Simulations de trafic intégrant la détermination d’indices de performance structurale

• Unité de recherche: OFROU RPT
• Numéro de projet: AGB2010/003
• Titre du projet anglais: Traffic simulations with structural evaluation indexes computation

Mots-clé (Anglais)

Roads, pavements, road bridges, traffic simulations, axle loads, truck loads, ultimate limit state, fatigue life, fatigue limit, loads histograms, traffic evolution, degree of compliance

Mots-clé (Français)

Routes, chaussées, pont-routes, simulations de trafic, charges d’essieux, charges de camions, état limite ultime, durée de vie, limite de fatigue, histogrammes de charges, évolution de trafic, degré de conformité

Description succincte (Anglais)

Any political change regarding transportation implies reassessments both in terms of traffic as well as infrastructure safety. All the same, any change in the network, at a crossroads, a road, a bridge, etc. influences the traffic flow. These two reasons associated with infrastructure planification lead to adaptations in bridge management and repetitive safety reassessments. It is thus important to have at hand better tools to estimate all options regarding both traffic and structural performance. One big step in this domain would be to combine the two domains of traffic simulation and structural performance : this is the subject of this project.

On one hand, today’s traffic simulation tools allow for a realistic view of a road network behaviour, at different time and space (district, city, region) [ASTRA 2006][Chung 2009]. They allow for optimisation of management of traffic, crossroads, etc. as for example the west of Lausanne [Rychen 2008], but do not consider in detail truck behaviour (apart from their space on the road).

On the other hand, the action effects on pavements and infrastructure constructions are studied in a way to give design values in order to ensure required levels of safety, serviceability and durability. In the case of existing bridges for example, two AGB projects have contributed to improve the load models [AGB 2006][AGB 2010] for their assessment. These projects have shown the difficulties in modelling in a realistic way truck traffic behaviour (influence of overpassings, vehicle distances, varying speeds, etc.) in the case of bridges with several traffic lanes, uni- or bidirectional.

This project is a collaborative work between ICOM lab (for modelling structural performance) and LAVOC lab (for modelling and simulating traffic). Passerelles between traffic simulation tools will be created to allow for sharing information related to truck load displacements on the network. These passerelles create and enrich the exchange files used in the structural assessment modules (of ultimate limit states and fatigue) or in a pavement degradation module expressed through degrees of conformity at the different limit states. A degree of conformity is defined as the ratio between résistance and action effects and allows for the estimation of the reserve of an existing structure with respect to the structural safety requirements.

Part of the study will consist in developing and seeing how to consider each truck characteristics into the traffic simulation tools, as for example : axle loads distribution, total weight, axles spacing.

Another part of the study will consist in developing a vehicle behaviour model specific to trucks traffic (lane changes, overpassings, breaking, etc.). Models for vehicle behaviour and trajectories do exist for cars, but not for trucks and thus it is a new domain of study.

The validation of the model and the calibration of the traffic simulation tools will be made using the WIM and the video stations installed on the Swiss national road network. One has at its disposal detailed analyses of the data until 2009 [ASTRA 2010].

The development of passerelles that enrich the exchange files used in the bridge structural performance or pavement degradation modules will consist in giving all relevant traffic data that allow for the following estimations:

-          of fatigue damage in bridges, determination of internal forces ranges spectrums and histograms as well as damage sums (moving traffic flow),

-          of structural safety, case of internal failures, for worst cases of jammed traffic (hold-ups),

-          of degradation of pavement, rutting forecast.

The project will not limit itself to the problematic of new bridges but indeed also include the one of existing  bridges. The project will allow for extended and easier possibilities for checking and making sensitivity analyses in particular cases of existing bridges (change of use, bridge near a highway entrance/exit, near a crossroads with traffic lights, etc.).

Current fatigue life estimation of existing bridge elements show that the result is strongly depending upon assumptions made on the representative fatigue loading and on damaging function (fatigue curve, CAFL, damage rule). This project will permit to clarify these assumptions, to propose a degradation model that represents better the fatigue crack evolution in bridge elements with only a very low percentage of cycles above the CAFL.

