉESAVEC DE L’ARMATURE EN MATÉRIAUX COMPOSITES

par Gérard Desgagné, ing. M. Sc., Direction des structures, Ministère des Transports du Québec

et Brahim Benmokrane, ing. Ph. D., Université de Sherbrooke

Photo 1 : Essai statique en laboratoire

Figure 1 : Glissière en bétonde type PL-2 renforcéesavec de l’armature en matériaux composites


La recherche reposait essentiellement surdeux types d’essais : des essais statiques en labo-ratoire et des essais dynamiques à l’extérieur.

E s s a i s s t a t i q u e s ( P h a s e sI e t I I )

Le but des essais statiques était de vérifier enlaboratoire différents dimensionnements de glis-sières en matériaux composites. La phase I por-tait sur une armature de liaison glissière/dalle enacier, et la phase II sur une armature de liaisonglissière/dalle en matériaux composites.

L’essai statique consiste à appliquer unecharge sur la glissière de façon graduelle, et ce,jusqu’à la rupture (photo 1).

Les séries d’essais réalisées ont permis d’é-valuer le comportement général, sous chargesstatiques, des glissières en béton de types PL2 etPL3 renforcées d’une armature en matériauxcomposites, comparativement à celui des glis-sières renforcées d’une armature classique enacier. Les niveaux de déformation des armatureset du béton ainsi que les déplacements des glis-sières ont été mesurés en fonction de la chargeappliquée. L’analyse des résultats d’essais effec-tués sur 16 glissières de 2 mètres de longueur apermis de démontrer que les glissières en bétonde types PL2 et PL3 renforcées entièrement avecdes armatures en matériaux composites (incluantl’armature de liaison glissière/dalle) ont un com-portement comparable à celui des glissières ren-forcées avec de l’acier. Les résultats obtenus ontaussi montré que les résistances extrêmes qui ontété atteintes sont équivalentes. Les glissières pro-posées (figure 1 et 2) ont donc été retenues pourla réalisation des essais dynamiques.

E s s a i s d y n a m i q u e s( P h a s e I I I )

Les spécifications de la nouvelle norme exi-gent que les glissières d’un pont résistent à l’im-pact initial d’une collision et demeurent efficaces

Figure 2 : Glissières en bétonde type PL-3 renforcées avecde l’armature en matériauxcomposites

Photo 2 : Glissières en béton de types PL-2 et PL-3 testées sur un site extérieur

Photo 3 : Essai d’impact par pendule équivalent


pour rediriger le véhicule dans sa trajectoire, cedont il faut s’assurer par des essais de collision(Crash-Test). La forme, déjà normalisée, des nou-velles glissières (F-Shape) nous assure que levéhicule sera bien redirigé en cas de collision ;cependant, leur résistance doit être testée par unessai d’impact. La comparaison entre le com-portement des glissières renforcées d’une arma-ture en matériaux composites et celui des glis-sières renforcées avec de l’acier est possiblegrâce au fait que la résistance des glissières ori-ginales à armature d’acier a pu être évaluée aucours des années où elles ont été utilisées dansdes dispositifs de retenue.

Il n’y a pas de spécification quant au déroule-ment des essais d’impact, il a donc été convenude procéder avec un pendule équivalent (procé-dure déjà utilisée en Ontario) et de tester les glis-sières à armature composite et des glissières demême type à armature d’acier, dans les mêmesconditions, en les sollicitant de façon maximaleet en comparant les résultats.

L’essai d’impact par pendule équivalent s’esteffectué à l’aide d’une grue et d’une boule dedémolition en acier de 3 tonnes. Le systèmed’impact doit d’abord être calibré de façon à ceque l’impact produit génère des dommagessérieux sur des glissières classiques avec arma-ture d’acier, nécessitant à la limite leur remplace-ment. On applique ensuite le même système surles glissières avec armature en matériaux com-posites et on compare les résultats.

Huit glissières d’une longueur de dix mètres,incorporées à une dalle de 1,5 m de largeur sur0,25 m d’épaisseur, ont été construites au Centrede services de Sherbrooke en condition dechantier, soit avec quatre de chacun des deuxtypes (PL2 et PL3) (photo 2). Pour chaque type,deux glissières à armature d’acier et deux autresà armature composite ont été testées. L’essai anécessité la fabrication d’un massif d’ancrage enbéton armé de 12 m de longueur sur 2 m delargeur et 1 m de profondeur sur lequel on pou-vait fixer les glissières sur dalle à l’aide de barres

Photo 4 : Réseau de fissuration de la glissière avec armatures d’acier

Photo 4 : Réseau de fissuration de la glissière avec armatures composites

Photo 6 : Essai destructif (vue avant)


à haute résistance. La hauteur de chute du pen-dule, calibrée pour les types PL2 et PL3, étaitrespectivement de 3 m et 3,5 m en considérantun point d’impact constitué d’une plaque derépartition en acier, appuyée directement sur laglissière en béton (photo 3). Des essais destruc-tifs sur glissière sans plaque de répartition ontégalement été effectués.

Les essais avec plaque de répartition ontmontré que le comportement des glissières àarmature composite est similaire à celui des glis-sières de même type à armature d’acier clas-sique. On a cependant pu observer un réseau defissurations plus développé dans le cas des glis-sières renforcées de matériaux composites, enraison du fait que le module d’élasticité de la

fibre de verre est cinq fois plus faible que celui del’acier (photos 4 et 5). Le mode de liaison entrela glissière et la dalle n’a présenté aucune rup-ture.

Les essais destructifs sans plaque de réparti-tion (photos 6 et 7) ont montré que l’armatured’acier s’est plastifiée localement, alors que l’ar-mature en matériaux composites a eu un com-portement élastique sans rupture. Le comporte-ment des deux glissières est toutefois similaire ence qui concerne la zone de poinçonnement, la fis-suration et l’éclatement du béton.

De façon générale, les résultats de la com-paraison entre les comportements des deux typesde glissières au moment de l’impact permettentde conclure que les glissières rigides en béton à

armature d’acier et celles qui ont une armaturecomposite ont des performances très similairesquant à la fissuration, à l’absorption de l’énergieet à la résistance extrême.

L’utilisation sur des ponts de ce nouveau typede glissières de béton, renforcées avec une arma-ture en matériaux composites, est prévue pourl’année 2002.

Photo 7 : Essai destructif (vue arrière)


I N T R O D U C T I O N

À la suite de l’abandon des corridors ferro-viaires par les compagnies de chemin de fer, leministère des Transports du Québec a acquis de laCompagnie des chemins de fer nationaux duCanada (CN) et du Canadien Pacifique (CP)plusieurs emprises ferroviaires abandonnées.Ainsi, depuis 1994, le Ministère a pris possessionde vingt-deux emprises ferroviaires abandonnées.La gestion de ces emprises, qui demeurent la pro-priété du Ministère, est transférée aux municipa-lités régionales de comté (MRC) lorsqu’elles sontutilisées à des fins récréotouristiques. Cet articleprésente un historique de l’acquisition par le mi-nistère des Transports, des emprises ferroviairesabandonnées ainsi que les étapes du transfert deleur gestion aux MRC.

H I S T O R I Q U E D E L ’ A C Q U I S I T I O N

En 1977, le gouvernement du Québec s’étaitengagé à faire l’acquisition de toutes les empri-ses ferroviaires abandonnées ou susceptibles del’être dans un proche avenir. Le gouvernementavait alors désigné le Ministère comme négocia-teur dans ces transactions. Il l'avait égalementchargé de la coordination des besoins et de laredistribution des terrains. En 1987, le gou-vernement revenait sur son engagement etdécidait de n’acquérir que les emprises ferro-viaires utiles pour l’un ou l’autre des ministères.

