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La conception géométrique des routes à grande vitesse est une discipline technique complexe qui exige une attention méticuleuse à la sécurité, à l'efficacité opérationnelle et au confort du conducteur. La conception géométrique des routes influence directement la dynamique du véhicule, le comportement du conducteur et les performances globales de la route.

Comprendre les principes fondamentaux de la conception routière à grande vitesse

La conception de voies routières à grande vitesse comprend une approche systématique de la création d'infrastructures de transport qui permet aux véhicules de circuler à des vitesses élevées tout en maintenant des marges de sécurité optimales. Les caractéristiques géométriques de ces voies doivent fonctionner en harmonie pour offrir aux conducteurs des expériences de voyage prévisibles, confortables et sécuritaires.

Le Livre vert est le document de politique détaillé de l'AASHTO établissant des normes de conception géométrique et des lignes directrices pour les routes et les rues de toutes les classifications fonctionnelles. Ce document de base sert de référence principale pour les concepteurs de routes partout aux États-Unis, fournissant des critères fondés sur des données probantes élaborés au moyen de recherches approfondies et d'essais sur le terrain.

Le processus de conception commence par établir des paramètres fondamentaux tels que la vitesse de conception, les projections du volume de circulation et la classification fonctionnelle. La vitesse de conception doit être conforme à la vitesse que le conducteur attend. Ce principe garantit que la géométrie de la chaussée s'harmonise avec les attentes du conducteur, réduisant la probabilité de collisions liées à la vitesse et améliorant la performance globale de la chaussée.

La vitesse de conception et son rôle critique

La vitesse de conception est la vitesse maximale de sécurité pour laquelle une route est conçue, servant de base à tous les éléments géométriques de conception. Ce paramètre fondamental influence tous les aspects de la conception géométrique, des rayons de courbe horizontale aux exigences de distance de vue.

Pour les installations à grande vitesse comme les autoroutes et les artères rurales, les vitesses de conception varient généralement de 60 à 80 milles à l'heure. Toutefois, cette vitesse de conception ne doit pas être inférieure à 50 mi/h. La vitesse de conception choisie doit être égale ou supérieure à la limite de vitesse affichée pour garantir que toutes les caractéristiques géométriques offrent des marges de sécurité adéquates pour les vitesses de fonctionnement légales.

La vitesse de conception affecte de nombreux éléments géométriques, dont les rayons de courbe minimum, les distances de vue requises, les vitesses de superélévation et les longueurs de courbe verticale.

Classification fonctionnelle et contexte

Le groupe a noté que non seulement les routes et les rues locales, les collecteurs, les artères et les autoroutes sont des classifications fonctionnelles «traditionnelles» contenues dans le Livre vert, mais qu'il en va de même pour un ensemble élargi de nouvelles classifications «contextuelles» (rurale, rurale, suburbaine, urbaine et urbaine) qui permettront de mieux orienter les efforts de conception géométrique.

Les routes à grande vitesse se classent généralement dans des catégories telles que les autoroutes, les voies express et les artères rurales. Chaque classification comporte des attentes et des normes de conception spécifiques. Les autoroutes, avec leur accès contrôlé et leurs échanges séparés par grade, supportent les vitesses de conception et les volumes de trafic les plus élevés.

Conception horizontale d'alignement

L'alignement horizontal définit le chemin de la route dans le plan horizontal, composé de sections tangente reliées par des courbes horizontales. La conception de l'alignement horizontal a des répercussions importantes sur la charge de travail du conducteur, la stabilité du véhicule et la sécurité générale à haute vitesse.

Fondements de courbes horizontales

Les courbes horizontales sont des courbes dans le plan horizontal, qui affectent la sécurité et le confort aux virages. Ces courbes permettent aux routes de changer de direction tout en maintenant des conditions de fonctionnement sécuritaires et confortables pour les véhicules.

Les courbes circulaires permettent de changer la direction de la chaussée. Le rayon minimal d'une courbe utilisée pour une vitesse de conception donnée est indiqué au chapitre 3 de la Politique sur la conception géométrique des routes et des rues. La relation entre le rayon de la courbe et la vitesse de conception est fondamentale pour la conception sécuritaire de la route.

Les lois de la mécanique qui régissent le fonctionnement du véhicule sur les courbes, comme les facteurs de frottement, la vitesse et la quantité de superélévation, contribuent à établir ce minimum. Lorsqu'un véhicule traverse une courbe horizontale, la force centrifuge agit vers l'extérieur, poussant le véhicule vers l'extérieur de la courbe.