The effects of new truck types since the introduction of 40 t and of the RPLP will also be studied.

The results of this project will serve as a basis for developing other passerelles and modules for the evaluation of the degradation of expansion joints, breaking forces on bridges, or also in the domain of soil-road interaction (slope stability, forecast of settlements, deformations due to traffic, etc.). They will also serve as a basis for new decision aid tools in the domain of transportation politics by improving the previsions of effects of this politic on the degradation evolution of the infrastructure

Description succincte (Français)

Tout changement de politique des transports implique une réévaluation à la fois du point de vue du trafic ainsi que du point de vue de la sécurité des ouvrages. De même toute modification dans un réseau, à un carrefour, une route, un ouvrage d’art, etc. influe sur la circulation du trafic. Ces deux raisons liées à la planification globale des infrastructures conduisent à des adaptations dans la gestion des ouvrages et des réévaluations répétées de leur sécurité. Il est donc important de disposer de meilleures estimations des options tant du point de vue du trafic que de la performance structurale. Un grand progrès dans ce domaine serait de combiner les deux domaines de la simulation du trafic et de la performance structurale des infrastructures : c’est l’objet de ce projet.

D’une part, les outils de simulations de trafic qui existent aujourd’hui permettent une vision réaliste de ce qui se passe sur les routes, ceci à différentes échelles de temps ou d’espace (quartier, ville, région) [ASTRA 2006][Chung 2009]. Ils permettent d’optimiser la gestion du trafic, des carrefours, etc. par exemple de l’ouest lausannois [Rychen 2008], mais ne considérant pas particulièrement les comportement des poids lourds (mis à part la place qu’il prennent sur la route).

D’autre part, les effets des actions sur la chaussée et sur les ouvrages d’art sont étudiés de manière à fournir des valeurs de dimensionnement permettant d’assurer la sécurité, l’aptitude au service et la durabilité requises. Dans le cas des ponts existants par exemple, deux projets de recherche AGB ont contribué à améliorer les modèles de charge [AGB 2006][AGB 2010] pour l’évaluation des ouvrages. Ces projets ont montrés les difficultés de simuler le trafic poids lourd de manière réaliste (influence des dépassements, espacements, différences de vitesses, etc.) dans le cas de ponts à plusieurs voies de trafic uni- ou bidirectionnel.

Ce projet est une collaboration entre les laboratoires ICOM (pour la modélisation de la performance structurale) et LAVOC (pour la modélisation et simulation du trafic). Des passerelles entre outils de simulations de trafic seront créées afin de permettre de partager des informations quant aux déplacements des charges du trafic poids lourds sur un réseau. Ces passerelles créent et enrichissent les fichiers d’échange vers des modules d’évaluation d’indices de performance structurale (aux états-limites ultimes et à la fatigue) ou de dégradation de la chaussée exprimés sous la forme de degrés de conformité aux différents états-limites. Un degré de conformité est défini comme le rapport entre résistance et effets d’actions et permet d’estimer dans quelle mesure une structure porteuse existante satisfait aux exigences requises en matière de sécurité.

Une partie de l’étude consistera à développer et voir comment intégrer les caractéristiques décrivant les véhicules lourds dans les outils de simulations de trafic, par exemple : distribution des charges d’essieu, poids total, écartement des essieux.

Une autre partie de l’étude consistera à développer un modèle du comportement spécifique des poids lourds dans le trafic (changements de voie, dépassements, freinage, etc.). Des modèles de comportement et de trajectoires existent pour les automobiles, mais pas pour les poids lourds et il s’agit donc d’un domaine nouveau à étudier.

Une validation du modèle de comportement et des calibrations des outils de simulations pourront être effectuées grâce aux stations de mesures par caméras et par WIM installées sur les axes routiers en Suisse. On dispose aujourd’hui de l’analyse détaillée des données jusqu’en 2009 [ASTRA 2010].