En 1991, un comité, placé sous la présidenced’un représentant du ministère des Transports etregroupant huit autres ministères, étudiait leproblème posé par les emprises ferroviaires aban-données et dégageait les grandes lignes de l’ac-tion gouvernementale en ce qui a trait à l’utilisa-

tion de ces corridors. En 1992, une consultationpublique était menée par un autre comité, forméde trois députés de l’Assemblée nationale. Cesdeux comités recommandaient qu’on acquière lesemprises abandonnées par les compagnies fer-roviaires qui pouvaient être aménagées à des finsrécréotouristiques. À la suite de cette recomman-dation, en 1994 et 1995, le Ministère faisaitl’acquisition auprès du CN et du CP des emprisesferroviaires énumérées au tableau 1.

En 1996, le gouvernement renouvelait lemandat du Ministère et confirmait son intentiond’acquérir certaines des emprises ferroviairesabandonnées, pour en conserver l’intégrité ets’assurer qu’elles demeurent dans le domainepublic et puissent éventuellement être utilisées àdes fins récréatives ou autres. De plus, il décidaitd’en transférer la responsabilité aux MRC, pource qui est de l’aménagement, de la mise envaleur, de l’entretien et de la responsabilité civile,

Tableau 1

ACQUISITION DES EMPRISES FERROVIAIRES ABANDONNÉESPAR LE MINISTÈRE DES TRANSPORTS DU QUÉBECET TRANSFERT DE LA GESTION AUX MUNICIPALITÉS RÉGIONALES DE COMTÉpar Michèle Giasson, ing., Service du transport ferroviaire

et Valérie Labrie, stagiaire, Service du transport ferroviaire

CORRIDOR LONGUEUR PISTE MULTIFONCTIONNELLE PRISE DE FERROVIAIRE EN KILOMÈTRES EN EXPLOITATION OU EN CONSTRUCTION POSSESSION

EN KILOMÈTRES

CORRIDOR DU CNRivière-du-Loup—Frontière du 104 104 Octobre 95Nouveau-Brunswick (P’tit Témis)Saint-Isidore—Pohénégamook 225 0 Octobre 95(corridor Monk) (en négociation)

CORRIDOR DU CPSaint-Jérôme—Mont-Laurier 200 200 Juin 94(le P’tit Train du Nord) Low—Messines (Maniwaki) 62 25 Octobre 95

Total 591 329


lorsque leur vocation serait d’ordre récréotouris-tique. C’est le ministre responsable du loisir et dusport qui fut alors chargé d’établir les modalitésdes ententes avec les MRC.

La même année, le MTQ achetait les qua-torze emprises du CN énumérées au tableau 2.Environ le tiers de ces emprises ont été louéesaux MRC.

D'autres emprises du CN et du CP ont étéacquises depuis 1996. Il s’agit des corridorsénumérés au tableau 3.

Depuis 1994, le gouvernement du Québec adonc pris possession de vingt-deux emprises fer-roviaires abandonnées, ce qui représente plus de1300 kilomètres, et des discussions sont présen-tement en cours pour l'acquisition de nouveauxtronçons.

T R A N S F E R T D E L A G E S T I O NA U X M R C

À partir du moment où le ministère desTransports prend possession d’une emprise fer-roviaire qui pourrait être utilisée à des fins récréo-touristiques, en collaboration avec le Secrétariatau loisir et au sport (SLS), il négocie le transfertde sa gestion avec la MRC concernée.

Certaines emprises offrent toutefois peu d’in-térêt à cet égard pour les MRC, soit parce qu’ellessont morcelées ou parce que leur emplacementles rend difficile d’accès.

Lorsqu’une entente est conclue, un bail d’unedurée de soixante ans est signé par le Ministère,le SLS et la MRC. Cette dernière devient alors legestionnaire du corridor et doit procéder à sa

mise en valeur. Jusqu’à ce que le bail soit signé,ces emprises demeurent sous la responsabilité duMinistère et sont gérées par les directions territo-riales.

Les emprises abandonnées sont égalementutilisées pour l’installation de services publics(lignes électriques, réseaux de canalisation etd’égout, conduites de gaz, fibre optique, etc.).


EN KILOMÈTRES

CORRIDOR DU CNShannon—Rivière-à-Pierre 63 63 Juillet 96Aston-Jonction—Saint-Valère 21 0 Juillet 96Sorel—Nicolet 53 0 Juillet 96

(en négociation)Richmond-Charny (Danville) 139 139 Juillet 96Granby—Marieville 35 28,4 Juillet 96

(De Marieville à Saint-Paul-d’Abbotsford)Saint-Rémi—Hemmingford 22 0 Juillet 96

(en négociation)Valleyfield—Lacolle 50 0 Juillet 96

(en négociation)Sainte-Martine—Beauharnois 9 9 Juillet 96Rouyn—Taschereau (Le ministère de 71 0 Juillet 96l'Environnement possède une partie (en négociation)de l'emprise, située dans le Parc d'Aiguebelle entre les points milliaires 10.33 et 14.03.)Huntingdon—Saint-Constant (Massena) 54 17,4 Juillet 96Linton—La Tuque 57,6 0 Juillet 96Triquet—Petite-Chute (Cran) 14 0 Juillet 96Antenne Natagan—Barraute 8,4 0 Juillet 96Pointe-aux-Trembles—Saint-Basile-sud (Dombourg) 16 0 Juillet 96Total 613 256,8

Tableau 2


C O N C L U S I O N

L’engagement de l’État québécois à maintenirles emprises ferroviaires abandonnées dans ledomaine public a contribué grandement cesdernières années au développement des réseauxcyclables, notamment de la Route verte, qui estdevenue l'itinéraire cyclable national du Québec.L’aménagement de ces réseaux a contribué àdévelopper la pratique de l’activité physique, enparticulier du vélo, et a accru l’attrait touristiquedu Québec auprès des amateurs de plein air. Lesretombées économiques de la reconversion desemprises abandonnées en parcs linéaires ont étésignificatives dans de nombreuses régions où on

en a fait l’expérience. Les emprises acquises parle gouvernement pourront éventuellement êtreréutilisées pour le transport ferroviaire. La coha-bitation des trains et des cyclistes est même pos-sible : elle se pratique déjà à divers endroits auQuébec.


EN KILOMÈTRES

CORRIDOR DU CNQuébec-Shannon 24 24 Mai 1999Harlaka—Saint-Romuald 12,5 12,5 Mai 1999 (L'acquisition de cette emprise excluait la parcelle de l’ordre de 218 mètres qui est située dans le secteur de la côte Patton et de la rue Baron) Saint-Eustache—Mirabel 15,1 0 Février 2001

CORRIDOR DU CPTémiscamingue—Angliers (Le ministère 134 28,1 Septembre 1997des Ressources naturelles possède 11,9 km, qui sont situés entre Témiscamingue et Kipawa, soit entre les points milliaires 40.5 et 47.9.)

Total 185,6x 64,6x

Tableau 3

Note : Cet article sera également publié dans le bulletin d’information ferroviaire TRAQ.

Les auteurs tiennent à exprimer leurs remerciements à MM. Marc Panneton, urbaniste au Service des technologies d’exploitation, et Richard Garneau, ing. au Secrétariat

au loisir et au sport, qui ont accepté de commenter la version provisoire de cet article.

