Tendances à la rugosité des chaussées expérimentales des sites

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Programme stratégique de recherche routière du Canada (C-SHRP)
Le Programme stratégique de recherche routière (Strategic Highway Research Program - SHRP) a été établi par
le congrès des États-Unis en 1987. Doté dun budget de 150 millions de dollars et dune durée de conq ans, ce
programme de recherche avait pour but daméliorer, dune part, le rendement et la durabilité des routes, et
dautre part, la sécurité des automobilistes et des travailleurs de la voirie. En guise de suivi du SHRP et par le
biais de la Intermodal Surface Transportation Efficiency Act de 1991, le congrès a par la suite institué des
programmes visant à mettre en application les résultats des projets mis en ouevre dans le cadre du SHRP et à
poursuivre les recherches sur le rendement à long terme des chaussées (RLTC). Pour sa part, le Programme
stratégique de recherche routière du Canada (C-SHRP) a pour objectif de faire bénéficier le Canada du fruit des
travaux exécutés dans ce contexte aux États-Unis.
Le Programme détude du rendement à long terme
des chaussées au Canada (C-LTPP) a été mis en
uvre en 1989. Dune durée de 15ans, celui-ci
sinscrit en complément du Programme LTPP des
États-Unis (US-LTPP)* et vise à analyser certains
facteurs dintérêt particulier pour le Canada. Le but
global du C-LTPP est daccroître la durée de vie des
chaussées grâce à lélaboration de méthodes
rentables de réfection de ces dernières, méthodes
fondées sur une observation systématique du
rendement de chaussées en service. La décision de
mettre laccent sur les méthodes de réfection (pose
de revêtements superficiels de béton bitumineux sur
des chaussées existantes de même matériau)
témoigne de la tendance que lon observe
présentement au Canada, tendance dans le contexte
de laquelle les administrations routières privilégient
la remise en état de linfrastructure routière existante
plutôt que la construction de nouvelles chaussées.
Le C-LTPP est véritablement un programme
coopératif denvergure nationale. Il est fondé sur la
surveillance de 24sites dessai aménagés dans les
dix provinces canadiennes. Ces sites ont été
spécifiquement sélectionnés en raison de la vaste
gamme des conditions environnementales et de cir-
culation auxquelles ils sont exposés, mais aussi des
Tendances à la rugosité des chaussées
expérimentales des sites LTPP du C-SHRP
Décembre 1999 Bulletin technique no F18
diverses combinaisons de matériaux de fondation et
de revêtement surfaciel quon y trouve. Chaque site
dessai est constitué de deux tronçons routiers
expérimentaux adjacents ou plus, ce qui permet de
comparer le rendement de différentes stratégies de
réfection de chaussées soumises à des conditions
environnementales et de circulation comparables.
Ces stratégies sentendent de la pose de revêtements
surfaciels dépaisseur variable, de la construction de
chaussées de bitume vierge versus de bitume recyclé
(CBR), du planage ou non des chaussées sous-
jacentes avant la pose dun nouveau revêtement
surfaciel ainsi que de lutilisation de bitumes
contenant des polymères ou dautres adjuvants
destinés à améliorer le rendement des chaussées.
Au total, 65tronçons routiers expérimentaux sont
exploités dans le cadre du C-LTPP.
* Le Programme détude du rendement à long terme des chaussées
des États-Unis (US-LTPP) prévoit la poursuite dessais sur le ter-
rain dune ampleur sans précédent. Le programme se fonde sur
la surveillance de 2400 tronçons routiers expérimentaux
présentant diverses structures de chaussée et soumis à différentes
conditions environnementales et de charge. Amorcé en 1987 dans
le cadre du Programme stratégique de recherche routière (SHRP)
des États-Unis, le US-LTPP, dune durée de 20ans, offre une
occasion incomparable de faire évoluer la technologie des
chaussées aux plans technique et économique.

2
CONTEXTE
La surveillance du rendement des chaussées aux sites
dessai C-LTPP est assurée selon une fréquence
annuelle ou semestrielle par les administrations
routières qui parrainent le programme. Les données
détaillées recueillies dans ce contexte sont de divers
ordres: désordres surfaciels, rugosité, orniérage,
rendement structural, conditions de circulation et
climat. Ces renseignements sont consignés dans une
base de données centrale que peuvent consulter les
administrations routières, les experts-conseils,
lindustrie et les chercheurs. En 1996-1997, une série
de projets danalyse des données a été amorcée dans
le but de cerner les tendances du rendement des
chaussées, de pratiquer des études comparatives et
des évaluations diagnostiques ainsi que de vérifier
lintégrité de la base de donnée C-LTPP. Le rapport
intitulé Roughness Trends at C-SHRP LTPP Sites
[1] est le résultat du deuxième de ces projets danalyse
des données et il visait à établir les tendances à la
rugosité des chaussées aux sites dessai LTPP du C-
SHRP. Concrètement, ce projet avait non seulement
pour but de cerner ces tendances aux plans national
et provincial en général, mais encore de préciser
celles-ci pour des sites dessai ou des tronçons
routiers spécifiques. Le présent bulletin technique
résume les conclusions de ce rapport.
