Par : Rasool Nemati, Ph. D., PE, directeur, Conception de chaussées, essais et matériaux | EXP
Défis des installations nécessitant des chaussées à trafic lourd
Les systèmes de chaussée utilisés dans les ports, les terminaux intermodaux, les aéroports et les installations industrielles sont soumis à des conditions de chargement fondamentalement différentes de celles des routes conventionnelles. Ils doivent offrir une certaine robustesse pour supporter des équipements extrêmement lourds, des charges se déplaçant lentement, des arrêts et des virages fréquents, en plus d’espaces de stockage dense dans des zones très localisées, tout en permettant aux installations de demeurer en service de façon quasi continue. Or, dans plusieurs installations, les chaussées n’ont pas été conçues pour une telle combinaison d’intensité de charge, de schémas de circulation et de contraintes opérationnelles.
Dans les faits, la conception de chaussées à trafic lourd s’avère d’autant plus complexe en raison de l’interaction entre le type d’équipement, la configuration des charges, la répétition et la nature souvent imprévisible des mouvements, ce à quoi s’ajoutent des fenêtres d’intervention pour la construction ou l’entretien qui sont limitées. Même si elles semblent adéquates sur le plan structural selon les hypothèses de conception traditionnelles, des sections de chaussée peuvent se détériorer prématurément lorsqu’elles sont soumises à une circulation fortement canalisée, à l’empilage de conteneurs ou à des contraintes de cisaillement élevées dues aux charges dynamiques non considérées dans la conception initiale.
L’enjeu fondamental est rarement le manque de matériaux ou la méthode de conception.
Le véritable défi consiste à élaborer des solutions qui reflètent le comportement des installations sous différentes charges, dans différentes conditions environnementales et dans différentes zones, puis à concevoir, à partir de ces solutions techniques, des systèmes à la fois rentables, fiables et constructibles dans un contexte opérationnel à contraintes réelles.
Les défaillances de chaussée observées dans des installations industrielles ne sont habituellement pas dues uniquement à la mauvaise qualité des matériaux ou de la construction. Dans de nombreux cas, elles surviennent parce que la réalité opérationnelle de l’installation, notamment les charges et les schémas de circulation dans les zones à fortes contraintes, n’a pas été prise en compte lors de la conception du système de chaussée.
D’une approche de conception empirique à une conception axée sur la performance
Alors qu’elles peuvent constituer un bon point de départ, les approches de conception empiriques s’avèrent parfois insuffisantes pour des environnements à trafic lourd. Dans des milieux où les charges sont extrêmes et où la flexibilité opérationnelle est restreinte, les maîtres d’ouvrage profitent davantage d’approches de conception évaluant explicitement la réponse réelle des systèmes de chaussées aux contraintes et aux conditions environnementales.
Chez EXP, nous utilisons des méthodes de conception de chaussées mécanistes-empiriques et par éléments finis appuyées par des évaluations sur le terrain et des modélisations de la performance, pour être en mesure de bien comprendre les contraintes, les déformations ainsi que le comportement des matériaux à l’intérieur de la structure de chaussée. Cela nous permet ensuite d’évaluer différentes options de conception en tenant compte des conditions réelles, de la performance attendue et des besoins en matière de durabilité et d’entretien, et ce, à divers niveaux de fiabilité.
Ayant travaillé sur divers projets de chaussées en milieux portuaires, intermodaux, aéroportuaires et industriels, j’ai pu constater à quel point cette transition peut être bénéfique. En structurant les décisions autour de la performance plutôt que des conventions, les maîtres d’ouvrage obtiennent une vision plus claire des compromis et des implications à long terme, ce qui leur permet de prendre des décisions éclairées en fonction du budget dont ils disposent et des investissements requis à long terme.
Nos évaluations et conceptions de systèmes de chaussée commencent par une compréhension claire de l’exploitation quotidienne de chaque installation. Nous analysons le type d’équipement et la configuration des charges, la répétition et la canalisation de la circulation, le zonage fonctionnel et les limites pratiques entourant les fenêtres d’intervention pour la construction et la maintenance. Ce contexte opérationnel sert de base à tout le processus décisionnel. Nous intégrons ensuite des approches mécanistiques commercialisées de conception de chaussée, comprenant notamment l’utilisation d’un logiciel basé sur la méthode des éléments finis, conçu spécifiquement pour les chaussées industrielles à trafic lourd. En analysant la réponse structurale de la chaussée sous différentes conditions de chargement, cet outil nous aide à concevoir des sections de chaussée durables qui répondent aux besoins des maîtres d’ouvrage en matière de durée de vie, de coûts de construction et de stratégies d’entretien.
Solutions efficaces pour la conception et la construction
Dans ce type d’installations, la construction s’effectue souvent dans des conditions contraignantes : accès limité, échéancier serré, exigences de phasage et nécessité de maintenir les opérations en continu. Les entrepreneurs doivent composer avec la disponibilité des matériaux, l’ordonnancement des travaux, le contrôle de la qualité et la sécurité, dans des délais serrés.
