Dimensionnement des structures de chaussées
2013 (180 (180 mn) mn )
Mouh cine Mouhci ne Moh Mohammed ammed MAAROUFI MAAROUFI Cheff de Divis Che Divis ion Routes, Auto Autorou routes tes et Rails Rails
Cl ass ssii f i cati cation on GMTR (Gui (G uide de Ma Maro rocain cain de Te Terr rra ass sse ements Rout outiers iers))
Terminologie Sols II s´agit de matériaux naturels, constitués de grains pouvant se séparer aisément par simple trituration ou éventuellement sous l´action d´un courant d´eau. Ces grains peuvent être de dimensions très variables, allant des argi argiles les aux aux bloc blocs. s. Les sols sont de nature géologique diverse : alluvions, collu col luvi vions ons,, matériaux meubles sédimenta sédiment air ire es,. s,... .. ; Ils correspondent aux classes A, B, C et D définies ciaprès. Leur pourcentage de matières organiques est inférieur in férieur ou o u égal égal à 3 %. %.
Terminologie Matériaux rocheux Il s´agit des matériaux naturels comportant une structure qui ne peut peut être désagré désagrégée gée par simple simp le trituration trit uration ou sous s ous l´action d´un courant d´eau ; leur utilisation implique une désagrégation mécanique préalable par minage ou emploi d´engin d´e ngin d´e d´extr xtraction action de forte for te puissance puis sance.. Les matériaux rocheux correspondent à la classe R définie ci-après ; ils ont pour origine l´ensemble des roches sédimentaires, magmatiques et métamorphiques.
Terminologie Sols organiques II s´agit de sols ayant un pourcentage de matières organiq or ganiques ues supérieur sup érieur à 3 % Sous-produits Sous-prod uits industriels Il s´agit de matériaux, produits de l´activité humaine, d´origines d´origi nes diverses pouva pouv ant être utilisés uti lisés en remblais et et en couches couc hes de forme form e. Les sols organiques, les sous-produits cor respo respondent ndent à la classe F défin définie ie ci-apr ci-aprè ès.
industriels
CLASSIFICATION DES SOLS ET DES ROCHES Sols meubles (A, B, C, D)
SOLS
Matériaux rocheux (R)
Sols or ganiques et sous produits industriels (F)
Paramètres de classification des sols meubles
Paramètres de classification des sols
Classification des sols d'après leur nature granulaire ou argileuse, leur angularité : paramètres de nature
Classification pour juger de l ´utilisation des sols en couche de forme d'après les caractéristiques mécaniques (Dureté Los Angeles, Usure MICRODEVAL Humide et Friabilité du sol ) : paramètres de comportement mécanique
Paramètres d’état : classification l’état hydrique des sols.
Paramètres de nature Ce sont des paramètres intrinsèques ; ils ne varient pas, ou peu, ni dans le temps ni au cours des différentes manipulations que subit le sol au cours de sa mise en oeuvre. Les paramètres de nature considérés dans la classification des sols sont la granularité (Dmax , Pour centage de fines ou tamisat à 80 m et tamisat à 2 mm) et l’argilosité (Indice de plasticité et Valeur au bleu de méthylène du sol).
Paramètres de nature La granularité
Le Dmax
Dimension maximale des plus gros éléments contenus dans le sol Seuil retenu :
50 mm
Cette valeur permet de distinguer les sols fins, sableux et graveleux (classe A, B et D) (≤ 50 mm), des sols grossiers comportant des éléments blocailleux (Classe C) (> 50 mm).
Paramètres de nature La granularité
Le tamisat à 80 m (ou pourcentage de fines)
Ce paramètre permet de distinguer les sols riches en fines des sols sableux et graveleux Seuils retenus :
35% : au-delà de 35 % de tamisât à 80 m, les sols ont un comportement assimilable à celui de leur fraction fine. 12% : c´est un seuil conventionnel permettant d´établir une distinction entre les matériaux sableux et graveleux pauvres ou riches en fines.