Rugosité et facilité dentretien des chaussées
La rugosité des routes constitue lun des aspects les
plus importants de tout système de gestion des
chaussées (SGC) car elle fournit un indicateur du
rendement des chaussées des points de vue du
confort au roulement, des coûts dexploitation des
véhicules et de la sécurité routière. Lindice de
rugosité international (IRI) est aujourdhui reconnu
comme une mesure polyvalente de la rugosité des
chaussées, indice qui peut être étroitement corrélé à
la plupart des systèmes de mesure de ce paramètre
des chaussées daprès les réactions des véhicules.
Plus spécifiquement, lIRI sentend de la simulation
du passage sur une section de route dont le profil a
été mesuré dun véhicule standard à quatre points
de contact avec la chaussée. La réaction de ce véhicule
est ensuite exprimée en mètres par kilomètre ou en
millimètres par mètre. Ainsi, un IRI de 0,0m/km
signifie que le profil de la chaussée est parfaitement
plat ou lisse. Si théoriquement il ny a aucune limite
à la rugosité, il demeure quun IRI supérieur à
8,0m/km obligerait le conducteur dun véhicule à
circuler à vitesse réduite sur la chaussée visée.
Consignation dans la base de données C-LTPP des
données sur la rugosité et les profils des tronçons
routiers
Pour recueillir à chaque tronçon expérimental les
données sur les profils longitudinaux des bandes
intérieure et extérieure de roulement, on utilise un
profilomètre, cest-à-dire un traceur numérique de
profil par incrément (DipstickMC). La base de données
C-LTPP contient présentement deux tableaux de
renseignements sur les profils longitudinaux. Le pre-
mier contient des données sur les profils surfaciels
des bandes de roulement des chaussées, données
réunies de façon continue en boucle fermée au moyen
du Dipstick, à 300mm despacement au sol. Le sec-
ond tableau contient les indices de rugosité
internationaux calculés pour chacune des bandes de
roulement des différents tronçons routiers
expérimentaux. Bien que ces données puissent
témoigner de certains écarts, puisque chaque prov-
ince fournit son propre Dipstick, un étalonnage
approprié et des mesures en boucle fermée devraient
contribuer à réduire au minimum cette variabilité.
De plus, la rugosité est mesurée à chaque tronçon
routier à lautomne, de sorte que les écarts
attribuables aux conditions météorologiques
devraient être minimes. Au début du projet de
détermination des tendances à la rugosité aux sites
C-LTPP, on disposait de données sur les profils
longitudinaux couvrant une période de sept ans.
Les IRI consignés dans la base de données C-LTPP
sont calculés à linterne par le personnel du C-SHRP
au moyen déquations et de relations mathématiques
mises au point à la faveur dun projet expérimental
international sur la rugosité des routes qui a été
financé par la Banque mondiale. Pour fins de
vérification, un sous-ensemble des valeurs des IRI a
été remesuré au moyen du logiciel RoadRuf. Les
valeurs des IRI calculées par le personnel du C-SHRP
ainsi quau moyen de ce logiciel se sont avérées tout
à fait comparables, à telle enseigne quil est permis
daffirmer que les renseignements contenus dans la
base de données C-LTPP sont parfaitement dignes
de confiance [1].
TENDANCES À LA RUGOSITÉ
Incidences de la pose de revêtements surfaciels
Dans le but dévaluer jusquà quel point la réfection
des chaussées expérimentales en avait atténuer la
rugosité, les profils longitudinaux des chaussées
visées ont été mesurés avant la pose dun nouveau
revêtement surfaciel, en 1989-1990. La figure1
indique les IRI moyens ainsi mesurés avant et après

3
la pose dun nouveau revêtement surfaciel, dans
chaque province. Comme on peut le constater, la
diminution des valeurs des IRI a varié de
0,43m/km à 1,39m/km. Les améliorations les plus
importantes ont été observées aux tronçons
expérimentaux dont les IRI étaient supérieurs à
2m/km avant la pose du nouveau revêtement de
surface.
Tendances générales aux plans
national et provincial
Une analyse des indices de rugosité recueillis dans
lensemble du pays a été exécutée dans le but
dévaluer de façon générale les écarts en la matière.
