Tracé et dimensionnement routier
SOMMAIRE Introduction 1. Généralités 2. L'organisation des études de projets routiers 3. Les référentiels techniques et les champs d’investigation 4. Conception géométrique des routes 5. Les terrassements 6. La chaussée
INTRODUCTION Ce cours a pour objectifs de fournir des réponses et des outils pour :
Comprendre les enjeux sociaux et économiques qui gravitent autour du domaine des infrastructures routières Etudier un projet routier, en prenant en compte les contraintes du milieu où il sera implanté : environnement, géologie, hydraulique, trafic, urbanisme… Maîtriser les principes fondamentaux nécessaires pour la mise en œuvre du projet
Mesurer les défis que devront intégrer les infrastructures routières demain
INTRODUCTION
Comprendre la notion de NIVEAU DE SERVICE
NOTION DE MOBILITE
1. Généralités 1.1. Historique et fonction économique des routes ❑ L’histoire de la route commence avec la sédentarisation de l’Homme il y a plus de 10 000 ans (itinéraires qui se répètent), en mésopotamie, sentiers entre les grandes cités ❑ Route de RIDGEWAY en 3000 avant JC, 139 Km, première route anglaise aménagée au sens moderne (tracé évitant rivières…) et une des premières connues au monde ❑ Premiers pavages en pierre connus en 4000 avant JC, civiliosations de l’Indus, ville d’Harappa ❑ Long périple historique en terme de choix de matériaux, des rondins de bois à la brique en terre cuite, pierre… ❑ Accélération avec l’apparition de la roue (toujours en mésopotamie vers 3500 avec JC) et le dèveloppement de l’élevage (‘bœufs, chevaux). ❑ La route devient indispensable pour la constitution et le maintien des états; l’empire romain construit un réseau important de routes pour l’armée puis pour le commerce, ce qui permet uyne fluidité de circulation militaire et civile, et matérialise la main-mise de l’Etat sur le territoire ❑ Régression au moyen âge après des avancées majeurs (routes romaines, routes goudronnées en Irak actuel au 8ème siècle
1. Généralités 1.1. Historique et fonction économique des routes ❑ La route romaine innove avec la notion de structure (terre compactée, amas et cailloux, ciment de chaux et gravier, débris de poterie agrégé par du ciment fin, blocs de silex ou tuf, bordure de séparation) ❑ Apparition de liants d’hydrocarbres en Mésopotamie au 8ème siècle, première routes goudronnées ❑ Innovations financières au 18 ème siècle (premières concessions, premiers péages aux états unis et en Angleterre) ❑ Trésaguet écrit en France le MEMORANDUM vers 1764, approche scientifique des routes, où il capitalise sur la structure romaine où il explique le transfert de charge. Il comprend l’importance du drainage (mais construit des routes en points bàs) et pointe l’importance de l’entretien. ❑ Telford, Ingénieur écossais (1757-1834) se base sur les travaux de Trésaguet mais surélève le niveau des chaussée pour optimiser le drainage ❑ John Loudom MacAdam (1756-1836) est le père de la route moderne. Remarquant l’impact des coches sur les routes, il essaie un matériau en couche de surface fait de gravions et de terre conglomérés, peu coûteux, compacté pour être imperméable et plus confortable (macadam, couches successives de granulo décroissante, avec des fines en surface pour fermer); ensuite le goudron est venu imperméabiliser le tout. Il surékève encore le niveau des routes.
1. Généralités 1.1. Historique et fonction économique des routes ❑ Le développement des infrastructures routières était lié aux politiques d'expansion des nations, déplacements militaires, puis développement commercial ; ❑ Le développement économique et industriel qui a suivi la 2ème guerre mondiale a vu une transformation du paysage industriel, notamment le développement du secteur automobile ; ❑ Ce mouvement de modernisation a touché également l'agriculture. On a alors assisté à une migration des campagnes vers les villes et à une modernisation des produits ; ❑ Cette modernisation de la production, en diminuant les coûts de revient, a permis de créer des marchés de masse. La distribution commerciale de plus en plus orientée vers les grandes surfaces de vente nécessitait des capacités de déplacement rapide ; ❑ La qualité des infrastructures de transport impacterait cette productivité. En réduisant les coûts de transports, les réseaux routiers facilitent la mobilité des facteurs de production, diminuent les distances (en facteur temps) et leur impact entre lieux de production et de consommation. ❑ Il existe une autre fonction économique exercée par la route: l'activité qu'elle génère pour sa construction et son entretien.