Calculs du rayonnement minimal

Le rayon minimal d'une courbe horizontale dépend de la vitesse de calcul, du taux de superélévation maximal et du facteur de frottement latéral maximal. Dans sa forme fondamentale, la formule de courbe simplifiée est : où : f = facteur de frottement latéral, V = vitesse du véhicule, mph, R = rayon de courbe, ft, e = taux de superélévation, %. Le rayon minimum d'une vitesse de calcul donnée peut être calculé en remplaçant e(max) par e, f(max) par f et la vitesse de calcul de V dans la formule de courbe simplifiée.

L'équation de base qui régit la conception de la courbe horizontale est la suivante : e + f = V2/(127R), où e représente le taux de superélévation (décimal), f représente le facteur de frottement latéral (décimal), V représente la vitesse du véhicule en kilomètres par heure, et R représente le rayon de courbe en mètres.

Par exemple, envisager une route à grande vitesse avec une vitesse de conception de 110 km/h (environ 70 mi/h), une superélévation maximale de 0,08 (8 %) et un facteur de frottement latéral maximal de 0,12 Le rayon minimal serait : R = (110)2/[127(0,08 + 0,12)] = 12 100/25,4 = 476 mètres (environ 1 562 pieds).

Les ingénieurs fournissent généralement des rayons de courbe plus grands que le minimum calculé pour améliorer le confort du conducteur et fournir des marges de sécurité supplémentaires.

Facteurs de frottement latéral

Les facteurs de frottement latéral maximums autorisés pour diverses vitesses de conception, comme le montre l'EXHIBIT 8. Le frottement latéral représente la force latérale développée entre les pneus du véhicule et la surface de la chaussée, car les véhicules naviguent dans les courbes.

À des vitesses inférieures (30-40 mi/h), les facteurs de frottement latéraux maximums peuvent atteindre 0,17, tandis qu'à des vitesses supérieures (70-80 mi/h), ils varient généralement de 0,10 à 0,12 pour les véhicules à moteur.

La friction réelle dépend de nombreux facteurs, notamment les caractéristiques de la surface de la chaussée, l'état des pneus, les conditions météorologiques et les caractéristiques du véhicule.

Conception et application de la superélévation

La superélévation est l'une des caractéristiques géométriques les plus critiques pour la conception de la route à grande vitesse. La superélévation est la pente transversale le long de la largeur de la route, pour faciliter le passage sûr du véhicule dans une courbe horizontale. En faisant le baguage de la surface de la route, la superélévation aide à contrer les forces centrifuges et réduit la demande sur les frottements pneus-pavement.

Principes et avantages de la superélévation

La superélévation est la pente transversale prévue pour contrer l'effet de la force centrifuge et réduire la tendance du véhicule à se renverser et à déraper latéralement vers l'extérieur en soulevant le bord extérieur du trottoir par rapport au bord intérieur. Cet effet bancaire offre de multiples avantages pour les opérations à grande vitesse.

La mise en balance du véhicule par l'ajout de superélévation a deux effets. Elle réduit la composante de la force centrifuge agissant parallèlement à la surface du trottoir, et surtout, elle génère une composante du poids d'un véhicule agissant dans une direction parallèle au trottoir pour résister et ainsi réduire l'effet de la force centrifuge. La superélévation réduit la quantité de frottement latéral nécessaire pour maintenir un véhicule sur une trajectoire courbe et réduit par conséquent la sensation que le conducteur ressent d'être poussé vers l'extérieur d'une courbe.

Une superélévation adéquate améliore la stabilité du véhicule, améliore le confort du conducteur, réduit l'usure des pneus et réduit les contraintes de chaussée. Elle permet aux véhicules de maintenir des vitesses plus élevées à travers les courbes tout en fonctionnant dans des limites de demande de frottements sûres.

Taux de surélévation maximum

Les taux maximaux de superélévation varient selon le climat, le terrain et le contexte de développement. Par conséquent, la valeur maximale de l'élévation dans les terrains de plaine et de domination et dans les zones de neige a été fixée par le CRI à 6,7 %, soit 1 sur 15. Toutefois, pour les routes de colline non reliées par la neige, une limite maximale de superélévation est de 10 %, soit 1 sur 10 a été recommandée par les valeurs du CRI.

Aux États-Unis, les taux maximaux de surélévation varient généralement de 4 % à 12 %, selon les conditions locales. Les zones rurales où la glace et la neige sont minimes peuvent utiliser des taux maximaux de 10 % à 12 %, tandis que les zones où les conditions de givrage sont fréquentes limitent souvent la surélévation maximale à 6 % à 8 %.