Paramètres de nature La granularité
Le tamisat à 2 mm
Ce paramètre permet d´établir la distinction entre les sols à tendance sableuse et les sols à tendance graveleuse. Seuil retenu :
70% :
Ce seuil permet de distinguer les sols sableux (plus de 70 % de tamisât à 2 mm) des sols graveleux (moins de 70 % de tamisât à 2 mm).
Paramètres de nature La granularité
CLASSIFICATIONS Pierres Graviers Gros Graviers Moyens Graviers Fins Sables Gros Sables Moyens Sables Fins Limon Grossiers Limon moyens Limon fins Argiles
Sup 63 mm 63-20 mm 20-6 mm 6-2 mm 2-0,6 mm 0,6-0,2 mm 0,2-0,06 mm 60µ - 20µ 20µ - 6µ 6 µ - 2µ 2µ - 0,6µ
L’angularité L’angularité est mesurée par le pourcentage d’éléments concassés. Il existe deux notions essentielles : L’indice de concassage qui est la proportion en poids d’éléments supérieurs à D du granulat élaboré, contenu dans le matériau d’origine soumis au concassage. Exemple : un granulat élaboré 0/20 aura un indice de concassage de 70%(IC=70%) si 70% du matériau d’origine a une dimension supérieure à 20mm.
Le rapport de concassage qui est le rapport entre la plus petite dimension du matériau soumis au premier concassage et la plus grande dimension du granulat obtenu. Exemple : Si une grave 0/20 est obtenue par concassage de la grave brute 20/D, le rapport de concassage est de 1. Si un granulat 0/10 est obtenue à partir du concassage de la grave brute 40/D, les rapport de concassage est égale à 4 et dans ce cas on dit que le concassage est pure.
Paramètres de nature Limites d’Atterberg : Teneurs en eau ( conventionnelles) qui fixent les différents états d’un sol (passants au tamis de 0,5 mm): par définition: - W= Poids eau / poids des solides - LL ou WL = Au dessus le sol s’écoule sous son propre poids - LP ou Wp = En dessous, le sol perd sa plasticité et devient friable - IP = LL – LP = Définit la plasticité d’un sol - LR ou WR = En dessous, le sol ne se contracte plus au cours de sa dessiccation
Paramètres de nature L’argilosité
L’Indice de Plasticité (IP) Seuils retenus :
12 :
limite supérieure des sols faiblement argileux
25 :
limite supérieure des sols moyennement argileux
40 :
limite entre les sols argileux et très argileux.
L’argilosité (suite)
La Valeur de Bleu de Méthylène (VBS)
0.1 : en dessous duquel les sols insensibles à l’eau (si le tamisat à 80 m < 12%) 0.2 : au dessus duquel apparaît sur ement la sensibilité à l’eau 1.5 : seuil distinguant les sols sablo limoneux des sols sablo argileux 2.5 : seuil distinguant les sols limoneux peu plastiques des sols limoneux moyennement plastiques 6
: seuil distinguant les sols limoneux des sols argileux
8
: seuil distinguant les sols argileux des sols très argileux
Paramètres de comportement mécanique L´introduction dans la classification de ces paramètres résulte du fait que des sols de nature comparable peuvent se comporter de manière relativement différente sous l´action des sollicitations subies au cours de leur mise en œuvre ou sous la circulation des engins de transport. Ces paramètres ne sont pris en compte que pour juger de l´utilisation possible des sols en couche de forme .
Paramètres de comportement mécanique
Los Angeles (LA)
Micro Deval en présence d’Eau (MDE)
Friabilité des Sables (FS)
Seuils retenus :
45 pour les valeurs LA et MDE
60 pour les valeurs FS
Paramètres d’état Il s´agit des paramètres qui ne sont pas propres au sol, mais fonction de l´environnement dans lequel il se trouve. Pour les sols, le seul paramètre d´état considéré dans la présente classification est l´état hydrique ; son importance est capitale vis-à-vis de tous les problèmes de remblai et de couche de forme.