1.2. La route, outil d’aménagement du territoire ❑ A l'échelle locale, la présence d'un réseau routier de qualité va développer l'éloignement des zones d'habitat par rapport aux bassins d'activités. Cet éloignement modifie l'équilibre coût et temps de transport, par rapport au coût de l'immobilier : L'incidence des transports individuels est d'autant plus importante, que l'habitat est de faible densité et que l'agglomération qui joue le rôle de pôle d'attraction est de petite taille. Dans les grosses agglomérations ou les mégalopoles, le poids des transports en commun est dominant, même si la distance entre lieu d'habitat et lieu d'activités ne cesse de s'étendre. ❑ Dans les départements ruraux, la qualité du réseau routier a une deuxième incidence, elle permet de ralentir l'exode rural en maintenant l'accès aux équipements socio-culturels pour les habitants des villages. ❑ A l'échelle régionale, l'existence de réseau routier de qualité est un facteur facilitant l'implantation d'activités économiques.
1.3. Problématiques contemporaines des réseaux routiers 1.3.1. La sécurité routière ❑ Le trafic routier n'a cessé d'augmenter depuis la période de reconstruction qui a suivi la 2 ème guerre mondiale, et avec lui le risque et la réalité des accidents. Ainsi la société a peu à peu refusé l'insécurité routière. ❑ Les premières mesures avaient été alors prises, avec la limitation à 60 km/h en agglomération, la possibilité de contrôler l'alcoolémie en cas d'accident, la limitation de vitesse sur une partie du réseau. Ont suivi, les mesures répressives qui ont principalement touché le domaine de la vitesse avec la multiplication des contrôles et la mise en œuvre des premiers radars. ❑ La technique automobile a évolué sur la même période. Les véhicules ont intégré des zones de déformation, des ceintures de sécurité, des airbags (sécurité passive) ❑ La route est moins souvent responsable des causes que des conséquences de certains accidents. En effet, la technique a considérablement évolué : Les matériaux utilisés pour la fabrication des couches de roulement intègre les résultats de la recherche en matière de composition et de caractéristiques intrinsèques des granulats. Les aléas liés aux intempéries prennent moins d'importance. ❑ Quand le facteur aggravant d'une sortie de route est la « rencontre » d'un obstacle, le réseau routier principal a vu les accotements s'élargirent, les arbres bordant les chaussées abattus…
1.3.2. La gestion de voiries ❑ Le gestionnaire de la voirie est responsable de l'ensemble des mesures destinées à assurer la fonctionnalité, la sécurité et la commodité du passager sur la voie publique. ❑ En est décliné un certain nombre d'obligations. Au titre de la principale, celle de l'entretien : le gestionnaire de voirie doit mettre en œuvre l'ensemble des moyens dont il dispose pour assurer un état permettant une circulation dans des conditions de sécurité adaptées aux caractéristiques de la voie en question. ❑ Outre les obligations d'entretien, le gestionnaire de voirie réglemente l'usage de la voirie et de ses dépendances. ❑ Ainsi il conditionne les usages non ordinaires à la mise en place de mesures de sécurité (exemples: déviation pour une course de vélo, pour des travaux, limitations de vitesse...), il définit les conditions dans lesquelles un gestionnaire de réseau peut implanter des poteaux, des canalisations dans les accotements ou sous la chaussée.
2. L'organisation des études de projets routiers Tout projet, nécessite des études successives dont les portées et les objectifs seront différents et adaptés aux problématiques propres à chaque niveau de définition. Ce chapitre traite des études nécessaires à un projet d'infrastructures routières.