La sélection du taux maximal de superélévation a des répercussions importantes sur les rayons de courbe minimum. Des taux de superélévation maximum plus élevés permettent de fixer des courbes plus précises pour une vitesse de conception donnée, ce qui peut réduire les coûts de construction et les impacts environnementaux.

Méthode de calcul de la superélévation

La conception de la superélévation suit une procédure systématique qui équilibre plusieurs considérations. Les véhicules ne disposent pas de la même vitesse sur une courbe horizontale, donc dans ce cas, il n'y a que des conditions de débit de circulation mixte. Pour le calcul de la surélévation dans des conditions de débit de circulation mixte, la vitesse doit être prise comme 75 % de la vitesse de conception, soit 0,75 v, et la friction latérale « f » doit être négligée pour des conditions de sécurité.

La procédure de conception standard comporte trois étapes principales:

Étape 1: Calculer la superélévation de l'équilibre

Étape 1: Calculer la superélévation correspondant à 75 % de la vitesse de calcul et négliger le rôle de la friction latérale. Cette approche reconnaît que les flux de circulation comprennent les véhicules qui voyagent à différentes vitesses. La formule de superélévation d'équilibre est: e = V2/(225R), où V représente 75 % de la vitesse de calcul.

Par exemple, avec une vitesse de conception de 100 km/h et un rayon de courbe de 500 mètres : e = (75)2/(225 × 500) = 5 625/112 500 = 0,050 ou 5,0 %.

Si la superélévation d'équilibre calculée est inférieure ou égale au taux maximal admissible, cette valeur peut être utilisée directement. Si elle dépasse le maximum, passer à l'étape 2.

Étape 2: Vérifier la demande de friction à la vitesse de conception[

Étape 2: Fournir e = emaximum et trouver la valeur de frottement latéral « f ». Si f 0.15, alors fixer f = 0.15. En utilisant la vitesse de calcul complète et la superélévation maximale, calculer le facteur de frottement requis: f = V2/(127R) - e max.

Poursuivant l'exemple précédent avec une superélévation maximale de 7 % (0,07): f = (100)2/(127 × 500) - 0,07 = 10 000/63 500 - 0,07 = 0,157 - 0,07 = 0,087.

Comme le facteur de frottement calculé (0,087) est inférieur à la valeur maximale admissible (généralement 0,15), le modèle est acceptable en utilisant une superélévation maximale.

Étape 3: Vérifier la compatibilité de la vitesse de conception[

Étape 3: Prenez maintenant f = 0,15, e = emaximum et trouvez la vitesse réelle sera fournie sur l'autoroute. Si Vdesign Vactual, alors limitez la vitesse en fournissant un signal de limite de vitesse. Ce contrôle final garantit que la combinaison de superélévation et de frottement maximum peut supporter la vitesse de conception.

Transition de surélévation et écoulement

est la distance nécessaire pour passer de la superélévation de zéro (plat) à la superélévation complète. La longueur totale de transition (L) est la longueur à laquelle la transition de la Couronne Normale (NC) à la pleine... La formule pour la longueur totale de transition se trouve sur le dessin standard RD11-SE-1. La transition de la couronne normale à la superélévation complète doit se produire graduellement pour éviter des changements brusques qui pourraient déstabiliser les véhicules.

La transition de superélévation se compose de deux composantes : le ruissellement tangent et le ruissellement de superélévation. Le ruissellement Tangent est la longueur nécessaire pour enlever la pente de la croix adverse (la partie de la couronne normale s'éloignant de la courbe).

Pour une simple courbe, la moitié de la longueur de transition est avant et demi après le P.C. ou le P.T. Pour une courbe spirale L est la même que la longueur de la spirale. Lorsque des courbes de transition spirale sont utilisées, la transition de superélévation se produit généralement le long de la longueur de spirale, ce qui permet un changement coordonné de courbure horizontale et de pente transversale.

Le taux de changement de surélévation affecte le confort du conducteur et la stabilité du véhicule. Les transitions trop rapides peuvent causer des difficultés de direction et de gêne pour les passagers.

Méthodes d'évaluation de la surélévation

Deux méthodes primaires existent pour passer de la couronne normale à la superélévation complète : rotation sur la ligne centrale et rotation sur le bord intérieur. Comme le montre la fig ci-dessus, le bord intérieur de la route est fait le point de pivot. Et la couronne ainsi que le bord extérieur sont élevés de telle manière que la pleine quantité de superélévation est atteinte.