Paramètres utilisés pour caractériser l’état hydrique La position de w n par rapport à w OPN La valeur d e la teneur en eau natur elle par rappor t à celle mesurée à l'o pti mum Proctor exprim é par le rapport w n / w OPN
L’indice de consist ance IC lc = Wl – Wn IP Où : Wl : limite de liquidité IP : Indice de plasticité Wn : Teneur en eau naturelle du sol
Ic < 0 : état Liquide, 0 < Ic< 0.25 : état Pâteuse ou très molle, 0.25 1 : état Dure.
L’Indice Portant Immédiat IPI CBR réalisé sans su rcharge, ni imm ersion sur u ne éprouvette de sol compacté à l'énergi e Proct or Normal et à sa teneur en eau naturelle. Il caractéris e la traficabilit é du sol pendant l es travaux de mise en œuvre.
Paramètres d’état L’état hydrique Ces paramètres d'état permettent de définir cinq états hydriques qui sont :
h : m: s : ts :
état état état état
humide d’humidité moyen sec très sec
La sensibilité à l'eau
La sensibilité à l'eau d'un sol définit l'importance de la variation de la portance de ce sol en fonction de la variation de la teneur en eau. Pour une augmentation donnée de teneur en eau, plus la chute de portance est élevée, plus la sensibilité à l'eau du sol est importante.
Une faible augmentation de la teneur en eau peut engendrer une chute rapide de la portance d'un sol, c'est le cas en général avec les sols peu plastiques (Ip < 12) ; cette portance redevient rapidement meilleure si la teneur en eau diminue par évaporation par exemple. Les sols les plus plastiques, quant à eux, mettent plus de temps pour changer de portance.
La notion de sensibilité à l'eau est appréhendée sous deux aspects le premier lié à l'exécution des terrassements et le second à la tenue à long terme une fois l'ouvrage mis en service.
La sensibilité à l'eau
Pour le comportement à long terme, lorsque la caractérisation de la portance est recherchée, le critère retenu est celui du C.B.R après immersion, avec surcharge. L'énergie de compactage retenue est celle du Proctor Modifié étant donné que cet aspect concerne surtout les utilisations en couche de forme. Les sols les moins plastiques sont les plus sensibles à l'eau pour la réalisation des terrassements. Les sols les plus plastiques sont ceux qui sont susceptibles de présenter des faibles portances, dans certaines conditions, pendant la durée d'exploitation de l'ouvrage. Le comportement pendant les travaux de terrassements sera donc, déterminé en fonction des paramètres d'état et la probabilité d'évolution en fonction des conditions météorologiques. Pour le comportement à court terme, qui caractérise la traficabilité des matériaux pour lesquels un surcroît d’humidité amène un arrêt de chantier, l’essai à r éaliser est l’essai de portance immédiat (IPI). Pour les sols comportant un fraction importante (plus de 30%) d’éléments anguleux supérieurs à 20mm, la mesure de l’IPI peut ne pas être suffisamment représentative. Dans ce cas, une évaluation plus précise nécessiterait de pratiquer d’autres essais (essais à la plaque ou à la dynaplaque..).
Synthèse
Synthèse
Classification des sols meubles Classe La classe A Dmax 50 mm et tamisat à 80 m > 35% La classe B Dmax 50 mm et tamisat à 80 m 35% La class e C Dmax > 50 mm La classe D Dmax 50 mm et tamisat à 80 m 12% et une VBS < 0.1
Type de sol
Sous-classe
les sols fins (silts, limon s, argiles, etc ….)
A1, A2, A3 et A4
les sols sableux ou graveleux avec fines
B1, B2 B3, B4, B5, et B6
Suivant l ’imp ortance de la plasticité
Suivant l ’imp ortance et les caract éristi ques des fin es et l ’impor tance de la fraction sableuse
Mat ériaux d ’éboulis, C1 et C2 Tv grossiers,.. CiAi ou CiBi ou CiDi Sables et graves propres
D1 (Sables propres) D2 (Graves prop res)
Classification des sols meubles (suite) Classe Les sols Tirseux Wl – Wr > 42
Type de sol Sols fins caractérisés par un fort gonflement
Sols calcifiés
Taux de Ca CO3
TxA3 : pou r les sol s avec IP 40 TxA4 : pou r les sol s avec IP > 40
(Indice d ’instabilit é volum étrique)
Les sol s Tuff acés
Sous-classe
Tf : si 50% Ca CO3 70% Tc : si Ca CO3 > 70% Soit TfAi ou TfBi Soit TcAi ou TcBi
La classe A : les sols f ins (silts, limons, argiles, etc ….)