Comme le montre le tableau1, lIRI moyen mesuré
immédiatement après la pose du nouveau revêtement
surfaciel sétablissait à 1,190m/km. Après sept ans,
cette valeur était passée à 1,494m/km. Le tableau1
regroupe également les IRI par province. Comme on
peut le voir, il semble bien que le climat influe de
façon importante sur laugmentation des IRI. Tous
les sites dessai du Québec et deux sites de lOntario
sont situés dans des zones humides fortement
exposées au gel. Tous les sites situés dans les Prai-
ries (Alberta, Manitoba et Saskatchewan) se trouvent
dans des zones sèches fortement exposées au gel.
Les autres sites sont situés dans des zones humides
faiblement exposées au gel.
Incidences du climat
La majorité des tronçons expérimentaux du C-LTPP
sont situés dans des zones humides qui ne sont que
faiblement exposées au gel. Cest notamment le cas
des tronçons construits en Colombie-Britannique,
au Nouveau-Brunswick, en Nouvelle-Écosse, à lÎle-
du-Prince-Édouard et à Terre-Neuve ainsi que de
certains autres situés en Ontario. La figure3 précise
lévolution générale des tendances à la rugosité au
sein des trois catégories de zone climatique
(épaisseur du revêtement surfaciel, importance de
0.00
0.40
0.80
1.20
1.60
2.00
2.40
2.80
AB BC MB NB NF NS ON PE QC SK
IRI (m/km)
IRI avant nouveau revêtement
IRI après nouveau revêtement
Tableau 1  Augmentation de lIRI moyen à tous les sites dessai, par province
IRI mesuré en 1989-1990 IRI mesuré en 1997 ∆∆
∆∆
∆ IRI
Zone Changement en
Province climatique1S12S33Moyen S1 S3 Moyen sept ans
Tous sites S.O. 1,00 1,32 1,190 1,14 1,62 1,494 0,30
AB III 1,148 1,281 1,220 1,240 1,386 1,344 0,12
BC I 0,880 1,219 1,056 1,17 1,229 1,25 0,19
MB III 1,092 1,347 1,246 1,020 1,575 1,313 0,06
NB I 1,187 1,389 1,270 1,442 1,729 1,652 0,38
NF I 0,930 1,531 1,231 1,121 1,544 1,349 0,11
NS I 1,367 1,666 1,554 1,350 1,996 1,877 0,34
ON I et II 0,827 1,045 0,978 1,590 2,637 2,112 1,14
PE I 1,108 1,203 1,158 1,330 1,735 1,546 0,39
QC II 1,109 1,254 1,181 1,183 1,420 1,333 0,15
SK III 0,882 1,127 1,002 0,964 1,184 1,162 0,16
Notes : 1. Les zones climatiques relèvent de trois catégories: la catégorie I, soit les zones humides faiblement exposées au
gel,la catégorie II, soit les zones humides fortement exposées au gel et la catégorie III, soit les zones sèches
fortementexposées au gel.
2. Premier trimestre.
3. Troisième trimestre.
Figure 1  Amélioration de la rugosité des
chaussées par la pose dun nouveau
revêtement surfaciel

4
la circulation, type de fondation et composition du
revêtement surfaciel combinés). Comme on peut le
constater, laccentuation des tendances à la rugosité
est relativement plus marquée dans les zones
humides et faiblement exposées au gel. En revanche,
dans les zones fortement exposées au gel  surtout
dans les zones sèches  la progression des IRI est
assez faible. On a également examiné dans ce contexte
lincidence du climat en fonction de lépaisseur du
revêtement surfaciel des chaussées. Ainsi, à
lintérieur dune même zone climatique, il appert que
les revêtements épais résistent mieux à la rugosité
que les revêtements minces ou de moyenne épaisseur.
Incidences de lépaisseur du revêtement surfaciel
La figure4 propose une comparaison des incidences
de lépaisseur du revêtement surfaciel sur la pro-
gression des indices de rugosité des tronçons
expérimentaux exposés à des niveaux faible et élevé
de circulation, quel que soit le type de matériau de
fondation (matériau de calibre fin ou grossier) et ce,
pour les trois catégories de zone climatique. Il
apparaît évident que les revêtements surfaciels plus
minces se détériorent bien davantage que ceux de
moyenne et de forte épaisseur. Les revêtements
surfaciels les moins épais (30 à 60mm) et exposés
à des niveaux faible et élevé de circulation ont
enregistré après sept ans les IRI les plus élevés, soit
environ 1,8m/km. En revanche, au cours de la
même période, les revêtements surfaciels les plus
épais (100 à 185mm) ont connu les IRI les plus
faibles, soit environ 1,35m/km. Ceci dit, lécart en-
tre les IRI moyens des revêtements de moyenne et
de forte épaisseur, après sept ans, nest que de
0,1m/km. La poursuite des activités de surveillance
en cette matière au fil des prochaines années devrait
Figure 2  Évolution de lIRI moyen avec le temps aux tronçons expérimentaux
du C-LTPP, par province
Figure 3  Tendances générales à la rugosité
des les trois catégories de zone climatique
Zones humides,
faible gel Zones humides, fort gel Zones sèches, fort gel
2,2
2
1,8
1,6
1,4
1,2
1
0,8
0,6
0,4
1990 1994 1997
IRI (m/km)

5
La figure7 précise les tendances à la rugosité des
revêtements surfaciels de plus forte épaisseur (100
à 185mm) dans les trois types de zone climatique
et dans des conditions de circulation élevée. Quelle
que soit la zone climatique visée, il est évident dans
le cas de ces revêtements que les hausses des IRI
sont assez faibles.