La rotation autour de la ligne centrale est la méthode la plus courante pour les routes et les routes divisées avec des médianes étroites. Cette approche maintient l'élévation du profil de la ligne centrale tout en soulevant le bord extérieur et en abaissant le bord intérieur. La méthode minimise le travail de terre et maintient l'alignement vertical constant pour la ligne centrale de la route.

Le centre du pavement est relevé. La largeur du pavement et l'épaule extérieure doivent être relevés par rapport au bord intérieur par remplissage supplémentaire de la terre. En dépit de deux inconvénients supérieurs, cette méthode est favorisée parce qu'elle n'entraîne aucun problème de drainage. La rotation du bord intérieur nécessite plus de travaux de terre mais peut simplifier la conception du drainage en maintenant un drainage positif sur toute la largeur du pavement tout au long de la transition.

Courbes de transition et conception spirale

Les courbes de transition, généralement spirales, modifient progressivement la courbure entre les sections tangentes et les courbes circulaires, ce qui améliore le confort du conducteur et la stabilité du véhicule en permettant des réglages de direction progressifs plutôt que brusques.

But et avantages des courbes spirales

Les courbes de transition spirales servent de multiples fonctions importantes dans la conception de la route à grande vitesse. Elles fournissent un chemin naturel pour les conducteurs à suivre lors de l'entrée ou de la sortie des courbes circulaires, en adéquation avec le comportement de direction les conducteurs emploient naturellement.

Les spirales offrent également une longueur idéale pour la superélévation de transition. Le changement coordonné de courbure et de pente croisée crée un design équilibré où le taux de surélévation correspond au rayon de courbe à chaque point le long de la spirale. Cette coordination minimise les variations de la demande de frottement et améliore la sécurité globale.

Pour les installations à grande vitesse, les transitions spirales deviennent de plus en plus importantes. Au niveau de la conception, les vitesses supérieures à 50 mi/h sont généralement recommandées pour toutes les courbes sauf les plus plates. La longueur de la spirale augmente avec la vitesse de conception et diminue avec le rayon de courbe, ce qui reflète la nécessité de transitions plus progressives à des vitesses plus élevées et des courbes plus nettes.

Géométrie de la courbe spirale

La spirale la plus couramment utilisée dans la conception de l'autoroute est la spirale de tissu ou d'Euler. Cette courbe a la propriété que la courbure augmente linéairement avec la distance le long de la spirale. Le rayon à tout point le long de la spirale est inversement proportionnel à la distance du début de la spirale.

Les principaux paramètres de la spirale sont la longueur de la spirale (Ls), le rayon de la courbe circulaire (R) et l'angle de la spirale ( Φs). La longueur de la spirale doit être suffisante pour permettre la transition de la superélévation et fournir une dynamique de direction confortable.

La relation entre la longueur et le rayon de la spirale s'exprime souvent par le paramètre de la spirale A, où A2 = R × Ls. Ce paramètre permet d'assurer une géométrie spirale cohérente sur différents rayons de courbe.

Exigences relatives à la distance de vue

La distance de vue est la distance qu'un conducteur peut voir en avant, essentielle pour un fonctionnement sûr. La distance de vue adéquate permet aux conducteurs de percevoir et de réagir aux conditions de la route, aux autres véhicules et aux dangers potentiels.

Types de distance de visionnement

La distance de vue est la longueur de l'autoroute qui est visible devant le conducteur. Dans la conception de l'autoroute, il y a quatre types de distance de vue, notamment la distance de vue d'arrêt, la distance de vue de décision, la distance de vue de passage et la distance de vue d'intersection.

La distance de visibilité d'arrêt (SSD) est la plus importante. C'est la distance nécessaire pour qu'un conducteur perçoit un objet dans la chaussée, réagit en appliquant des freins et arrête complètement le véhicule avant d'atteindre l'objet. La SSD dépend de la vitesse de conception, du temps de perception-réaction du conducteur (habituellement 2,5 secondes), de la capacité de freinage du véhicule et du niveau de la chaussée.

La formule pour la distance de visibilité d'arrêt est la suivante: SSD = 0,278Vt + V2/(254(f ± G)), où V est la vitesse de calcul en km/h, t est le temps de réaction de la perception en secondes, f est le coefficient de frottement pour le freinage, et G est le niveau de la route (positif pour les améliorations, négatif pour les baisses).