Les années que j’ai passées à appuyer la conception et la construction de chaussées m’ont appris que les conceptions qui ne tiennent pas compte de la constructibilité offrent rarement la performance attendue. C’est pourquoi nous intégrons systématiquement cette notion à la conception de nos solutions, en accordant dès les premières étapes de celle-ci une attention particulière à la sélection des matériaux, à la configuration des couches, aux tolérances de construction et aux stratégies de phasage, afin de réduire les risques liés à la réalisation et de minimiser les perturbations.
Que la solution que nous élaborons vise un système en asphalte, en béton ou en composite, ou la réfection d’infrastructures existantes, notre objectif demeure le même : concevoir des chaussées qui peuvent être construites de façon fiable et offrir une performance stable.
Tenir compte du coût total de possession et des risques à long terme
Pour les maîtres d’ouvrage, la performance de la chaussée ne peut être dissociée du coût total de possession. Le coût initial de construction ne représente qu’un élément d’une équation beaucoup plus large, qui comprend la fréquence d’entretien, la durée des interventions de réparation, les perturbations opérationnelles et la durée de vie de l’actif.
Grâce à des analyses des coûts du cycle de vie, à la modélisation de la performance et à l’évaluation de différentes options, EXP aide les clients à comprendre de quelle manière chaque stratégie influence le coût et les risques à long terme. Cette approche favorise une prise de décision éclairée et permet aux maîtres d’ouvrage de justifier leurs investissements en ne se basant pas uniquement sur le coût initial, mais aussi sur la durabilité, la fiabilité et la valeur à long terme.
Conception de chaussées résilientes et durables
À mesure que les installations évoluent, la demande pour des infrastructures résilientes et adaptables continuera de croître. Chez EXP, nous sommes déterminés à soutenir nos clients en leur proposant des solutions pratiques, ancrées dans l’expérience et conçues pour relever ces défis. La résilience et la durabilité sont des considérations qui font partie intégrante de la conception de chaussées à trafic lourd, surtout pour les installations portuaires et industrielles caractérisées par de longues durées de vie utiles et des conditions environnementales en évolution. Notre équipe analyse diverses options de conception de chaussée en mettant l’accent sur la performance, l’adaptabilité et les risques à long terme, comme l’élévation du niveau de la mer, l’exposition accrue à l’humidité et l’évolution des besoins opérationnels, qui peuvent avoir des répercussions directes sur les infrastructures portuaires.
La durabilité est intégrée par des conceptions fondées sur la performance et par des stratégies de sélection de matériaux visant à réduire l’impact du cycle de vie. Par exemple, EXP analyse les possibilités de recycler et de réutiliser les matériaux, en plus d’optimiser les sections de chaussée pour prolonger leur durée de vie utile et minimiser la fréquence des réparations majeures. Ces approches contribuent à réduire les coûts de construction et d’entretien, tout en favorisant des installations plus propres et des systèmes de chaussée plus résilients à long terme.
Faire progresser la recherche
En plus de réaliser des projets, les équipes d’EXP contribuent à l’avancement de l’ingénierie des chaussées grâce à leur participation à des travaux de recherche, à leurs collaborations techniques et leurs activités de formation. Dans le cadre de mon implication dans des initiatives de recherche et de mon engagement universitaire, je souhaite améliorer notre compréhension du comportement des chaussées dans des environnements soumis à de fortes contraintes, puis traduire ces connaissances en directives techniques applicables.
Cela comprend la collaboration avec des organisations de recherche comme l’ASTM International, la National Asphalt Pavement Association, le National Center for Asphalt Technology à l’université Auburn et l’université du New Hampshire, notamment par le développement de ressources techniques destinées aux professionnelles et professionnels de l’industrie. Ces efforts permettent de veiller à ce que les technologies, les méthodes d’essai et les approches de conception émergentes soient évaluées rigoureusement et appliquées de manière responsable en renforçant les solutions qu’EXP conçoit et réalise pour les clients.
Et ensuite ?
Les installations dont les chaussées sont fortement sollicitées nécessitent des solutions conçues en fonction des contraintes opérationnelles, des charges d’équipement extrêmes, des fenêtres d’intervention pour la construction limitées et des attentes en matière de performance qui ont un impact direct sur la continuité des activités. Grâce au passage à une conception mécanistique axée sur la performance, les maîtres d’ouvrage gagnent une meilleure compréhension du comportement des chaussées au fil du temps et des compromis associés aux différentes stratégies. Les solutions bien conçues conjuguent fiabilité structurelle et constructibilité, réalité des entrepreneurs et coût total de possession, démontrant que la valeur à long terme dépasse largement le coût de construction initial.
À mesure que la demande pour le transport ferroviaire de marchandises croît et que les activités industrielles se complexifient, les risques liés à la sous-performance des chaussées augmentent. En combinant jugement technique, connaissances pratiques et perspective de recherche, nous aidons les clients à prendre des décisions éclairées et défendables, et nous concevons pour eux des systèmes de chaussée qui offrent une performance fiable, même à long terme.
Apprenez-en davantage au sujet des services en infrastructures chez EXP, et communiquez avec moi pour votre prochain projet de chaussée à trafic lourd, en m’écrivant à l’adresse Rasool.Nemati@exp.com.