Le développement des passerelles qui enrichissent les fichiers d’échange vers des modules d’indices de performance structurale des routes et des ponts consistera à fournir toutes les données de trafic nécessaires pour permettre les estimations suivantes :

-          de l’endommagement en fatigue de ponts, détermination de spectres et d’histogrammes des efforts intérieurs ainsi que cumuls de dommage pour les trafics en mouvement,

-          de la sécurité structurale, cas de défaillances internes, cas extrêmes de trafics à l’arrêt (bouchons),

-          de l’endommagement de la chaussée, prévision de l’orniérage.

Le projet ne se contentera pas de réfléchir à la problématique des ouvrages neufs mais bien évidemment aussi à celle des ouvrages existants. Ce projet permettra ensuite d’avoir des possibilités étendues et simples de vérification et d’analyse de sensibilité d’ouvrages existants pour des cas particuliers (changement d’affectation, pont près d’une sortie/entrée d’autoroute, près d’un carrefour réglementé, etc.).

L’évaluation de la durée de vie en fatigue d’éléments de ponts existants conduit à constater que le résultat dépend fortement des hypothèses faites d’une part sur le modèle de charge équivalent en fatigue et d’autre part sur la fonction d’endommagement (courbe de fatigue, CAFL, cumul de dommage). Ce projet permettra de clarifier ces hypothèses, de proposer un modèle d’endommagement représentant au mieux le développement de la fissuration par fatigue dans les éléments de ponts avec peu de cycles au-dessus de la CAFL.

Les effets des nouveaux types de véhicule depuis l’introduction des 40 t et de la RPLP seront également étudiés.

Les résultats de ce projet serviront de base pour ensuite faire d’autres passerelles et modules pour l’estimation de l’endommagement des joints de dilatation, des efforts de freinage sur les ponts, ou encore l’interaction route-sol (stabilité des versants, prévision des tassements, déformations dues au trafic, etc.). Ils serviront également de base à de nouveaux outils d’aide à la décision en matière de politique des transports en améliorant les prévisions des effets de cette politique sur l’évolution de la dégradation des infrastructures.

Description du projet (Français)

Dans le domaine qui nous intéresse ici, on peut séparer les logiciels de simulation de trafic en deux grandes familles : les logiciels simulation d’un réseau routier et ceux de simulation du trafic lourd. Les figures 1 et 2 ci-après montrent schématiquement les données et résultats pour les deux familles de logiciels.

(Tableau Logiciel de simulation, voir plus bas.pdf).

Dans ce projet, nous voulons créer des passerelles entre ces différents outils de simulations de trafic afin de permettre de partager des informations quant aux déplacements des charges du trafic poids lourds sur un réseau. Cette nouvelle approche enrichira les possibilités d’analyse basées sur des simulations de trafic qui sont aujourd’hui longues et compliquées. Elle permettra ainsi de pouvoir évaluer l’endommagement (chaussées, ponts) et la sécurité structurale des ouvrages d’art directement à partir de telles simulations. La figure 3 montre de manière schématique la nouvelle organisation de telles simulations, ainsi que les nouveautés au niveau des données et des résultats.

 (voir lien: Figure 3.pdf)

Figure 3 : logiciel de simulation du trafic avec passerelles pour enrichir les possibilités d’analyse

Pour arriver à cet objectif, le travail comporte les étapes suivantes, avec entre parenthèses le laboratoire dirigeant chaque étape :

1.       Etat des connaissances

1.1    Comportement des poids lourds (LAVOC)

La modélisation dans les logiciels de simulation de réseaux routiers du comportement des poids lourds n’est pas une priorité car ils ont en général peu d’influence sur les flux routiers (bouchons, gestion des carrefours). Par exemple, les poids lourds sur le réseau routier constituent actuellement au maximum 18% du trafic total (moyenne annuelle au Gothard, qui est déjà un cas particulier). Une étude de la littérature dans ce domaine est donc indispensable.