Pour une vitesse de conception de 110 km/h sur terrain en palier avec des hypothèses standard (t = 2,5 secondes, f = 0,35): SSD = 0,278(110)(2,5) + (110)2/(254 × 0,35) = 76,5 + 136,1 = 212,6 mètres (environ 698 pieds).

La distance de visibilité de décision fournit une longueur supplémentaire au-delà de la distance de visibilité de l'arrêt pour les situations de prise de décision complexes, notamment les échanges, les intersections importantes et les zones où l'information visuelle est complexe.

Distance de vue sur courbes horizontales

Les courbes horizontales peuvent limiter la distance de vue lorsque des objets comme les pentes coupées, les bâtiments ou la végétation obstruent la ligne de vue du conducteur à l'intérieur de la courbe. Le décalage de la ligne de vue horizontale (HSO) dépend du rayon de courbe, de la distance de vue requise et de l'emplacement des obstructions.

Pour un rayon de courbe R et la distance de vue requise S, la distance d'ordonnée moyenne M (la distance perpendiculaire de la courbe à l'accord) peut être calculée. Cette distance représente la distance minimale nécessaire de l'axe de la voie intérieure pour assurer une distance de vue adéquate.

La formule pour l'ordonnée moyenne est : M = R(1 - cos(28,65S/R) où S est la distance de vue requise et R est le rayon de courbe, dans les mêmes unités. Pour les longues distances de vue par rapport au rayon de courbe, une approximation simplifiée est : M --S2/(8R).

Le maintien d'une distance de vue adéquate sur les courbes horizontales peut nécessiter l'aplatissement des rayons de courbe, le nettoyage de la végétation ou l'ajustement des configurations de pentes coupées. Le coût de la distance de vue adéquate doit être équilibré par rapport aux avantages pour la sécurité, bien que la distance de vue ne devrait jamais être compromise en dessous de la distance minimale d'arrêt.

Distance de vue sur les courbes verticales

Les courbes verticales sont des courbes dans le plan vertical, affectant la sécurité et le confort sur les grades. Les courbes verticales relient les grades de la chaussée et doivent être conçues pour fournir une distance de vue adéquate sur les courbes de crête et une distance d'éclairage suffisante du phare sur les courbes de sag.

Pour les courbes verticales de crête, la longueur de la courbe requise dépend de la différence algébrique entre les grades (A) et la distance de vue requise (S). Lorsque la distance de vue est inférieure à la longueur de la courbe (S < L), la formule est : L = AS2/(200(h1^0.5 + h2^0.5)2), où h1 est la hauteur des yeux du conducteur (généralement 1,08 mètre ou 3,5 pieds) et h2 est la hauteur de l'objet (généralement 0,60 mètre ou 2,0 pieds).

Pour la distance de vue d'arrêt avec des hauteurs standard des yeux et des objets, cela simplifie à: L = AS2/658 (lorsqu'on utilise des unités métriques avec S en mètres) ou L = AS2/2,158 (lorsqu'on utilise des unités américaines habituelles avec S en pieds).

Les courbes verticales de sag doivent fournir une distance de vue adéquate pour les conditions nocturnes lorsque les phares du véhicule éclairent la chaussée. La longueur de courbe requise pour les courbes de sag est généralement inférieure à celle des courbes de crête de changement de grade similaire, mais les considérations de drainage et de confort du conducteur peuvent régir la conception.

Considérations d'alignement vertical

La pente de la route est la pente, ce qui nuit à la sécurité, au confort et aux performances du véhicule. La conception de l'alignement vertical consiste à choisir les qualités appropriées et à les relier avec des courbes verticales qui assurent une distance de vue adéquate et un confort de conduite adéquat.

Classes maximales et minimales

Les pentes maximales des installations à grande vitesse dépendent de la vitesse de conception, du terrain et de la classification fonctionnelle.Les autoroutes limitent généralement les pentes maximales à 3 % à 5 % en altitude et en terrain roulant, les pentes plus raides (jusqu'à 6 % ou 7 %) étant permises en montagne.

Sur les routes en dur, une pente minimale de 0,5 % est habituellement nécessaire pour assurer un drainage positif. Sur les routes non courbées avec une pente transversale adéquate, la pente de profil peut être de niveau (0 %), car la pente transversale assure un drainage. Cependant, des pentes d'au moins 0,3 % sont souvent préférées pour assurer un drainage positif même avec des variations mineures de construction.