1 0 I N N O VA T I O N T R A N S P O R T O C T O B R E 2 0 0 1


L’une des responsabilités de la Direction dutransport routier des marchandises (DTRM) duministère des Transports du Québec est d’élabo-rer, d’évaluer et de réviser les lois, les règlementset les normes techniques du transport routier desmarchandises, notamment ceux qui touchent lescharges et les dimensions des véhicules lourds.La réglementation sur les normes de charges etde dimensions définit les caractéristiques desvéhicules routiers et des ensembles de véhiculesroutiers. Pour pouvoir déterminer quels sont leschangements à apporter pour améliorer la sécu-rité sur les routes et protéger les infrastructures,la DTRM doit également réaliser des recherches,de la veille et du transfert technologique dans ledomaine du transport routier des marchandises.

Le Service de la normalisation technique de laDTRM est le maître d’œuvre de la révision duRèglement sur les normes de charges et dimen-sions. À ce titre, il doit entre autres analyser lesdemandes des transporteurs, associations decamionneurs et fabricants de véhicules quisouhaitent voir apporter des modifications auxvéhicules afin d’optimiser les activités de trans-port. Ces modifications peuvent avoir une inci-dence directe sur la stabilité du véhicule et parconséquent, sur la sécurité des usagers de laroute.

Auparavant, les responsables de l’évaluationdes modifications devaient procéder à des essaissur piste afin de déterminer le niveau de stabilité

dynamique des nouveaux types de véhicules.Ces essais s’avèrent nécessaires pour pouvoirétablir des normes permettant d’assurer à la foisl’efficacité du transport par camions lourds et unniveau de sécurité optimal. Ces essais nécessi-tent cependant beaucoup de temps pour la pré-paration et l’exécution des tests en plus d’êtretrès coûteux.

Le Service de la normalisation technique adonc entrepris, au courant de l’année 1996, unerecherche sur l’utilisation des nouvelles technolo-gies pour analyser plus rapidement et à moindrecoût la stabilité des véhicules lourds. Ces nou-velles technologies (logiciels, ordinateurs puis-sants) ont permis de concevoir et de mettre aupoint des modèles mathématiques qui traduisentle comportement dynamique des véhiculeslourds. Il y a quelques décennies seulement, àcause de la capacité limitée des ordinateurs, leséquations de mouvement d’un véhicule étaientlimitées à 2 degrés de liberté. Actuellement, unsimple modèle de véhicule à quatre roues peutfacilement atteindre une vingtaine de degrés.Cette augmentation liée à la qualité du modèlene pourrait pas être atteinte sans les ordinateursplus performants d’aujourd’hui et des algo-rithmes de résolution d’équations de plus en plusadaptés à la complexité des modèles.

Conscient de l’importance de ces outils, leministère des Transports (MTQ) a confié àBoumédiène Falah, professeur à l’Université duQuébec à Rimouski (UQAR), la conception d’unlogiciel destiné à la simulation du comportement

dynamique des configurations de véhiculeslourds, dont le MTQ a la responsabilité en ce quia trait aux normes et à la sécurité. Ce logicielpermet d’analyser différentes configurations devéhicules articulés soumises à des manœuvresd’accélération, de freinage et de braquage.

La stabilité des véhicules lourds est fonctionde plusieurs facteurs, notamment le type et ladisposition du chargement, le centre de masse,l’amplitude de roulis, et particulièrement lesforces et moments générés par les pneus. Ainsi,le paramètre de stabilité joue un rôle essentieldans la conception d’un véhicule lourd.L’optimisation d’une configuration de véhicule oud’un ensemble de véhicules est donc une opéra-tion complexe qui nécessite des outils d’analyseet de simulation très sophistiqués. D’unemanière générale, ces outils doivent permettred’évaluer l’effet d’un nouveau design sur le com-portement du véhicule, de s’assurer que levéhicule n’aura pas de comportements« imprévisibles » et de déterminer les causes desaccidents (reconstruction d’accident)

Dans la première partie,cet article décrit, lesgrandes lignes de la conception des modèlesmathématiques relatifs aux configurationsétudiées. La seconde partie est consacrée à ladescription des critères d’évaluation des perfor-mances du véhicule. Enfin, la troisième partieprésente quelques résultats d’une analyse com-parative portant sur le comportement dynamiquede deux configurations de véhicules.

DOSSIER

OUTIL PERMETTANT D’ANALYSER LA STABILITÉ DES VÉHICULES LOURDS

par Mario Bussières, Service de la normalisation technique, ministère des Transports du Québec,

en collaboration avec M. Boumédiène Falah de l’Université du Québec à Rimouski

I N N O VA T I O N T R A N S P O R T O C T O B R E 2 0 0 1 1 1

M O D È L E M A T H É M A T I Q U ED ’ U N V É H I C U L E L O U R D

Les modèles mathématiques décrivant les dif-férents sous-ensembles (suspensions, essieux,pneus, systèmes de direction, etc.) sont détailléset permettent de reproduire le plus fidèlementpossible le comportement général du véhicule.Le logiciel est pourvu d’un contrôleur de directionpermettant de simuler les manœuvres du chauf-feur et d’analyser le comportement du véhiculesoumis à une trajectoire donnée (changement devoie, détermination du diagramme de sous-virage, etc.). Par ailleurs, les algorithmes intro-duits dans ce logiciel permettent de produire dessimulations presque en temps réel. Le logicielpermet également d’afficher un nombre impor-tant de variables de sortie. Ces variables de sor-tie permettent de caractériser le comportementdynamique du véhicule lorsque celui-ci est soumisà une manœuvre donnée.

Les grandes lignes des modèles mathéma-tiques liés aux configurations analysées sontdécrites ci-dessous. L’objet du modèle mathéma-tique est de prévoir, à la suite d’une manœuvrede direction ou d’une opération de freinage, lecomportement dynamique du véhicule selon lestrois axes de mouvement (roulis, lacet et tan-gage). Le contrôle directionnel et la résistanceau renversement du véhicule constituent lespréoccupations majeures dans le comportementen dynamique d’un véhicule lourd. La stabilité etle contrôle directionnel impliquent principalementla dynamique du véhicule dans le plan du lacet(yaw plane), alors que le seuil de renversementest associé au plan de roulis (roll plane). La fi-gure 1 montre les efforts auxquels est soumis levéhicule dans le plan de lacet. Le mouvement duvéhicule est gouverné tout simplement par lestrois équations, issues de la loi de la dynamique,projetées sur les axes x (roulis) et y (tangage)du véhicule. Ces équations sont représentées àla figure 1. L’efficacité du modèle se mesure àsa capacité à prédire avec la précision nécessaireles forces appliquées sur la sellette d’attelage, les

tion qui traduit l’équilibre des moments desforces par rapport au centre de masse duvéhicule. Lorsque les roues quittent le sol, lesforces verticales deviennent nulles sur un côté del’essieu. Lorsqu’il y a un nombre critique dedécollements des roues du sol, le véhiculeapproche son seuil de renversement et l’équilibrestatique est sur le point d’être rompu. Ainsi, lesefforts verticaux sur les roues et leur point d’ap-plication par rapport au centre de masse qui sedéplace jouent un rôle déterminant sur la stabilitéen roulis du véhicule.

efforts de cisaillement (forces latérales) et lesmoments d’alignement. Le mouvement dans leplan du lacet est aussi influencé par les mouve-ments du véhicule provenant des plans de rouliset de tangage. Ces mouvements modifient laréponse du véhicule, notamment durant lerégime transitoire.