1.2    Fatigue sous spectres d’étendues de contraintes très proches de la limite de fatigue (ICOM)

La fatigue, comme tous les phénomènes de dégradation, possède un effet de seuil (Constant Amplitude Fatigue Limit, CAFL). Lorsque l’on est dans un domaine où les sollicitations répétées sont variables, nombreuses et/ou la durée de vie est longue, tels les ponts routiers, l’influence de l’effet de seuil sur le dimensionnement est importante. Or il est encore mal connu pour les spectres de contraintes types des ponts mais a été et est plus amplement étudié dans d’autres domaines (mécanique, offshore, mâts d’éoliennes). Une étude de la littérature dans ce domaine permettra d’identifier les manques dans la connaissance et les modèles d’endommagement.

2.       Récolte et analyse des données de trafic

Le trafic lourd dans sa constitution est estimé par les données issues des 8 installations WIM (Weight-in-motion) disposées sur le réseau des autoroutes suisses. Ces situations sont les plus intéressantes car il s’agit à la fois des axes les plus chargés et plusieurs voies de trafic.

2.1    Récolte et analyse du trafic (LAVOC)

Des données WIM, il découle une connaissance assez précise de la répartition sur les voies, des vitesses pratiquées, et des distances entre véhicules et entre essieux. A ces données désagrégées peuvent s’ajouter l’analyse des trajectoires extraites des caméras de surveillance du trafic.

Les données sont sélectionnées pour leur représentativité des scénarios de circulation. On regroupera des situations identiques pour analyser le trafic et créer une typologie du trafic.

2.2    Récolte et analyse des véhicules PL (ICOM)

Ce travail a déjà été effectué dans le cadre des mandats AGB 2002/005 puis AGB 2007/004. Les données WIM les plus récentes permettront de confirmer la définition statistique des géométries des PL, en collaboration avec le LAVOC, et des poids des essieux, véhicules (y compris effet dynamique) adoptées précédemment.

3.       Etablissement du modèle de circulation des poids lourds (LAVOC)

Un modèle de trafic sera élaboré afin qu’il puisse être connecté à un outil informatique de microsimulation du trafic. Les données de trafic réelles ou établies pour des scénarios choisis pourront être préparées pour être conformes au programme d’input.

4.       Passerelles entre modèles (ICOM)

4.1    Efforts intérieurs

La base est un réseau routier simple, linéaire, avec une partie qui constitue le pont. Dans ce modèle de réseau, le modèle de véhicules (géométrie, poids) sera connecté à l’outil de microsimulation à l’aide d’un module à développer. Le pont sera décrit par les lignes d’influences des efforts aux endroits considérés comme critiques. Ce module permettra d’enrichir les résultats des simulations et les modules d’analyse en fournissant :

-          les valeurs des charges (véhicules et essieux) à un ou des endroits choisis,

-          la distribution des efforts intérieurs maximaux aux endroits, sections de l’ouvrage, considérés comme critiques,

-          les spectres et histogrammes des efforts intérieurs aux endroits critiques,

-          toute autre information nécessaire pour les calculs de sollicitations (vitesses, accélérations, …) et vérification de la résistance (de l’ouvrage ou en section).

L’échange des données sera conçue de manière à ce que l’intégration de l’outil de microsimulation dans un outil de macrosimulation soit possible, avec par exemple comme donnée l’emplacement du pont sur le réseau. D’une manière générale, ce module doit fournir toutes les informations à prendre en compte dans les modules d’analyse pour : d’une part évaluer le comportement structural du pont et d’autre part évaluer la sollicitation de la chaussée.

4.2    Modules d’analyse et indices de performance structurale

D’autres modules seront développés pour utiliser les résultats des simulations dans la vérification, soit de l’ouvrage pour différents états-limites ultimes tels que la résistance en flexion et la fatigue, soit de la chaussée (cette dernière partie sera développée par le LAVOC).

5.       Validation des résultats des passerelles et de l’outil de simulation

Un réseau routier simple, linéaire, incluant différents pont-types, sera utilisé pour valider les passerelles et modules développés. Le trafic routier sera généré à une certaine distance du pont sous la forme classique de matrice OD (origine-destination) et simulera certaines zones choisies du réseau routier comportant des stations WIM.

5.1    Circulation des poids lourds (LAVOC)

Pour les endroits comportant le moins de particularités, donc plus facilement modélisables avec précision, les résultats des simulations sont comparés aux mesures WIM et aux informations des caméras de surveillance du trafic telles que : trajectoires, types de véhicules sur la voie de gauche, vitesses, etc.