Les changements fréquents de grade augmentent la charge de travail du conducteur et peuvent entraîner des restrictions de la distance de visibilité. Lorsque des changements de grade sont nécessaires, des courbes verticales doivent être fournies pour assurer une transition en douceur et une distance de vue adéquate.

Longueur critique de la catégorie

Les classes longues et soutenues peuvent réduire considérablement la vitesse des camions, ce qui crée des écarts de vitesse entre les voitures particulières et les véhicules lourds.

La longueur critique de la qualité est la longueur maximale d'une mise à niveau désignée sur laquelle un camion chargé peut fonctionner sans réduction déraisonnable de la vitesse. Cette longueur varie avec la pente de la qualité et la vitesse d'entrée des camions. Par exemple, une qualité de 3 % peut avoir une longueur critique de 1 500 mètres, tandis qu'une qualité de 5 % peut avoir une longueur critique de seulement 500 mètres.

Lorsque les grades dépassent la longueur critique, les concepteurs devraient envisager de prévoir des voies d'escalade pour les véhicules à faible vitesse, qui permettent aux véhicules auxiliaires de passer plus rapidement sans entrer dans la voie de circulation opposée, améliorant la sécurité et assurant l'efficacité de la circulation.

Coordination de l'alignement horizontal et vertical

La relation entre l'alignement horizontal et vertical affecte considérablement l'esthétique de la chaussée, le confort du conducteur et la sécurité. Une mauvaise coordination peut créer des restrictions inattendues de la distance de vue, une dynamique de conduite inconfortable et un risque accru de collision.

Principes généraux de coordination

Les alignements horizontaux et verticaux devraient être coordonnés de façon à fournir une voie cohérente et prévisible qui semble naturelle dans le paysage. Les courbes horizontales pointues ne devraient pas être placées à la crête des courbes verticales ou à proximité, car cette combinaison limite la distance de vue et crée une condition inattendue pour les conducteurs.

Les longues sections tangente en alignement horizontal doivent être brisées par des courbes verticales douces plutôt que par des ruptures de grades pointues. Cette coordination crée une chaussée plus esthétique et réduit la fatigue du conducteur.

Les courbes horizontales devraient généralement être plus longues que les courbes verticales pour éviter l'apparition de courbes de clin d'oeil ou de courbes à dos brisé. Lorsque les courbes verticales et horizontales se chevauchent, elles devraient avoir des longueurs semblables et leurs points de courbure devraient être coordonnés pour créer un alignement fluide et lisse.

Conception d'alignement à trois dimensions

La conception moderne des routes utilise de plus en plus des outils de visualisation tridimensionnels pour évaluer la coordination de l'alignement, qui permettent aux concepteurs de simuler la vue du conducteur sur la route, d'identifier les restrictions potentielles de la distance de vue, de confondre les repères visuels ou les combinaisons géométriques inconfortables avant la construction.

La conception tridimensionnelle considère la chaussée comme une courbe d'espace plutôt que des alignements horizontaux et verticaux séparés. Cette approche permet d'optimiser les travaux de terre, d'améliorer la conception du drainage et d'améliorer la qualité esthétique.

Éléments de conception transversaux

La section transversale de la chaussée englobe tous les éléments perpendiculaires à l'axe de la route, y compris les voies de déplacement, les épaules, les médianes et les pentes latérales.

Considérations relatives à la largeur de la voie

La largeur de voie est la largeur d'une voie de circulation, ce qui affecte la capacité, la sécurité et le confort. Les installations à grande vitesse utilisent généralement des largeurs de voie de 12 pieds (3,6 mètres) pour assurer un dégagement latéral adéquat pour les grands véhicules et améliorer le confort du conducteur à haute vitesse.

Les voies plus larges offrent plusieurs avantages, notamment une capacité accrue, des taux de collision réduits et un meilleur confort du conducteur. Toutefois, les voies trop larges peuvent encourager des vitesses plus élevées et augmenter les coûts de construction et d'entretien.

Conception de l'épaule

La largeur de l'épaule est la largeur de l'épaule, ce qui permet de dégager une marge de sécurité et de faire un arrêt d'urgence.

Les installations à grande vitesse nécessitent généralement des épaules de 8 à 12 pieds (2,4 à 3,6 mètres) sur le côté droit et de 4 à 10 pieds (1,2 à 3,0 mètres) sur le côté gauche des routes divisées. Les épaules plus larges sont corrélées avec des taux de collision réduits et une meilleure circulation.