La figure 2 montre les efforts qui agissent,dans le plan de roulis, sur un véhicule exécutantun virage à gauche. Les efforts extérieursappliqués au véhicule proviennent de l’interfacepneus-chaussée et des efforts d’attelage dus auxunités des véhicules tractés. La stabilité duvéhicule est conditionnée par la première équa-

Figure 1 : Forces appliquées au véhicule dans le plan de lacet

Figure 2: Forces dans le plan de roulis


La figure 3 montre le modèle des ressorts àlames utilisé pour construire le modèle des sus-pensions. Ce modèle est composé de deuxenveloppes traduisant la force en fonction de lacompression des lames, qui permettent aussi dereproduire le phénomène d’hystérésis, caractéris-tique aux suspensions à lames utilisées dans lesvéhicules lourds.

La figure 4 montre le modèle du système dedirection qui a été adopté dans cette étude. Lemodèle sert principalement à déterminer l’angledisponible aux roues lorsque le chauffeur imposeau volant une rotation donnée. On note que lesangles aux roues ne sont pas seulement fonctionde l’angle du volant, mais aussi des déformationsdu système de direction engendrées par lesefforts provenant de l’essieu directeur.

Un essieu auto-vireur est aussi modélisé. Lafigure 5 montre un essieu auto-vireur soumis àdes forces latérales qui lorsqu’elles atteignent uncertain niveau d’amplitude arrivent à vaincre leressort à air et induisent une rotation du pivot dela fusée (Kingpin). Les équations d’équilibrerégissant le comportement de l’essieu auto-vireursont aussi présentées à la figure 5. Lephénomène d’hystérésis présent dans un essieuauto-vireur est modélisé en utilisant l’approchedes enveloppes inférieures et supérieures déjàadoptées dans le cas des suspensions à lames.Enfin, le modèle mathématique tient compteaussi des essieux solides, de la sellette d’atte-lage, des pneus, des freins et de leurs nom-breuses caractéristiques cinématiques et dimen-sionnelles.

Depuis 1996, des études ont été effectuéessur la réalisation de modèles mathématiques etaussi sur la validation de ces modèles, parmicelles-ci figure une étude intitulée Évaluation del’efficacité de freinage de véhicules lourds enfonction des paramètres de charge, de vitesse etd’échauffement des freins. Cette étude a entreautres permis d’analyser, grâce à l’installationd’une caméra infrarouge sur un véhicule, le com-portement en temps réel d’un système de

Figure 3 : Relation force–déflexion des ressorts à lames

Figure 4 : Modèle du système de direction

Figure 5 : Essieu auto-vireur


freinage de véhicules lourds. Les résultatsobtenus par modélisation mathématique ont pupar la suite être comparés aux résultats recueillislors de ces essais. Les figures 6, 7 et 8 présentent undes montages expérimental ayant permis d’observer entemps réel la fluctuation de température d’un système defreinage de véhicules lourds.

I N D I C E S D E P E R F O R M A N C E S

Les indices de performances qui ont étéretenus en vue de l'évaluation des différentescombinaisons des véhicules lourds analysés sontdécrits ci-dessous d’une manière succincte. Àchaque indice, nous avons associé la valeurrecommandée par l’ATC (Association des trans-ports du Canada). Ces valeurs ne sont donnéesici qu’à titre indicatif. Les modèles mis au pointpermettent aisément d’optimiser la conceptiond’un véhicule donné en fournissant au logiciel lescaractéristiques exactes de la configuration àanalyser. Le logiciel, dans sa version actuelle,permet d’évaluer chacun de ces indices de per-formances.

S E U I L D E R E N V E R S E M E N TS T A T I Q U E ( S T A T I CR O L L O V E R T H R E S H O L D )

Le seuil de renversement est défini commeétant la valeur limite de l'accélération latérale(exprimée en g), au-delà de laquelle le véhiculeperd son équilibre statique et se renverse dans untournant à vitesse constante. Cet indice, mesuréen régime permanent, est obtenu en imposant auvéhicule une vitesse de 100 km/h et une entréede type rampe au système de direction dont lapente progresse de 2.0 degrés de rotation duvolant par seconde. Cette faible variation de l'an-gle du volant permet d’imposer une manœuvresans perturbation transitoire, tout en balayant enune seule simulation l’intervalle des accélérationslatérales jusqu’au seuil de renversement.

Recommandation selon ATC : >0.4g.

S T A B I L I T É E N L A C E T( S T E A D Y - S T A T E Y A WS T A B I L I T Y )

La stabilité en lacet est définie comme étantla valeur du coefficient de sous-virage (understeergradient), exprimé en degré/g, obtenu à unevaleur arbitraire de l’accélération latérale de0.25g. L’évaluation de cet indice est obtenue endéterminant l’inverse de la pente locale du dia-gramme de manœuvre correspondant à uneaccélération latérale de 0.25g. La variation del’accélération latérale est réalisée en imposantcomme entrée au volant de direction une rampeidentique à celle décrite pour le critère précédent.Durant l’exécution de cette rampe, la vitesse duvéhicule demeure constante et égale, à100 km/h. La valeur de l’indice calculé est com-parée à celle du coefficient de sous-virage critiqueKcritique. Ce dernier est atteint lorsque le véhiculedevient instable en lacet.

Critère de passage : K>Kcritique

Kcritique = – LgV2

L: Empattement du tracteur.

V: Vitesse du véhicule (100 km/h)

g: Accélération de la pesanteur (9.81 m/s2)

D É R I V E À H A U T E V I T E S S E( H I G H - S P E E D O F F T R A C K I N G )

La dérive à haute vitesse est définie commeétant la distance de débordement de la trajectoiredu dernier essieu de la combinaison de véhiculespar rapport à celle du premier essieu (figure 9).La mesure est réalisée pour un véhicule roulant àune vitesse de 100 km/h et engagé dans unvirage à rayon constant de 393 m, générant ainsiune accélération latérale constante de 0.2 g.

Recommandation selon ATC : ≤0.46 m.

Figure 6 : Position de la caméra sur levéhicule

Figure 7 : Angle de vue de la camérainfrarouge

Figure 8 : Image infrarouge du tam-bour


S T A B I L I T É D Y N A M I Q U E E NR O U L I S ( D Y N A M I CR O L L O V E R S T A B I L I T Y )

La stabilité dynamique en roulis est estiméeen évaluant séparément le seuil de renversementde chacune des portions de la combinaison,indépendantes en roulis les unes des autres. Parportion indépendante, on entend un ensembled'unités de la combinaison dont le mouvementen roulis est indépendant de toutes les autresunités de la combinaison. L’indice de stabilité enroulis est exprimé par le rapport de transfert decharge (Load Transfert Ratio: LTR). Ce dernier estévalué par la formule ci-dessous :

LTR = I∑FLi– FRi

I/∑(FLi + FRi)

FRi : Force verticale agissant sur les roues gau-ches de l’essieu i

FLi : Force verticale agissant sur les roues droitesde l’essieu i

Ce rapport de transfert de charge vaut zérolorsque le véhicule est au repos et atteint lavaleur de un lorsque la charge d’un côté duvéhicule est totalement transférée vers l’autrecôté de l’unité. Cet indice de performance estévalué en imposant à la combinaison une

manœuvre d'évitement d'obstacle (changementrapide de voie) qui génère une accélération sinu-soïdale au centre de masse du tracteur ayant uneamplitude de 0.15g. La période de la manœuvresinusoïdale est de deux secondes. La vitesse duvéhicule est de 100 km/h.

Recommandation selon ATC pour LTR : <0.60.