2.1. Particularités des projets routiers ❑ Ces projets sont essentiellement marqués par leur impact sur l'environnement. Il s'agit de nouvelles routes, autoroutes, mais aussi de modernisation d'itinéraires, de création de nouveaux points d'échange (carrefours, giratoires, échangeurs ...). ❑ Si une majorité de citoyens est utilisatrice de la route, la même majorité envisage plus difficilement le passage d'une rocade dans le fond de son jardin. ❑ A la genèse d'un projet, existent un besoin, un problème, un changement de situation. La première des étapes donc est la connaissance de l'environnement du projet, et de ses dimensions économique, environnementale, politique et sociale. ❑ UN PROJET ROUTIERE SE CONCOIT PAR RAPPORT A UN NIVEAU DE SERVICE
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Le public / Parties prenantes Les usagers L’entreprise d’exécution La maîtrise d'œuvre La maîtrise d'ouvrage
Un projet routier associe un ensemble d'acteurs directement ou indirectement concernés :
2.2. Les acteurs du projet et leur collaboration
2.3. Les étapes de réalisation du projet 2.3.1. Les études d’avant projet Le caractère linéaire de la route fait qu’elle a un impact sur des milieux de natures totalement différentes, comme le domaine foncier, l'environnement… Au niveau d'étude d’avant projet, les objectifs principaux sont : ➢ Préciser les fonctions locales de l'aménagement ; ➢ Définir des possibilités différentes de tracé ; ➢ Comparer ces possibilités différentes, que l'on qualifiera de variantes, au regard des objectifs de l'aménagement mais aussi au regard des contraintes à prendre en compte ; ➢ Choisir une variante ; ➢ Définir son coût d'objectif. L'échelle de précision permet encore de déplacer le tracé à l'intérieur d'un fuseau, pour les projets importants on parle de bande des 300 m.
2.3.2. La concertation avec le public Cette concertation peut être mise en œuvre à plusieurs niveaux. Dès les études préliminaires, elle permettra de faire émerger des paramètres de l'environnement qui auraient pu ne pas être détectés. Au stade de l'avant projet, la concertation va permettre de recueillir l'avis de la population sur chaque variante, mais aussi les remarques et aussi les pistes d'améliorations. Le bilan de la concertation guidera le maître d'ouvrage pour le choix de la solution qui sera retenue. Cette concertation peut prendre plusieurs formes: exposition, plaquettes, réunions. Elle a pour but de réduire la distance qui existe entre les concepteurs et les riverains à qui s'imposera ce projet. Elle permet de faire disparaître les zones d'ombre, les imprécisions pour le public. Elle permet aussi aux maîtres d'ouvrage et d'œuvre d'intégrer des préoccupations qui n'avaient pas été envisagées. Cela permet d’anticiper des sujets susceptibles de bloquer le projet pendant son exécution (refus de servitudes, complications de locations de terrain, intolérance au moindre gêne comme la poussière, le bruit, le trafic PL…)
2.3.3. L’enquête publique et la déclaration d’utilité publique Le dossier d'enquête publique comporte une pièce essentielle : l'étude d'impact. Cette dernière est réalisée sur les bases des études d'environnement. Pour les projets de grande importance, le dossier peut comprendre en outre, une étude socio-économique. L'enquête publique durera au moins 1 mois. Au cours de cette période, le public peut porter toute remarque, interrogation, contradiction qu'il jugera pertinent par rapport au projet. Le rapport contenant les remarques et avis issus de cette enquête aide pour la prise de décision concernant le caractère d'utilité publique ou non du projet. documents d'urbanisme. 2.3.4. Les études de projet Dès que le projet est déclaré d'utilité publique, les études précises pourront être lancées. Le tracé sera alors défini précisément, ainsi que l'ensemble de détail de construction. Parallèlement, l'ensemble des autres enquêtes sera lancé : ❑ L'enquête parcellaire : elle permettra de connaître précisément les propriétaires de chaque parcelle touchée par le projet. C'est sur sa base que les acquisitions ou le cas échéant, les expropriations auront lieu. ❑ L'enquête sur l'eau, si le projet doit faire l'objet d'une autorisation au titre de la loi sur l'eau. ❑ Les éventuelles enquêtes publiques liées à la compatibilité du projet.
2.3.5. Les appels d’offres Une fois le projet parfaitement défini, il y a lieu de passer à son exécution. Le maître d'ouvrage étant astreint au code des marchés publics exige au maître d'œuvre d’établir un dossier d'appel d'offres. Ce document contiendra tous les éléments techniques qui définiront le projet à réaliser, les référentiels et les normes techniques à prendre en compte. Il définira les conditions économiques et réglementaires de réalisation avec en particulier les modes de rémunération. Le DCE définira les conditions de mise en concurrence, les critères de jugement des offres. A l'issue de ces procédures de mise en concurrence, un candidat est retenu; son offre deviendra le contrat qui le liera avec le maître d'ouvrage.