Elle contient les sols fins qui présentent un D max. < 50 mm et un tamisat à 80 m > 35 %. Elle contient quatre sous-classes A1, A2, A3 et A4 suivant l'importance de la plasticité :
A1 : sous-classe des sols fins peu plastique (limons silteux, limons peu plastiques) Les sols avec VBS < 2,5 ou IP < 12
A2 : sous-classe des sols fins moyennement plastiques (limons argileux) Les sols avec 12 < IP < 25 ou 2,5 < VBS < 6
A3 : sous-classe des sols fins plastiques (argiles marnes, limons plastiques) Les sols avec 25 < IP < 40 ou 6 < VBS < 8
A4 : sous-classe des sols fins très plastiques (argiles et marnes) Les sols avec IP > 40 ou VBS > 8
NB :
Pour les sols A1, l’essai à privilégier est la VBS. Pour les A2, A3 et A4, l’essai à privilégier est l’IP.
La classe B : les sols sableux ou graveleux avec fines
Elle contient les sols sableux et graveleux avec fines avec un D max. < 50 mm et un tamisat à 80 m inférieur ou égal à 35 %. Elle se subdivise en 6 sous-classes B1, B2,B3, B4, B5, et B6 et ce suivant l'importance et les caractéristiques des fines et l'importance de la fraction sableuse. Ces sous classes se subdivisent en d’autres sous classes et ce en fonction de la dureté ou la friabilité . L’ensemble des sousclasses se présentent comme suit :
B1 : Sous-classe des sables silteux · Tamisat à 2 mm > 70 % · Tamisat à 80 m < 12 % · 0, 1 < VBS < 0,2 Sous-classe : B11 si Sous-classe : B12 si
FS 60 FS 60
La classe B : les sols sableux ou graveleux avec fines B2 : Sous-classe des sables peu argileux · · ·
Tamisat à 2 mm > 70 % Tamisat à 80 m < 12 % VBS > 0,2 Sous-classe : B 21 si Sous-classe : B 22 si
FS 60 FS 60
B3 : Sous-classe des graves silteuses · · ·
Tamisat à 2 mm < 70 % Tamisat à 80 m < 12 % 0, 1 < VBS < 0,2 Sous-classe : B31 si LA Sous-classe : B32 si LA
45 et MDE 45 ou MDE
45 45
45 et MDE 45 ou MDE
45 45
B4 : Sous-classe des graves peu argileuses · · .
Tamisat à 2 mm < 70 % Tamisat à 80 m < 12 % VBS > 0,2 Sous-classe : B41 si LA Sous-classe : B42 si LA
La classe B : les sols sableux ou graveleux avec fines
B5 : Sous-classe des sables et graves silteux ou argileux peu plastiques ·
Tamisat à 80 m compris entre 12 % et 35 %
·
VBS < 1,5 (ou IP < 12) Sous-classe : B51 si LA
45 et MDE
45
Sous-classe : B52 si LA
45 ou MDE
45
B6 : Sous-classe des sables et graves argileux plastiques
NB :
·
Tamisat à 80 m compris entre 12 % et 35 %
·
VBS > 1,5 (ou IP > 12) Pour les sols B5 et B6, l’essai à privilégier est la VBS.
La classe C : Mat ériaux d ’éboulis, Tout-Venants br échiques, Tout-Venants grossiers Elle contient les sols comportant des fines et des gros éléments avec un D max > 50 mm. Cette classe est subdivisée en deux grandes sous classes C1 et C2. C1 : sous-classe : contient : 1 - les matériaux roulés 2 - les matériaux anguleux peu charpentés (où le 0/50 représente plus de 70 % du 0/D) C1 : sous-classe : contient les matériaux anguleux très charpentés (0/50 70 % du /D) Ces deux sous-classes C1 et C2 se subdivisent en d'autres sous-classes C1Ai, C1Bi ou C1Di ou C2Ai, C2Bi ou C2Di avec Ai, Bi ou Di la classe de la fraction 0/50 mm du matériau 0/D.