D É R I V E E N R É G I M E T R A N S I T O I R E ( T R A N S I E N TH I G H - S P E E D O F F T R A C K I N G )

La dérive en régime transitoire est mesuréedurant une manœuvre d'évitement d'obstaclestelle que décrite pour l’indice de stabilitédynamique en roulis. Cette dérive, exprimée enunité de distance, est définie comme étant ledébordement maximum du dernier essieu de lacombinaison par rapport à la trajectoire finale dupremier essieu. Cet indice permet d'évaluerl'éventualité que l'arrière de la combinaisonpuisse accomplir une incursion dans une voieadjacente de la circulation durant une manœuvred'évitement d'obstacle.

Recommandation selon ATC: ≤0.80 m.

F R E I N A G E E N L I G N ED R O I T E ( S T R A I G H T L I N EB R A K I N G )

Cet indice est associé à la distance defreinage atteinte par le véhicule lorsque sesvitesses initiale et finale sont respectivement de100 km/h et zéro. La pression de freinage uti-lisée est de 40 psi.

Recommandation selon ATC pour efficacité defreinage : >0.7g.

F R E I N A G E E N V I R A G E( B R A K I N G I N T U R N )

Cet indice concerne seulement les véhiculeséquipés d'un essieu auto-vireur. Il est mesurélorsque le véhicule est animé d’une vitesse de64 km/h et engagé dans une courbe de 200 mde rayon. Les freins sont alors appliqués jusqu’aublocage de la roue la moins chargée. La réponsede l’unité équipée d’un essieu auto-vireur estexaminée en mouvement de lacet, pour détectertoute anomalie susceptible d’être en relationavec le fonctionnement de l’essieu auto-vireur.

D É R I V E À B A S S E V I T E S S E( L O W - S P E E D O F F T R A C K I N G )

La dérive à basse vitesse est la distance maxi-male entre les trajectoires du premier et dudernier essieu de la combinaison durant unemanœuvre de virage à 90 degrés à droite, dontle rayon est de 9,8 mètres (figure 10). Lavitesse du véhicule est limitée à 8,25 km/h.

Recommandation selon ATC : ≤6.00 m.

V I R A G E S E R R É ( T I G H T -T U R N J A C K K N I F E )

Cet indice permet d’évaluer la friction mini-male µpeak entre les pneus et la chaussée néces-saire pour éviter une mise en portefeuille(Jackknife). La vitesse et la trajectoire sont simi-laires à celles qui sont associées à la dérive àbasse vitesse. La demande en friction exprime la

Figure 9 : Dérive à haute vitesse


résistance qu’éprouve le véhicule dans un virageserré. La demande en friction est estimée par laformule ci-dessous:

µpeak = ( ∑FY /cos(R))/ ∑Fz

FY : Force latérale sur les essieux du tandem moteur

FZ : Force verticale agissant sur les essieux dutandem moteur

R : Angle de l’articulation entre le tracteur et lasemi-remorque

Recommandation selon ATC pour la demande enfriction : <0.1

É T U D E E F F E C T U É E ÀL ’ A I D E D U L O G I C I E LD ’ É V A L U A T I O N D U C O M -P O R T E M E N T D Y N A M I Q U ED E S V É H I C U L E S L O U R D S

Différentes études ont porté sur l’évaluationdu comportement dynamique de véhiculeslourds. Parmi celles-ci figure l’étude intitulée Éva-luation par simulation informatique du comporte-ment dynamique de certains ensembles devéhicules permettant d’établir leurs niveaux desécurité, de B. Falah et M. Tennich. Cette étudeavait pour objet de comparer le comportementdynamique de trois configurations proposées parl’industrie avec celui des configurations permisespar la réglementation actuelle. Pour les fins duprésent article, les résultats d’une partie de cetteétude, soit l’évaluation des véhicules transportantde la machinerie lourde, seront présentés.

La configuration de véhicules représentée à lafigure 11a est destinée principalement au trans-port de pelles excavatrices et d’équipementslourds sur des chantiers et circulant en vertu d’unpermis spécial de circulation. Ces chantiers nesont pas toujours pourvus de l’espace nécessaireaux manœuvres exécutées par ces véhicules,dont la longueur totale est de plus de 25 mètres.

Par ailleurs, ces véhicules sont très souventappelés à circuler sur des surfaces à faible coeffi-cient de friction, ce qui compromet leur capacitétractive. L’industrie souhaite utiliser la présenteconfiguration en ajoutant un essieu à l’essieutandem afin d’éliminer le diabolo. Cette nouvelleconfiguration est représentée à la figure 11b.

Une analyse comparative du comportementdynamique des deux configurations s’est doncavérée nécessaire pour pouvoir se prononcer surl’acceptabilité de cette éventuelle configuration.

Figure 10 : Dérive à basse vitesse

Figure 11.a : Configuration autorisée par permis spécial, combinaison T3A_D2A_Tr3A

Figure 11.b : Nouvelle configuration proposée, combinaison T4A_Tr4A

tandem-moteur tandem-moteur

Le signe µpeak est lié au signe des forces latérales FY. Dans ce rapport, µpeak est fourni avec le signe FY. Une nouvelle version des modèles mathématiques associée à cetteétude fournit µpeak en valeur absolue.

1

1

L A S T A B I L I T É D Y N A M I Q U EE N R O U L I S

La figure 12a présente les accélérationslatérales au centre de masse des tracteurs desdeux combinaisons T3A_D2A_Tr3A et T4A_Tr4Adurant une manœuvre rapide d'évitement d'ob-stacle. On peut observer que les deux tracteurssont soumis au même niveau d'accélérationlatérale sinusoïdale de 0.15 g. La figure 12bmontre que les deux combinaisons ont le mêmetaux de transfert de charge ce qui signifie que, enroulis, les deux configurations se valent.

L E V I R A G E S E R R É

La figure (12c) donne la valeur de µpeak,friction minimale pour éviter une mise enportefeuille. La configuration T4A_Tr4A présente

un µpeak légèrement plus faible que celui de laT3A_D2A_Tr3A. Cependant, la combinaisonT4A_Tr4A ne réussit pas à effectuer avec succèsle trajet imposé par le contrôleur. Il est doncimprudent de comparer les deux valeurs dedemande en friction. La figure 12d permet parcontre de comparer la demande en friction de laconfiguration T4A_Tr4A à vide et sous charge. Àvide, la demande en friction devient plus impor-tante et dépasse légèrement la valeur de 0.1. Ilimporte de noter au passage que, à part lademande en friction, le comportement de cetteconfiguration à vide ne présente aucune carac-téristique particulière.

R É S U L T A T S

Les indices de performances utilisés pour l'é-valuation du comportement dynamique de cesdeux combinaisons montrent que la T4A_Tr4A ades performances égales, et parfois mêmelégèrement supérieures à la T3A_D2A_Tr3A. Lanouvelle combinaison montre une faiblesse dansl’exécution du virage serré de 9.8 m. À vide, levéhicule exécute convenablement le rayon de9,8 m, mais a une demande en friction légère-ment au dessus 0.1. La demande limite en fric-tion recommandée par la ATC doit être inférieureà 0.1. Une attention particulière doit donc êtreapportée à la performance du véhicule proposéen ce qui a trait à ses performances dans lesvirages serrés. Le Ministère évalue s’il y a lieu dereconnaître cette configuration de véhicules dansle Règlement sur le permis spécial de circulation.