À lanalyse comparative des figures5, 6 et 7, on peut
déduire que lépaisseur du revêtement surfaciel influe
de façon importante sur laccentuation des IRI dans
les trois types de zone climatique. Ceci dit, les
chaussées construites dans des zones exposées à un
faible gel sont plus sujettes à une augmentation de
lIRI que celles situées dans des zones exposées à un
fort gel. On peut donc en conclure que plus une
chaussée de béton bitumineux est épaisse
(revêtement surfaciel ou épaisseur totale de la struc-
ture de la chaussée), plus lépaisseur devient un
paramètre dominant par rapport aux autres facteurs
influant sur la progression des IRI. Néanmoins, seule
une analyse économique du cycle de vie des
chaussées en question permettrait de déterminer
lépaisseur optimale du revêtement surfaciel à
appliquer dans des circonstances données.
En résumé, on peut dire que par comparaison avec
toutes les autres combinaisons de facteurs, ce sont
les revêtements surfaciels minces construits dans des
zones humides exposées à un faible gel qui
enregistrent le taux le plus élevé de détérioration.
Incidences de la circulation
À lheure actuelle, la matrice expérimentale du
C-SHRP pour la conception des mélanges de béton
bitumineux prévoit deux ordres de grandeur en ce
qui concerne la circulation à laquelle sont exposés
les tronçons expérimentaux. Ainsi donc, des condi-
tions de faible circulation (FC) sentendent dun
tronçon exposé à moins de 200000CEES (charge
équivalente par essieu simple) par année. Au-delà
de cette limite, on considère que les tronçons sont
exposés à des conditions de circulation élevée (CE).
Dans le but de déterminer si les conditions de circu-
lation avaient eu une incidence directe sur les
tendances à la rugosité des chaussées, seize scénarios
différents daccentuation de la rugosité ont été
analysés. À la lumière de lexamen ainsi effectué et
des deux critères de circulation décrits
précédemment, il ressort jusquà présent que les
conditions de circulation nont aucune incidence
importante sur les tendances à la rugosité des
revêtements surfaciels appliqués dans les zones
exposées à un fort gel, que ces zones soient humides
ou sèches. Dans le cas des revêtements de chaussée
permettre détablir si cet écart est appelé ou non à
saccentuer.
Revêtements surfaciels minces (30 à 60mm)
La figure5 propose une comparaison des taux
daccentuation de la rugosité des chaussées à
revêtement surfaciel mince et exposées à des condi-
tions de circulation élevée, et ce dans les trois types
de zone climatique. À lexamen de cette figure, il
apparaît évident que les chaussées à revêtement
surfaciel mince se détériorent plus rapidement dans
les zones humides exposées à un faible gel. En re-
vanche, lincidence de lépaisseur de revêtement
surfaciel sur la rugosité est notablement moindre
dans les zones sèches exposées à un fort gel. Dans
les zones humides exposées à un fort gel, les indices
de rugosité se situent en définitive à mi-chemin en-
tre les résultats susmentionnés.
Revêtements surfaciels de moyenne épaisseur
(60 à 100mm)
Par comparaison avec les revêtements surfaciels
minces, laugmentation moyenne des IRI des
revêtements surfaciels de moyenne épaisseur (60à
100mm) sest avérée inférieure. La figure6 illustre
la progression des indices de rugosité de ces
revêtements dans les trois catégories de zone
climatique en question et dans des conditions de cir-
culation élevée. On peut noter que les changements
les plus marqués des IRI au cours de la période de
sept ans pendant laquelle des données ont été
recueillies visent les zones humides exposées à un
faible gel. Laugmentation nette des IRI y a en effet
été denviron 0,4m/km. Dans les zones sèches ou
humides exposées à un fort gel, une faible augmen-
tation des IRI, soit environ 0,1m/km, a été constatée
au cours de ladite période de sept ans.
0.80
1.00
1.20
1.40
1.60
1.80
2.00
30-60 mm 60-100 mm 100-185 mm
IRI (m/km)
1990 1994 1997
Figure 4  Incidence générale de lépaisseur
du revêtement surfaciel sur laccentuation
de la rugosité des chaussées