La classe D : Sables et graves propres Elle contient les sols insensibles à l'eau. Ces sols présentent une V.B.S < 0,1 et un tamisat à 80 m < 12 %. Cette classe contient 2 sous classes qui se présentent comme suit :
D1 : sous-classe : contient les sables propres (alluvionnaires et autres... ) · ·
D max < 50 mm Et passant à 2 mm > 70 % Sous-classe : D11 si FS Sous-classe : D12 si FS
60 60
D2 : sous-classe : contient les graves propres (alluvionnaires et autres... ) · D max < 50 mm · et passant à 2 mm < 70 % Sous-classe : D21 si LA ≤ Sous-classe : D22 si LA >
45 et MDE ≤ 45 45 ou MDE > 45
Cas des sols tirseux
Les sols tirseux sont des sols fins noirs à gris foncés, généralement situés en couverture, qui présentent une forte instabilité volumétrique. Ces sols se caractérisent par une forte fissuration par retrait en saison sèche et par un fort gonflement à l'état humide. Le catalogue des structures des chaussés neuves les caractérise par les paramètres suivants : L'indice d'instabilité volumétrique : Wl – Wr > 42 avec Wl (limite de liquidité) > 53 Wr (limite de retrait) < 13 La plasticité de ces sols permet de définir deux sous-classes : TxA3 : pour les sols avec Ip ≤ 40 TxA4 : pour les sols avec Ip > 40
Les sols tirseux sont très présents en couverture dans la plaine du Gharb et dans la plaine de Berrechid. Les épaisseurs peuvent être importantes au niveau de la plaine du Gharb. Ces épaisseurs sont faibles au niveau de la plaine de Berrechid où ces sols reposent en général sur des tufs et des encroûtements calcaires.
Cas des sols tufac és Les tufs sont des sols calcaires. Ils peuvent se présenter sous forme de sols fins ou de sols graveleux à squelette plus ou moins indurés. Ces sols sont fréquemment rencontrés dans les plaines de Chaouia, Doukkala et Abda et sont généralement situés sous les sols de couverture avec ou sans encroûtement en partie supérieure. Leur comportement dans le long terme et dans les conditions hydriques où ces sols sont rencontrés est nettement supérieur à celui que l'on pourrait prévoir par les seules caractéristiques habituelles d'identification. L'élément prédominant qui caractérise ce comportement est le taux de carbonate de calcium (CaCO3).
Cas des sols tufac és
La classification se fera : En faisant apparaître le degré de calcification suivant le mode opératoire agrée par l’Administration.
Si 50 % < CaCO3 < 70 % : tuf faiblement carbonaté Tf
Si
CaCO3 > 70 % : tuf fortement carbonaté Tc
En prenant en compte la classification générale pour les sols meubles :
Soit : Tf Ai ou TfBi
Soit : TcAi ou TcBi
Selon que le sol est classé en Ai ou Bi
Paramètres de classification des matériaux rocheux
Paramètres de classification des roches
Classification des matériaux rocheux d'après nature pétrographique de la roche
la
Classification d'après les caractéristiques mécaniques : Dureté Los Angeles, Usure MICRODEVAL Humide
Pour les matériaux évolutifs : classification suivant la fragmentabilité (FR) et la dégradabilité (DG)
Cas particulier des roches évolutives Le caractère évolutif des roches est apprécié en laboratoire par :
Le coefficient de fragmentabilité l'évolution granulométrique ;
Le coefficient de dégradabilité (DG) pour l'évolution par altérabilité lors de cycles alternés d'humidification séchage ;
Le degré de dissolution pour les roches salines.