C O N C L U S I O N

Au cours des dernières années, plusieursétudes sur la stabilité dynamique des véhiculesont été réalisées à l’aide du logiciel de simulationdu comportement dynamique de véhicules. Cesétudes ont permis au Service de la normalisationtechnique de donner des orientations à certainsdossiers et ainsi apporter des modifications régle-mentaires permettant d’améliorer la sécurité desusagers de la route. Parmi ces études, figurentl’analyse sur la stabilité dynamique des dépan-neuses [6-7], l’analyse sur la stabilitédynamique de différents types de véhicules [8],l’analyse du comportement d’un système defreinage de véhicules lourds [4-5], l’analyse ducomportement de la traction des véhicules lourds[1-2-3] et l’analyse géométrique [9].

Bien que ce logiciel permette déjà de répon-dre à plusieurs des besoins du Service de la nor-malisation technique, des améliorations y serontapportées afin qu’il puisse produire des simula-tions encore plus représentatives de la réalité.Un projet portant sur l’amélioration de ce logicielest présentement en cours. Il permettra, entre


Figure 12a : Accélération latérale au centre de masse du tracteur

Figure 12b : Taux de transfert

autres, de poursuivre la modélisation desvéhicules lourds, en raffinant davantage les mo-dèles et en validant expérimentalement les mo-dèles mathématiques élaborés.

R É F É R E N C E S

1. Falah, B., Montambault, S. et Routhier, F.Évaluation de différents types de systèmesde traction pour camions tracteurs, Rapportfinal, Université du Québec à Rimouski, mai1997.

2. Falah, B., D’amours,G. et Dodier,C. Effetsur l’efficacité de la capacité tractive d’uncamion en fonction de la diminution de lacharge sur le tandem, Rapport final,Université du Québec à Rimouski, mai1998.

3. Falah, B. et Tennich, M. Évaluation de l’ef-ficacité de la capacité tractive des véhiculeslourds circulant en forêt, Rapport final,Université du Québec à Rimouski, mars2000.

4. Falah, B. et Tennich, M. Simulation du com-portement en freinage de véhicules lourdsen tenant compte du réchauffement desfreins, Rapport technique, Université duQuébec à Rimouski, mars 2000.

5. Falah, B., Boucher, B. et D’Amours, G. Éva-luation de l’efficacité de freinage devéhicule lourds en fonction des paramètresde charge, de vitesse et d’échauffementdes freins, Rapport final, Université duQuébec à Rimouski, octobre 1999.

6. Falah, B. et Tennich, M. Simulation du com-portement sous charges statiques etdynamiques de véhicules dépanneuses,Rapport technique, Predimetrics, avril1999.

7. Falah, B., Optimisation d’une dépanneuseà 10 roues, Rapport technique, Mechasiminc., août 1999.

8. Falah, B. et Tennich, M. Évaluation parsimulation informatique du comportementdynamique de certains ensembles devéhicules permettant d’établir leurs niveauxde sécurité, Rapport final, Mechasim inc.,mars 2000.

9. Falah, B. Étude portant sur l’évaluationgéométrique par simulations informatiquesde la manœuvrabilité des remorques exten-sibles, Rapport final, Mechasim inc., mars2001.


Figure 12c : Virage serré à 9.8 m (Tight-Turn Jackknife)

Figure 12d : Comparaisons des demandes en friction à vide et sous chargre



Pour optimiser l’emploi des crédits d’entre-tien des routes, c’est-à-dire obtenir les meilleursrésultats en fait de qualité d’usage et de préser-vation du patrimoine routier, avec un budgetdonné, il est indispensable que le gestionnairesitue son analyse sur le moyen ou le long terme.Cela implique qu’on soit capable de modéliser lecomportement des chaussées sur des périodes deplusieurs années, pour pouvoir prédire leur évolu-tion en tenant compte de leurs caractéristiquesintrinsèques initiales et des sollicitations qu’ellesdevront supporter. L’étude des modèles de com-portement des chaussées constitue donc un voletessentiel de la conception des systèmes d’aide àla gestion des chaussées, dont les gestionnairesroutiers à travers le monde commencent à sedoter.

U N E C O L L A B O R A T I O NE N T R E L E M T Q E T L E L C P C

Pour concevoir ces modèles, la Direction dulaboratoire des chaussées (DLC) du ministère desTransports du Québec (MTQ) a mis sur pied unprogramme rigoureux de sections. Le nombre desections suivies, environ 400, est limité, enrevanche de nombreuses informations carac-térisent chacune d’entre elles. Le MTQ s’interro-geait sur les méthodes à utiliser pour exploiter etvaloriser au mieux ces informations, avec le dou-ble objectif d’établir les modèles de comporte-ment de ses chaussées et de raffiner les procé-dures de collecte des données pour son systèmede gestion des chaussées.

De son côté, en France, le Laboratoire Centraldes Ponts et Chaussées (LCPC) a entrepris d’ap-pliquer des outils statistiques, tels que la théoriedes lois de survie, aux données recueillies lors

d’auscultations systématiques de son réseaunational (IQRN). La base IQRN rassemble ungrand nombre d’observations des dégradationsde sections, mais il est rare qu’elle contienne desinformations sur les caractéristiques intrinsèques(portance du sol, composition des matériaux,rigidité initiale des couches, etc.) qui condition-nent l’évolution de ces dégradations. Pour cetteraison, passée une première étape de conceptiondes méthodes d’analyse, leur amélioration a butésur l’insuffisance des bases disponibles.

Ce double constat a conduit tout naturelle-ment les deux organismes à coopérer : le MTQapporte la qualité et la richesse de sa base dedonnées routières, le LCPC participe au titre del’expérience qu’il a acquise dans l’applicationd’outils de type « lois de survie ». Le MTQsouhaite tirer le meilleur parti des données qu’il aaccumulées pour progresser vers les objectifsindiqués ci-dessus, le LCPC voit dans cette colla-boration l’occasion d’améliorer les méthodes sta-tistiques qu’il a conçues pour mettre au point desmodèles de comportement qui seront ensuiteappliqués au contexte français. La Commissionpermanente France - Québec apporte un soutienprécieux au projet, en prenant en charge les fraisdes missions qui permettent à l’équipe québé-coise et à l’équipe française de se rencontrerdeux fois par an pour faire le point sur lestravaux.

P R O G R A M M E D E T R A V A I L

En 2000 et 2001, les recherches ont portésur le comportement des chaussées souplesn’ayant reçu aucun entretien. Quelque 25 sec-tions, suivies par le MTQ entre 2 et 8 ans, et dontl’âge varie entre 0 et 18 ans, répondaient à cescritères. Après avoir regroupé toutes les informa-

tions les caractérisant dans une base de donnéesspécifique (2e semestre 2000), le LCPC et leMTQ se sont livrés à une première analyse avecdes outils statistiques assez simples (début du 1er

semestre 2001). La méthode statistique dite des« lois de survie », conçue au LCPC, a étéappliquée dans un second temps (fin du 1er

semestre 2001) pour bâtir les modèles de per-formance de ces chaussées.

Fin 2001, la recherche s’orientera sur le com-portement des chaussées souples ayant reçu unpremier entretien, sous la forme d’un renouvelle-ment de la couche de surface. La base de don-nées spécifique sera constituée au cours du se-cond semestre 2001, et les premières analysesréalisées immédiatement après. L’identificationdes modèles de comportement par la méthodedes lois de survie sera effectuée entre novembre2001 et février 2002. Le projet devrait doncaboutir au milieu de 2002.

P R E M I E R S R É S U L T A T S

Dans un premier temps, la qualité desdonnées contenues dans la base a été évaluéechaque fois que cela était possible.