5.2    Efforts maximaux (ICOM)

Pour différents types d’ouvrages d’art (i.e. différentes lignes d’influence), les résultats des simulations seront comparées aux mesures WIM et aux résultats des simulations effectuées dans le cadre du projet AGB 2002/005.

5.3    Spectres et histogrammes des efforts intérieurs (ICOM)

Pour différents types d’ouvrages d’art (i.e. différentes lignes d’influence), et différentes sections critiques, les résultats des simulations seront comparées aux mesures WIM et à celles effectuées dans le cadre du projet AGB 2007/004.

6.       Etablissement d’un modèle d’endommagement sous spectres d’étendues de contraintes très proches de la limite de fatigue (ICOM)

En parallèle avec les étapes 2 à 5, une étude approfondie de la problématique de spectres de contraintes avec un faible pourcentage de cycles au-dessus de la limite de fatigue (CAFL) sera effectuée. Les histogrammes de sollicitations types dans les différents éléments de ponts (poutres principales, entretoises, armatures des dalles, connecteurs, suspentes, …) seront caractérisés statistiquement. Ensuite les modèles d’endommagement existants dans d’autres domaines seront étudiés et comparés. Un modèle d’endommagement représentant au mieux le développement de la fissuration par fatigue dans les éléments de ponts sera alors établi.

7.       Indices de performance et comparaisons avec les normes

Des simulations de différents cas pratiques types seront effectuées en utilisant les modules d’analyse développés. Les résultats seront comparés avec les efforts calculés en utilisant les cas de charges actuellement utilisés pour le dimensionnement et l’évaluation des performances des ponts et des chaussées. Des propositions de modifications seront établies. Les passerelles permettront l’introduction des résistances des sections (i.e. caractéristiques géométriques de l’ouvrage, des section, des matériaux). Ainsi, les indices de performance structurale pourront être exprimés sous la forme de degrés de conformité aux différents états-limites.

7.1    Pour les ponts (ICOM)

Les valeurs maximaux des efforts dans les différents éléments de ponts (poutres principales, entretoises, armatures des dalles, connecteurs, suspentes, …) seront comparés aux efforts de dimensionnement. Des améliorations pour les facteurs de correction a obtenus dans le cadre du projet AGB 2002/005 et des compléments seront proposés.

Les spectres d’étendues de contraintes dans les différents éléments de ponts (poutres principales, entretoises, armatures des dalles, connecteurs, suspentes, …) seront comparés aux différences de contraintes de dimensionnement via des cumuls de dommage. De même pour en utilisant le modèle d’endommagement développé à l’étape 6. Des propositions d’amélioration de la vérification à la fatigue selon le type d’éléments seront faites.

7.2    Pour les routes (LAVOC)

L’application des normes et méthodes de dimensionnement seront vérifiées sur des cas de chaussées parfaitement identifiées. Le modèle sera adapté si nécessaire sur la base de cette comparaison.

7.3    Effets de la RPLP (LAVOC)

A l’aide de différentes simulations de l’évolution du trafic, les effets des nouveaux types de véhicule depuis l’introduction des 40 t et de la RPLP seront étudiés. L’étude concernera les effets sur les chaussées, sur les ouvrages, ainsi que sur l’évolution des chargements des poids lourds.

8.       Conclusions

Les résultats de la recherche seront publiés dans un rapport final. Les passerelles et modules développés seront mis à disposition de l’OFROU pour être utilisés avec les logiciels de microsimulation et de macrosimulation de trafic.

Documents annexés

• Tableau Logiciel de simulation.pdf [PDF] 130 kB
• Figure3.pdf [PDF] 78 kB

Connaissances attendues / utilisation / bénéficiaire (Français)

Ce projet de recherche va permettre de proposer une méthodologie novatrice dans le domaine de la simulation de trafic qui combine prévisions des flux et de la performance structurale des infrastructures. En matière d’utilisation, les bénéficiaires seront l’ASTRA et les bureaux d’ingénieurs car les résultats permettront un recours facilité à des simulations de trafic pour : 1) le dimensionnement des chaussées et des ponts et 2) une meilleure évaluation des performances structurales (sous la forme de degrés de conformité aux ELU) des chaussées et des ponts existants.