(FR)
pour
Cas particulier des roches évolutives Seuils retenus :
FR = 7 Si FR < 7 : Si FR > 7 :
peu fragmentable fragmentable
DG = 20 et 5 DG > 20 : 5 < DG < 20 : DG < 5 :
très dégradable moyennement dégradable peu dégradable
Classification des mat ériaux rocheux
Roches carbonatées
Roches Sédimentaires
Roches argileuses
Roches siliceuses
Roches salines
-
Craies
R1
-
Grès calcaire
R2
-
Calcarénite
-
Encroût ements calcaires
-
Calcaires marneux
-
Calcschistes
-
Calcaires durs
-
Calcaires dolo mit iques
-
Marnes
-
Schistes sédimentaires
-
Flyschs marneux
-
Argilites
-
Pelites
-
Grès argileux
-
Grès sili ceux
-
Poudingues
-
Brèches
-
Gypse
-
Gypse marneux
-
Sel gemme
R3
R4
R5
Classification des mat ériaux rocheux (suite) -
Granite
-
Basalte
Roches Magmatiques et Métamorphiques
Diorite Quartzite
Autres roches éruptives et métamorp hiques dures
R6
Exemple d ’application Dmax > 50 mm > 2mm < 0,080mm WL WP VBS 6,3
0
11
77
32
21
100
19
25
8
100
15
23
68
27
13
63
35
31
22
30
20
20
0
22
10
85
0
15
28
35
0
53
11
w
wopn IPI
4,5
8,5
0,8
9
0,18
0,16
18
0,08 35
18
8 1,8
10,3
10,8
Exemple d ’application Sol n°
Classe
1 2
A 1s C1B 1
3
C1 A 2ts
4 5
C2B 5m D1
6
C1B 6h
7
B 4m
Les assises en GNT Sp écifications
graves non traités pour couche de base
GNR Granularité Tab1 Angularité IC (%) > 100 Los Angles <25 MDE <20 CA <30 H non mesura h ES(0/2)>50 a sinon VB<1 propreté d
GNA
GNB Tab2
> 100
>35 <30 <25
GNC Tab3 >30 <35 <30
graves non traités pour couche de fondation
GND
GNF1
<40 <35
>60 <30 <25
GNF GNF2 Tab4 >30 <40 <35
GNF3 <50 <45
ES(0/5)>30 ES(0/2)>45 sinon VB<1.5
IP<6 sinon VB<1.5 IP<8
(0/2) >45 si IP<8
IP<8 ou VB<2 IP<12
Les assises en GNT La faiblesse majeure des couches d’assises non traitées provient de leur manque de rigidité d’où la nécessité de : – ne les utiliser que pour des trafics faibles à moyens ; – les utiliser avec des épaisseurs fortes.
Les couches d’assises en graves non traitées se comportent comme des solides élastiques, ce comportement (dû au fait que la GNT est « en coffrée » dans la chaussée) n’est atteint en fait qu’à environ 1 m du bord de la chaussée. Dés que ce type de matériau est sollicité « plus qu’il ne faut » il sort de la zone des déformations réversibles et entre dans la zone des déformations permanentes instabilité qui est due à :
Les assises en GNT a-Trafic Sous l’effet du trafic l’assise peut s’altérer par attrition (manque de dureté) et peut se déformer par manque de stabilité dû à une Angularité insuffisante. b-Ségrégation La ségrégation accroît la probabilité d’apparition de dégradations de Toutes natures. En effet dans la partie sableuse, la stabilité et la compacité seront insuffisantes par contre dans la partie où prédominent les gros éléments, le pourcentage des vides sera important d’où sensibilité à l’eau et compacité insuffisante. c-granularité Un défaut en fines peut entraîner une diminution de la cohésion. d-Propreté En présence d’eau la stabilité peut être compromise si les granulats ne sont pas propres.
Les assises en GNT e- Nature des fines Ne doit pas être argileuses ou plutôt nocive . f-Dureté La caractéristique essentielle pour garantir la permanence des qualités de l’assise g-Angularité La présence insuffisante d’arêtes vives ne va pas permettre une bonne interaction des matériaux entre eux et favorisera l’instabilité de l’assise h-Forme un excès d’éléments plats ou allongés nuit à la compacité et à la stabilité de la couche. i-Teneur en eau Les GNT obéissent aux règles du PROCTOR. Comme les courbes Proctor sont plates, une faible variation de la teneur en eau n’entraîne qu’une très faible variation de la densité sèche.
Classification LCPC