• La répétabilité des données mécaniquesmesurées avec le FWD (déflexion, notam-ment), comme celle des données sur l’unilongitudinal (IRI), s'avère très bonne, avecun coefficient de variation (rapport écart-type/moyenne) de l’ordre de 1 à 2 %.

• Faute de répétition des recueils, cette répéta-bilité n’est pas accessible sur les relevés defissuration et les mesures d’orniérage ; enrevanche, on dispose d’informations permet-tant d’apprécier la justesse de ces relevés etmesures. Les relevés de fissuration peuventêtre considérés comme fiables car ils sont en

MODÈLES DE PERFORMANCE DES CHAUSSÉESP. Lepert, M. Rêche et A. Riouall, Laboratoire central des ponts et chaussées, France

Y. Savard, N. Pouliot, D. Leroux, Direction du laboratoire des chaussées, ministère des transports du Québec


général exécutés par une même équipe, quiréalise une cartographie détaillée des dégra-dations et dispose des relevés antérieurs surchaque section (hors le cas des sections duprogramme SHRP, peu nombreuses). Quantaux mesures d’orniérage réalisées à la poutrede 1,8 m, elles sont justes, comme l’ontdémontré les comparaisons faites entre lesmesures à la poutre et le Dipstick, systèmede référence précis au 1/10e de millimètre.Par exemple, la différence obtenue entre lesdeux appareils sur la profondeur d’ornière enchaque point de mesure est de ± 0,9 mm.

• La cohérence des données a également étéconsidérée, en examinant l’évolution desparamètres en fonction du temps, sur chaquesection. Dans l’ensemble, cet examen montreune progression régulière de la fissuration, del’IRI, de l’orniérage et des paramètres

d’une évolution à long terme, régulière etplus faible. Ce constat conduit à considérerque les paramètres mécaniques qui carac-térisent le mieux les propriétés « intrinsèques»de la section, et doivent donc être considéréscomme variables explicatives de l’évolutiondes autres variables d’état, sont les valeursinitiales débarrassées de leur composantesaisonnière. On a retenu les premièresvaleurs mesurées en période estivale (entrele 1er juin et le 31 octobre).

• Le FWD fournit un nombre important deparamètres mécaniques de la chaussée.Certains de ces paramètres ne sont pasindépendants, et il n’est donc pas nécessaire,ni souhaitable, de les retenir tous dans lesanalyses ultérieures. Après avoir examiné lescorrélations entre ces paramètres, on trouveque trois paramètres suffisent à caractériserle comportement mécanique des chaussées,par exemple : la déflexion, le nombre struc-turel total du corps de la chaussée et le mo-dule de résilience du sol. Cette analyse, effec-tuée avec des moyens statistiques som-maires, suggère d’approfondir les relationsentre les variables pour diminuer le nombrede variables explicatives, par exemple pardes Analyses en Composantes PrincipalesNormées (ACP-N).

• En regardant également les corrélations entreles paramètres de dimensionnement deschaussées (issues de la modélisation) et ceuxissus de l’essai FWD, on constate que cesdeux groupes de paramètres sont très cor-rélés sur les chaussées ayant fait l’objet d’undimensionnement par la méthode du MTQ,alors qu’il n’y a pas de corrélation avec lesautres sections.

• De même, on observe que, si la rigidité deschaussées varie dans le même sens que letrafic qu’elles supportent (ce qui est, bienentendu, tout à fait logique), la corrélationentre déflexion et trafic est meilleure sur leschaussées conçues à partir d’un calcul de

mécaniques, dès lors qu’on s’affranchit desvariations saisonnières (figure 1).

• Ajoutons aussi que les variables caractérisantles sections retenues dans la base (indice degel, trafic, déflexion, IRI) présentent une dis-tribution assez large pour donner un sens auxanalyses.

• Enfin, les sections s’avèrent effectivementhomogènes, si on en juge par la régularitélongitudinale des mesures de paramètresmécaniques ou d’orniérage.

Pour les essais de portance mécaniquefaits avec le FWD :

• On montre clairement que leurs variationstemporelles résultent de la superpositiond’évolutions saisonnières, très marquées, et

Figure 1 : Évolution de la fissuration transversale de retrait thermique en fonctionde l’âge de la chaussée


dimensionnement que sur celles qui ne lesont pas. Ces constats laissent espérer quesur les chaussées dimensionnées on puisseréduire le nombre d’essais FWD nécessairepour alimenter le système de gestion, entirant un meilleur parti des valeurs de dimen-sionnement. Là aussi, l’analyse mériterad’être approfondie avec des outils plus puis-sants au cours des prochains mois.

• Finalement, on montre que les chausséesprésentent une homogénéité transversale deleurs caractéristiques mécaniques qui autoriseà considérer, pour les analyses ultérieures,que les mesures faites sur une voie sontapplicables aux deux voies d’une même sec-tion.

n’est pas ou n’est que partiellement revêtu.

• L’examen de l’évolution de l’IRI en fonctionde l’âge et du niveau de fissuration de retraitconduit à des conclusions prudentes : IRI etniveau de fissuration de retrait progressent enfonction de l’âge, plus vite sur certaines sec-tions que sur d’autres (les mêmes dans lesdeux cas).

• Par ailleurs, l’évolution de l’uni semble unpeu conditionnée par le trafic, davantaged’ailleurs sur les sections fissurées que surcelles qui ne le sont pas.

En analysant les données d’orniérage, onarrive sensiblement aux mêmes conclusions,mais plus marquées.

• Indiscutablement, l’orniérage de rive pro-gresse nettement plus vite que l’orniéraged’axe sur les sections dont l’accotement n’estpas revêtu (figures 2 et 3).

• De même, l’orniérage évolue systématique-ment en fonction du temps, en même tempsd’ailleurs que les phénomènes de fissurationde retrait et de fissuration de fatigue.

• Enfin, l’effet du trafic sur cet orniérage estindiscutable, et plus marqué sur les sectionsfissurées que sur celles qui ne le sont pas.

En ce qui concerne les fissures de retrait ther-mique et de fatigue, les travaux permettent, austade actuel, de montrer la cohérence des valeurscontenues dans la base de données. Ces valeurssont mises en relation, dans les paragraphes sui-vants, avec le développement des défauts d’uniset de l’orniérage.

L’IRI a été mesuré sur toutes les sections, etsouvent sur les différentes voies. À chaque fois, ilest simultanément mesuré dans la trace de roued’axe et de rive.

• La comparaison de ces deux valeurs conduit àla conclusion que l’IRI de rive est sensible-ment égal à celui d’axe lorsque l’accotementde la section est revêtu, alors qu’il est un peuplus mauvais (+ 10 %) lorsque l’accotement

Figure 2 : Relation entre ornière de rive et d’axe sur les chaussées dont l’accotement est revêtu


C O N C L U S I O N S ( P R O V I S O I R E S )

Ces premiers résultats montrent que la basede données rassemblée par le ministère desTransport du Québec contient potentiellement desinformations riches sur le comportement deschaussées. Son exploitation par des méthodes detraitement de données très sommaires permetdéjà de mettre en lumière un certain nombre detendances encourageantes. On peut donc espérerque l’application d’outils statistiques plus sophis-tiqués, comme la théorie des lois de survie, per-mettra de déboucher sur des modèles exploita-bles à brève échéance.

La coopération entre le MTQ et le LCPC estdonc bien engagée, sous l’égide de laCommission permanente France–Québec. Lespremiers résultats, rapidement exposés danscette note, seront détaillés, en même temps queles conclusions de l’étude de modélisation parapplication de la méthode des lois de survie, dansun article ultérieur.