Méthodes (Français)

Effectuer une solide mise à jour des connaissances au travers d’études bibliographiques spécifiques à ce projet de recherche. Utiliser des données enregistrées de trafic (WIM, cameras). Utiliser les logiciels existants de simulation de trafic. Programmer de nouveaux modules d’échanges d’information et des passerelles entre logiciels existants. Utiliser des lois statistiques pour définir les poids lourds, la circulation, les matrices O/D. Effectuer des simulations (de différentes conditions de trafic sur plusieurs types de ponts) et des analyses de sensibilité. Développer deux nouveaux modèles: 1) pour la circulation de poids lourds, et 2) pour l’endommagement en fatigue proche de la CAFL. Comparer les résultats des simulations aux modèles de charges des normes et proposer des améliorations

Equipements spéciaux (Français)

Néant, l’EPFL et les laboratoires ICOM et LAVOC disposent des moyens informatiques et logiciels nécessaires à ce travail.

Etat de la recherche (Français)

Lors de mandats de recherche précédents, AGB 2002/005 [AGB, 2006] et ABG 2007/004 [AGB 2010], un logiciel de simulation de trafic a été développé pour faire passer les différents trafics modélisés sur plusieurs types de ponts. Les simulations sont de type Monte-Carlo et consistent à faire passer virtuellement des véhicules sur des ponts en relevant les efforts maximaux obtenus. Les ponts sont modélisés par les lignes d’influence de chaque effort considéré. Les ponts sont modélisés par les lignes d’influence de chaque effort considéré. Les véhicules sont modélisés par une suite d’essieux dont le poids et la position sont définis selon des lois statistiques. Le logiciel est performant et fournit la distribution des efforts maximaux enregistrés ou l’histoire du chargement pendant une période de simulation ; certaines des hypothèses faites limitent les possibilités d’utilisation en tant qu’outil de simulation de trafic:

-          Chaque voie de trafic est générée séparément, la définition du trafic simulé pour chaque voie devant être fixées au départ (volume de trafic, du type de véhicules, et de leur proportion).

-          Modélisation de la circulation très simplifiée : deux conditions possibles, une situation de bouchon (colonne de véhicules circulant au pas) et une situation de trafic fluide (colonne de véhicules circulant à 80 km/h).

Un logiciel de simulation similaire (logiciel POLLUX, en remplacement du logiciel CASTOR) a été développé en France par le Laboratoire Central des Ponts et Chaussées (LCPC) [Kretz 2007] et a les mêmes limites.

De plus, la prise en compte de l’évolution future du trafic est très difficile au-delà d’un horizon de 15 à 20 ans et donc un recours régulier à ces simulations est nécessaire. D’où la motivation de disposer d’un outil plus performant et qui servent plusieurs buts, plusieurs domaines. Par ailleurs, au niveau national, les études relatives au trafic et les recherches des effets provoqués par ce trafic sur les infrastructures sont peu coordonnées.

Concernant la modélisation des flux de trafic, de nombreux modèles ont été développés qui en reproduisent différents aspects [Hoogendoom 2001], soit en considérant le comportement des conducteurs individuels dans l’espace et le temps en fonction de la proximité avec d’autres véhicules (modèles microscopiques),  ou le comportement des conducteurs sans tenir compte des paramètres position et temps (modèles mésoscopiques), ou finalement d’un point de vue du comportement collectif des véhicules (modèles macroscopiques). Ces modèles et la validité de leurs prédictions respectives sont sujet à débat, en particulier sur la validité des modèles macroscopiques. Mais les constantes améliorations de techniques et possibilités de simulation par ordinateur ont montrés que l’on peut simuler de mieux en mieux les flux de trafic et prévoir les congestions à l’aide de modèles couplés microscopiques et macroscopiques [Montero 2001][Kerner 2009]. L’influence des poids lourds sur les flux de trafic est généralement prise en compte uniquement au niveau de la place que prennent les ces derniers sur la chaussée. Les autres caractéristiques du trafic poids lourds sont plus rarement prises en compte, bien que certaines études récentes en aient tenu compte [Chanut 2004] [Van Lint 2008] et démontré leur influence sur les flux, et aussi la modélisation des interactions voitures-camions [Peeta 2005]. Cependant, il reste beaucoup à faire dans ce domaine et n’existe aucun modèle de circulation des poids lourds qui prenne en compte leurs caractéristiques géométriques et leur poids.