2.3.6. L’exécution des marchés Nous venons d'indiquer que le marché public est un contrat qui lie le maître d'ouvrage avec l'entreprise retenue. Les deux parties auront, à partir de ce moment, la charge, chacune en ce qui la concerne, d'exécuter le contrat : l'entreprise pour réaliser les travaux et le maître d'ouvrage pour rémunérer l'entreprise en faisant contrôle que le contrat est respecté. Le maître d'œuvre est chargé, pour le compte du maître d'ouvrage, de veiller à la bonne exécution du marché.
2.4. Le pilotage du projet Le projet, à chaque étape de sa réalisation peut être amené à évoluer, à subir des modifications. En tout état de cause, il nécessitera des étapes de validation, des prises de décision. Un comité de pilotage créé à l'origine du projet doit être le garant des engagements validés par le programme par exemple. Il sera composé de représentants de la maîtrise d'ouvrage, du chef de projet, éventuellement de partenaires du projet : ❑ L'équipe projet : C'est la ressource humaine qui par ses compétences pourra réaliser l'étude. Elle peut être formée de personnes d'horizons et de structures différentes. Le fonctionnement en mode projet est qualifié de structure matricielle dans les modèles d'organisation du travail. ❑ Les partenaires du projet : Il peut s'agir de partenaires financiers. dans le cas de projet d'infrastructures routières, il s'agit de collectivités locales. Leur participation leur donne une forme de pouvoir en matière de choix, de tracé par exemple.
3. Les référentiels techniques et les champs d'investigations 3.1. Les différents types de routes ❑ Le réseau structurant : ❑ Autoroute de liaison : deux chaussées séparées par un terre plein central non franchissable, à carrefours dénivelés, isolée de son environnement, sans accès riverain, à trafic élevé et à vitesse limitée à 120 km/h (100 km/h) en site difficile. ❑ Route express : route de transit à une chaussée ou deux chaussées, à carrefours dénivelés, isolée de son environnement, à trafic moyen et à vitesse limitée à 100km/h. ❑ Autres voies principales : ❑ Artère interurbaine : route multifonctionnelle à deux chaussées séparées par un terre-plein central infranchissable, à carrefours giratoires ou plan sans traversée du terre plein central, à vitesse limitée à 100 km/h si absence d'accès riverains ou à 80 km/h si accès riverains. ❑ Autre route principale : route multi-fonctionnelle à une chaussée, à carrefours plans ou giratoires, à accès riverains, à trafic moyen et à vitesse limitée à 100 km/h. ❑ Routes secondaires: Ce sont des routes possédant les mêmes caractéristiques que les autres routes principales, mais à faible trafic. ❑ Voies urbaines : Elles se décomposent en : ❑ Voies principales urbaines, qui peuvent être à une ou deux chaussées ❑ Voies de desserte d'activités locales à une chaussée.
3.2. Les instructions techniques Définir les caractéristiques d'une route, c'est concevoir les 3 éléments géométriques : le tracé en plan, le profil en long et le profil en travers. Les instructions techniques fixent les règles relatives à la construction de ces trois éléments. Les exigences qui ont prévalu à l'élaboration des normes sont de deux ordres: sécurité des usagers et capacité des infrastructures à écouler le trafic.
3.2.1. L’exigence de sécurité Le déplacement d'un véhicule sur une route est, aujourd'hui, l'interaction de trois composantes : ❑ l'homme, qui analyse et décide à partir de sa perception des informations qui lui proviennent ; ❑ l'automobile, structure mécanique, en liaison avec la chaussée par des pneumatiques ; ❑ l'environnement qui fournit des informations au chauffeur, et qui interagit avec l'automobile. La conception de routes s’intéressent aux interactions : ❑ entre le véhicule et l'environnement : l'étude des contraintes dynamiques qui s'appliquent sur un véhicule, et du mode de fonctionnement du couple véhicule-infrastructure permet de fixer les limites des principale caractéristiques du réseau routier. ❑ entre l'homme et l'environnement : pour que l'automobiliste puisse adapter son comportement, il est indispensable qu'il dispose à temps des informations nécessaires; Cette contrainte est la visibilité.
3.2.2. L'adéquation de l'infrastructure aux contraintes dynamiques L'automobile est une structure soumise à un ensemble de forces distinctes : ❑ les forces naturelles : ❑P = Mg
: attraction terrestre qui accorde au contact sol-pneumatique son adhérence.