Si des bordures sont utilisées sur des routes rurales à grande vitesse, elles doivent être situées à l'extérieur du bord de l'épaule utilisable. Il est recommandé que les bordures utilisées le long du bord extérieur de l'épaule utilisable d'une installation à grande vitesse soient de type supportable et soient limitées à une hauteur de 4 pouces.

Conception médiane

Les médias sont la zone entre les directions opposées de la circulation, fournissant la séparation et la sécurité.Les médias sur les installations à grande vitesse servent à séparer les flux de circulation opposés, fournissent de l'espace de récupération pour les véhicules errants, créent de l'espace pour l'élargissement futur, et accueillent les installations de drainage et les dispositifs de contrôle de la circulation.

Les largeurs médianes varient grandement selon la classification fonctionnelle, la disponibilité des emprises et les considérations de sécurité. Les médianes étroites (4 à 10 pieds) peuvent être utilisées dans les endroits restreints, mais nécessitent généralement des barrières médianes.

Les barrières médianes peuvent généralement être utilisées dans les applications à grande vitesse pour la séparation et la canalisation du trafic. La sélection des barrières dépend de la largeur médiane, des volumes et des vitesses du trafic et de l'historique des accidents.

Normes de conception et flexibilité

Le titre 23 USC 109 prévoit que les normes de conception pour les projets sur le réseau routier national (NHS) doivent être approuvées par le secrétaire du département des Transports des États-Unis en collaboration avec les services routiers d'État. Les services routiers d'État, travaillant par l'intermédiaire de l'American Association of State Highway and Transportation Officiers (AASHTO) élaborent des normes de conception par l'intermédiaire d'une série de comités et de groupes de travail.

Cadre du livre vert AASHTO

AASHTO a déclaré que la dernière édition du « Livre vert » présente un cadre actualisé pour le design géométrique plus flexible, multimodal et axé sur les performances que par le passé – fournissant des conseils aux ingénieurs et aux concepteurs qui s'efforcent de faire des solutions de conception uniques qui répondent aux besoins de tous les usagers de l'autoroute et de la rue sur une base de projet par projet.

En outre, pour déterminer les critères de conception géométrique lors de l'application du Livre vert de 2018, les projets de remplacement de chaussées en profondeur qui conservent les géométries existantes ne sont pas considérés comme un « changement dans le type de route de base ». Le Livre vert de 2018 favorise une approche axée sur les performances pour tenir compte des effets des décisions de conception géométrique. Selon une approche de conception axée sur les performances, la portée des améliorations géométriques pour les projets sur les routes existantes qui conservent le type de route de base existant devrait être déterminée par les performances antérieures en matière de sécurité et d'exploitation et les performances prévues pour tous les modes de transport.

Exceptions et flexibilité de conception

Les éléments de conception critiques qui ne satisfont pas aux normes AASHTO nécessiteront une exception de conception approuvée. Ces éléments de conception critiques sont la vitesse de conception, la largeur de la voie, la largeur de l'épaule, la largeur du pont, la capacité structurale, la clairance verticale, l'alignement horizontal, l'alignement vertical, la distance de visibilité d'arrêt, la pente transversale, la superélévation, la durée de conception et les qualités.

Les exceptions à la conception fournissent un processus officiel pour documenter les situations où le respect des critères standard n'est pas réalisable ou rentable. Le processus d'exception exige la documentation de la décision de conception, l'examen des solutions de rechange et l'évaluation des répercussions sur la sécurité et le fonctionnement.

Les recherches nationales récentes ont permis de mieux comprendre la relation entre les caractéristiques géométriques et la fréquence et la gravité des accidents. Par conséquent, pour améliorer l'efficacité de l'élaboration de projets de RRR sur les autoroutes existantes, cette règle finale permet aux DOT d'État d'adopter des procédures ou des critères de conception, tels qu'approuvés par la FHWA, qui permettent à l'État d'entreprendre des projets de RRR sur les autoroutes, y compris les autoroutes interétatiques, sans recourir à des exceptions de conception tant que les procédures ou les critères de RRR sont respectés.

Considérations pratiques en matière de conception

Outre les calculs et les normes techniques, la conception à grande vitesse réussie exige l'examen de facteurs pratiques, notamment la constructibilité, la durabilité, les impacts environnementaux et la rentabilité.

Terrain et travaux de terrassement

Les caractéristiques du terrain influencent de façon significative les décisions de conception géométrique. Le terrain de niveau permet un alignement horizontal et vertical relativement illimité, permettant aux concepteurs de respecter ou de dépasser les normes de conception avec un minimum de terre. Le terrain de roulement introduit des contraintes modérées, exigeant un équilibre des volumes de coupe et de remplissage tout en maintenant des qualités acceptables et des rayons de courbe.