Concernant la fatigue de détails soudés sous amplitude variable à grand nombre de cycles (i.e. près de la limite de fatigue), un article récent [Albrecht 2009] résume les études, seulement huit à ce jour dans le monde, sur le sujet. La plus complète reste celle de Fisher et al. [Fisher 1993]. De même, un état de l’art publié par Schijve sur le sujet [Schijve 2003] et ainsi que son livre [Schijve 2009] résument bien la problématique et les enjeux dans ce domaine. Ces auteurs relèvent à la fois le manque de données dans le domaine de la fatigue à grand nombre de cycles et les faiblesses du modèle de prévision basé sur le cumul linéaire de dommage de Miner. Ils montrent qu’aujourd’hui on ne sait pas mieux prédire la durée de vie que simplement en utilisant, de manière conservative, Miner avec une courbe de résistance à la fatigue à pente unique. Cette approche simplifie trop le problème, qui doit être étudié spécifiquement pour chaque type de structures et histoire de chargement, du côté des sollicitations et aussi du côté de la résistance avec dans le futur des programmes d’essais sous amplitude variable, sollicitations multiaxiales, etc.

Objectifs du projet (Anglais)

The main objective is to better assess the effects of today’s and future traffic on the infrastructure, bridges and pavements are considered here, that is degradation and ultimate limit states computations through easier access to traffic simulations. More precisely, this project will give:

-          A truck traffic flow model.

-          Assessment of truck flow effects on pavement.

-          Performance-based structural indexes (or degree of compliance) for bridges on the basis of very realistic traffic flows.

-          A better comprehension of the fatigue damage evolution for stress range spectrums with only a very low percentage of cycles above the Constant Amplitude Fatigue Limit (CAFL).

Additional objectives are to give a basis for development of future simulation tools of traffic evolution scenarios as decision aid for transportation political decisions and for future revisions of infrastructure and pavement design and assessment codes.

Objectifs du projet (Français)

L’objectif principal consiste à mieux apprécier les effets du trafic actuel et futur sur l’infrastructure, ici les ponts et les chaussées, soit d’évaluer l’endommagement et la sécurité structurale, ceci en facilitant le recours à des simulations aujourd’hui longues et compliquées. Plus précisément, ce projet va fournir:

-          Un modèle de circulation des poids lourds.

-          L’évaluation des effets de la circulation des poids lourds sur la chaussée.

-          Des indices de performance structurale (ou degré de conformité) des ponts sur une base de trafics simulés très proches de la réalité.

-          Une meilleure appréhension de l’évolution de l’endommagement pour des spectres d’étendues de contraintes avec une très faible proportion de cycles au-dessus de la limite de fatigue (CAFL).

On mentionnera comme objectifs additionnels de fournir la base au développement d’outils de simulation de scénarios des effets de l’évolution du trafic poids lourds comme aide à la décision en matière de politique des transports ainsi que les révisions futures des normes de dimensionnement et d’évaluation des infrastructures et chaussées.

Plan de recherche (Français)

La recherche démarre début juillet 2011 et le rapport final est attendu pour juin 2014 (durée: 36 mois). Deux bilans intermédiaires sont prévus avec la commission de suivi. Tout au long du projet, les deux laboratoires travaillent de concert, des séances mensuelles de coordination et de discussion sont prévues. Le plan de recherche est donné dans le graphique ci-après.

 

Graphique: voir lien plus bas).

 

Le programme  de travail comporte les jalons suivants :

Mois 6, décembre 2011 : Rapports sur l’état de l’art dans les domaines concernés.