Figure 3 : Relation entre ornière de rive et d’axe sur les chaussées dont l’accotement est partiellement ou non revêtu

Parutio

réce

n-

Le modèle prévisionnel de transport du fretet des individus du Québec (TRAFIQ)

Denis Bolduc, Département d’économiquede l’Université Laval, et Richard Laferrière,Centre de recherche sur les transports del’Université de Montréal

Cette étude, réalisée par le Groupe de rechercheen économie de l’énergie, de l’environnement et desressources naturelles (GREEN), a permis de mettre aupoint des modèles économétriques en vue d’établir desprévisions de demandes de « transport de fret et desindividus du Québec » (TRAFIQ), pour la période1997- 2015.

Transport du fret (volume 1)

Dans la première partie de l’étude, le modèleéconométrique TRAFIQ a servi à expliquer les mouve-ments de fret, et ce, en considérant six corridors dontles mouvements de fret ont pour origine et destinationle Québec, onze catégories de marchandises et deuxmoyens de transport, le camion et le chemin de fer. Ila servi également à établir, pour ces deux moyens detransport, les catégories et les corridors qui con-naîtront, durant la période 1997-2015, les plusgrandes augmentations du tonnage et les plus impor-tants taux de croissance annuelle.

Transport des individus (volume 2)

Dans la deuxième partie de l’étude, le modèleTRAFIQ a permis de produire, pour le Québec, desprévisions de déplacement des personnes selon lesquatre principaux moyens de transport interurbain, soitl’automobile, l’avion, l’autobus et le train. Ces prévi-sions, qui portent sur l’horizon 1997-2015, sontdétaillées d’après le motif de déplacement, le type dedéplacement pour le travail et les autres types dedéplacements entre les 17 régions administratives duQuébec.

Le modèle combine les données de la Société del’assurance automobile du Québec (SAAQ) sur le kilo-métrage effectué selon les régions et les données« origine-destination » par motifs de déplacement duprojet de train à haute vitesse (THV) Québec-Windsor.

Finalement, pour chacune des régions du Québec,l’étude prévoit, sur une base annuelle, soit une crois-sance, soit une diminution plus ou moins importantedes déplacements des personnes.

Systèmes de détection et d’évitement descollisions pour les véhicules lourds

Jacques Bergeron et Martin Paquette,Université de Montréal, et Louis-Paul Tardif,L-P Tardif & Associés

Le but de l’étude était d’évaluer l’impact sur lasécurité routière des systèmes de détection et d’évite-ment des collisions pour les véhicules lourds, de véri-fier l’applicabilité de ces systèmes au Québec et dedéterminer quelle place il faut faire à ces nouvellestechnologies.

Les objectifs de l’étude étaient donc de dresser unportrait global des connaissances dans le domaine,d’analyser l’impact du déploiement de ces systèmessur la sécurité routière, notamment par leur utilisationsur les véhicules lourds et les autobus scolaires, de pro-poser des recommandations et de dégager des propo-sitions de mesures à prendre de la part du ministèredes Transports du Québec et des autres acteurs dans ledomaine.

Enfin, l’étude a permis d’établir quelles sont lessituations particulières au Québec qui doivent êtreconsidérées dans le développement de ces systèmes,d’envisager la possibilité d’un impact notable sur lebilan routier au cours des prochaines années, dedégager des conclusions et de proposer des recom-mandations.

Suivi expérimental de sections des routes55 (Richmond) et 116 (Dosquet)

Cédric Imbs et Guy Doré, Département degénie civil de l’Université Laval

Dans le cadre de deux projets de recherche sur lesnouvelles techniques de construction routière, leministère des Transports du Québec a retenu lesservices du Département de génie civil de l’UniversitéLaval pour étudier le comportement thermiqueet hydrique des chaussées pendant les cycles degel-dégel. Ces projets consistent à assurer un suivi del’évolution de l’état de sections de routes de courtelongueur (150 m) sur une période d’au moins cinqans.

Réalisé sur l’autoroute 55, dans le canton deMelbourne, le premier projet évalue la performanced’un béton isolant pour combattre les effets du geldans la chaussée. Le deuxième projet analyse l’effi-cacité de différentes techniques de drainage sur dessections de la chaussée de la route 116, à Dosquet.

Le rapport expose la méthodologie utilisée pour lapose de l’instrumentation et pour la construction dusite d’essai. Il présente ensuite un résumé de la pro-blématique du gel dans les chaussées et les résultatsdu suivi pour les saisons hivernales 1998-1999 et1999-2000.


C O N G R È S CONFÉRENCES

Activité Lieu et date Organisation Renseignements

American Public Transportation AssociationAnnual Meeting

Du 30 septembre au 4 octobre 2001(Philadelphie, Pennsylvanie)

American Public Transportation Association

Pam BoswellTél. : (202) 496-4803Internet : http://www.apta.com

43rd TRF Annual Forum A time and space odyssey

Du 21 au 24 octobre 2001Williamsburg, Virginie

Transportation Research Forum Tél. : (202) 879-4701Télec. : (202) 879-4719Courriel : [email protected]

67th ATAC Annual General Meeting and Tradeshow

Du 4 au 6 novembre 2001Toronto, Ontario

Air Transport Association of Canada Tel: (613) 233-7727Télec. : (613) 230-8648Courriel : [email protected] : http://www.atac.ca

International Truck and Bus Safety Research and Policy Symposium

Du 7 au 9 novembre 2001Knoxville, Tennessee

National Safety Council et University of Tennessee

Jenny JonesTél. : (865) 974-5255Téléc. : (865) 974-3889Courriel : [email protected]

INTERMODAL 2001Driving the Future of MultiModal Freight

Du 13 au 15 novembre 2001Hamburg, Allemagne

Informa Maritime and Transport Anna WilliamsTélec. : 44 (0)1932 893 894Courriel : [email protected] : http://www.intermodal-events.com

Transportation Research Board 81th Annual Meeting

Du 13 au 17 janvier 2002Washington (DC)

Transportation Research Board Internet : http://www4.nationalacademies.org/trb/annual.nsf/

Congrès international francophone 2002 de l’ATECNouveau enjeux : le transport doit s’adapter

Les 23 et 24 janvier 2002Paris, France

ATEC Tél. : (33) 01 45 24 09 09Télec. : (33) 01 45 24 09 94

37e Congrès annuel de l’AQTR Du 7 au 9 avril 2002Québec

Association québécoise du transport et des routes inc.

Tél : (514) 523-6444Téléc. : (514) 523-6444Courriel : [email protected] : http://www.aqtr.qc.ca


I N N O V A T I O N T R A N S P O R T

L e bulletin scientifique et technologique INNOVATIONTRANSPORT s’adresse au personnel du ministère desTransports et à tout partenaire des secteurs public et

privé qui s’intéresse à ce domaine.

Il est le reflet des grands secteurs du transport au Québec : letransport des personnes, le transport des marchandises, les infra-structures et l’innovation. Il traite des enjeux importants, présen-te des projets de recherche en cours de réalisation ou terminés, demême que de l’information corporative.

INNOVATION TRANSPORT entend diffuser les résultats de tra-vaux de spécialistes et d’expérimentations, les comptes rendusdes activités de veille et de transfert technologiques, ainsi que desactivités réalisées pour garantir le maintien d‘une expertise depointe.

Les textes publiés dans le bulletin INNOVATION TRANSPORTreflètent uniquement le point de vue de leurs auteurs et n’enga-gent en rien le ministère des Transports.

inovation transport, numéro 11, octobre 2001 · à haute résistance. la hauteur de chute du...

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