Les techniques modernes de conception mettent l'accent sur l'équilibrage des volumes de coupe et de remplissage pour minimiser les distances de transport et les coûts d'élimination. Le logiciel de conception tridimensionnelle permet de calculer avec précision les quantités de terre et d'optimiser l'alignement vertical pour atteindre un travail équilibré.

Intégration du drainage

La conception du drainage doit être entièrement intégrée à la conception géométrique pour assurer la performance et la sécurité à long terme de la chaussée. Les pentes et les pentes transversales doivent fournir un drainage positif pour éviter les étangs, ce qui peut entraîner une hydroplanation et une détérioration accélérée de la chaussée.

Les transitions de surélévation créent des difficultés particulières de drainage, car certaines parties de la chaussée peuvent temporairement avoir des pentes de croisement ou des sections plates défavorables. Les concepteurs doivent évaluer soigneusement ces emplacements pour assurer un drainage adéquat grâce à une conception de qualité soignée, à des entrées supplémentaires ou à des longueurs de transition modifiées.

Sensibilité environnementale et contextuelle

La conception contemporaine des routes met de plus en plus l'accent sur l'intendance environnementale et les solutions adaptées au contexte. La sélection de l'alignement devrait minimiser les impacts sur les terres humides, les cours d'eau, les propriétés historiques et d'autres ressources sensibles.

Les courbes horizontales plus plates et les distances de vision plus longues exigent des zones claires plus larges et peuvent accroître les exigences en matière d'emprise et les impacts environnementaux.

Technologies émergentes et orientations futures

Les progrès de la technologie des véhicules et des systèmes de gestion du trafic commencent à influencer les pratiques de conception géométrique. Les véhicules connectés et automatisés peuvent éventuellement permettre de réduire l'espacement entre les véhicules, de réduire les voies ou de modifier les exigences en matière de distance de visibilité.

Intégration des systèmes de transport intelligents

Les systèmes de transport intelligents (STI) peuvent améliorer la performance de la conception géométrique en fournissant des informations en temps réel aux conducteurs, en gérant le flux de circulation et en répondant aux incidents. Les limites de vitesse variables peuvent ajuster les vitesses de fonctionnement en fonction des conditions, ce qui pourrait permettre une conception géométrique plus agressive dans certaines situations.

Conception pour tous les utilisateurs

Bien que les routes à grande vitesse servent principalement la circulation motorisée, les dispositions pour les piétons, les cyclistes et les transports en commun peuvent être appropriées dans certains contextes. Les principes de la rue complète encouragent la prise en compte de tous les utilisateurs dans le processus de conception, bien que l'application de ces principes varie selon la classification et le contexte fonctionnels.

Contrôle de la qualité et examen de la conception

La qualité de la conception exige des processus d'examen systématiques et des mesures de contrôle de la qualité. Les calculs de conception doivent être vérifiés de façon indépendante pour vérifier l'exactitude.

Les études de faisabilité, auxquelles participent des entrepreneurs et des ingénieurs de construction, peuvent identifier les défis pratiques de la construction et les possibilités d'économies de coûts. Les études de valeur peuvent révéler d'autres approches qui offrent des performances équivalentes ou supérieures à moindre coût.

Conclusion

La conception de caractéristiques géométriques pour les routes à grande vitesse exige une compréhension complète de la dynamique du véhicule, du comportement du conducteur, des normes de conception et des contraintes pratiques.Les éléments fondamentaux – courbes horizontales, superélévation, distance de vue et alignement vertical – doivent travailler ensemble pour créer des routes sûres, efficaces et confortables.

Le succès dépend de l'application rigoureuse des principes de conception établis, d'une analyse approfondie des conditions propres au site et d'une considération réfléchie des compromis entre des objectifs concurrents.

Les ingénieurs doivent rester à l'affût de l'évolution des normes et de la recherche tout en continuant à se concentrer sur l'objectif principal : créer des routes qui servent les usagers de façon sécuritaire et efficace pendant des décennies.

Pour obtenir de plus amples renseignements sur les normes de conception géométrique et les meilleures pratiques, consultez la Politique AASHTO sur la conception géométrique des routes et des rues et les ressources Federal Highway Administration[.Le perfectionnement professionnel par l'entremise d'organismes tels que American Association of State Highway and Transportation Officials[ et les programmes de formation continue aident les concepteurs à rester à l'affût de l'évolution des pratiques.