Mois 12, juin 2012 : Premier rapport intermédiaire annuel. Diffusion des résultats (articles de conférences et participation à des congrès).

Mois 15, octobre 2012 : Présentation à la commission de suivi, 1^er bilan intermédiaire.

Mois 24, juin 2013 : Deuxième rapport intermédiaire annuel. Diffusion des résultats (articles de journaux, communications à la SIA).

Mois 27, octobre 2013 : Présentation à la commission de suivi, 2^ème bilan intermédiaire.

Mois 36, juin 2014 : Rapport final, contenant un « executive summary ». Présentation rapport final à la commission de suivi. Diffusion des résultats (conférences, articles de journaux scientifiques, communications à la SIA).

Documents annexés

• Graphique.pdf [PDF] 616 kB

Mise en oeuvre et application (Français)

Les résultats de ce projet seront des passerelles et modules développés qui seront mis à disposition de l’OFROU pour être utilisés avec les logiciels de microsimulation et de macrosimulation de trafic.

Afin d’atteindre les services concernés de l’ASTRA et les bureaux d’ingénieurs, la diffusion et publication des résultats se fera tout au long du projet lors de conférences nationales et internationales, de journées de formation des ingénieurs (journées GPC, articles dans des revues internationales ainsi que SEI, SIA TEC21 et Tracés).

L’application devra commencer par des évaluations d’ouvrages existants dans des cas particuliers puis se généraliser. Ces applications montreront la pertinence de développer d’autres passerelles et modules dans d’autres domaines, par exemple pour l’estimation de l’endommagement des joints de dilatation, des efforts de freinage sur les ponts, ou encore l’interaction route-sol (stabilité des versants, prévision des tassements, déformations dues au trafic, etc.).

No du rapport (Allemand)

685
686

Littérature (Français)

AGB 2006]                   MEYSTRE, Th., HIRT, M. A., Evaluation de ponts routiers existants avec un modèle de charge de trafic actualisé, Office fédérale des routes, OFROU, Mandat AGB 2002/005, Publication VSS 594, Berne, 2006.

[AGB 2010]                  MADDAH, N, MEYSTRE, Th., NUSSBAUMER, A., Evaluation de la durée de vie en fatigue des ponts routiers sous charges de trafic actualisées, Office fédérale des routes, OFROU, Mandat AGB 2007/004, en cours, 2010 (article : Maddah, N. et Nussbaumer, A., Evaluation du facteur de correction en fatigue des ponts routiers sous charges de trafic actualisées, In: Neues aus der Brückenforschung, Olten, 10 novembre 2010.?Zurich: SIA, Publication D0234, 2010).

[ASTRA 2006]              DUMONT, A.-G., Interactions entre macrosimulateur et microsimulateur de trafic, ASTRA2006/016, 2006.

[ASTRA 2010]              ASTRA – Erhenbung Strassenverkehr, Auswertung der WIM Messdaten des Jahres 2009, bericht vom Bächtold & Moor Ing., December 2010

[Albrecht 2009]            ALBRECHT, P., and LENWARI, A., Variable-Amplitude Fatigue Strength of Structural Steel Bridge Details: Review and Simplified Model, J. Bridge Engrg. Volume 14, Issue 4, pp. 226-237, July/August 2009.

[Chanut 2004]             CHANUT, S., Prise en compte des poids lourds dans un modèle macroscopique bi-fluide d'écoulement du trafic, In : Recherche, transport et sécurité, Publ. Lavoisier, No. 82, pp. 47-64, 2004.

[Chung 2009]              CHUNG, E., DUMONT, A.-G. Transport Simulation: Beyond Traditional Approaches, Lausanne: EPFL Press, ISBN: 978-1-420-09509-8, 2009.

[Fisher 1993]               FISHER, J. W., NUSSBAUMER, A., KEATING, P.B., YEN, B.T., Resistance of welded details under variable amplitude long-life fatigue testing, National Cooperative Highway Research Program (NCHRP) Report 354, Highway Research Board, Washington DC, 1993.

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