❑F = MV²/R : la force centrifuge qui tend à faire sortir le véhicule de la bande de roulement dans les trajectoires circulaires. ❑ les forces internes au véhicule : l'effort de traction ou de freinage pour susciter le mouvement ou l'arrêt du véhicule. ❑ les forces de réaction à l'interface sol-pneumatique : Les composantes tangentielles de ces forces assurent et contrôlent le déplacement du véhicule.
La conception de la géométrie de la route doit être telle qu'elle n'entraîne pas à une rupture de l'équilibre transversal en courbe, à des accélérations résiduelles ou à des variations d'accélération brutales préjudiciables à la sécurité et au confort des usagers. La prise en compte de l'équilibre transversal du véhicule dans les normes de tracé en plan se définit à partir des éléments suivants : ❑ Déversement des chaussées dans les courbes ; ❑ Élasticité , déformation et dérive du pneumatique ; ❑ Valeur du rayon minimum associé au dévers maximum.
3.3. Les thématiques de l’étude de tracé routier 3.3.1. Les études de trafic La problématique qui est à la base des projets d'infrastructure routière est souvent liée à l'insuffisance de réseau existant. Il est alors nécessaire, d'en préciser les contours, puis pour en dessiner les solutions, d'en quantifier précisément les composantes. La connaissance des trafics commence par un recensement de l'état existant permettant : ➢ de hiérarchiser le réseau routier par rapport aux fonctions qu'il assure ; ➢ de mettre en évidence les difficultés dans l'écoulement des flux (avec leurs conséquences sur les activités humaines). L'étude de trafic est une donnée nécessaire aux réflexions sur le développement des infrastructures de transport. Elle impactera directement les caractéristiques des voies à créer ainsi que les caractéristiques des chaussées. Dans ce registre on peut citer : ➢ nécessité ou non d'une déviation d'agglomération ; ➢ choix du tracé par rapport aux zones bâties ; ➢ position des échangeurs ; ➢ géométrie des carrefours ; ➢ dimensionnement des chaussées en fonction des trafics poids-lourds cumulés.
REMARQUE IMPORTANTE OUTILS DE MESURE DU TRAFIC • • • • •
Comptage manuel Comptage par boucle électromagnétique Comptage par boucle pneumatique Comptage par mesure de densité (logiciels adaptés) Les statistiques sont traitées en histogrammes (Bagage statistique nécessaire)
REMARQUE IMPORTANTE TERMINOLOGIE • Trafic de transit : origine et destination en dehors de la zone étudiée (important pour décider de la nécessité d'une déviation) ; • Trafic d'échange : origine à l'intérieur de la zone étudiée et destination à l'extérieur de la zone d'échange et réciproquement (important pour définir les points d'échange) ; • Trafic local : trafic qui se déplace à l'intérieur de la zone étudiée ; • Trafic moyen journalier annuel (T.M.J.A.) égal au trafic total de l'année divisé par 365 ; • Unité de véhicule particulier (U.V.P.) exprimé par jour ou par heure, on tient compte de l'impact plus important de certains véhicules, en particulier les poids lourds en leur affectant un coefficient multiplicateur de deux ; • les trafics aux heures de pointe, avec les heures de pointe du matin (HPM), et les heures de pointe du soir (HPS) ; • le trafic journalier de fin de semaine ; • le trafic journalier moyen d'été : important pour les régions estivales. • Trafic Induit : Trafic supplémentaire généré exclusivement généré par une infrastructure nouvelle
3.3.2. Les études d’environnement Réglementairement, la réalisation ou la modernisation d'une infrastructure doit faire l'objet d'une étude d'impact environnementale (EIE). Pour réaliser cette étude d'impact, il faut aborder l'ensemble des thématiques directement liées à l'environnement (eau, air, faune, flore), mais aussi sur l'environnement de l'être humain. ❑ L'eau : Dans ce cadre, il faut tenir compte des impacts d'apports provenant des gaz d'échappement, de l'usure des chaussées et des pièces des véhicules ainsi que la pollution accidentelle sur les eaux de ruissellement et la nappe ; ❑ Faune, flore : L'impact sur les milieux naturels doit être apprécié sur l'ensemble d'un biotope ou d'une zone écologique dès lors que l'équilibre de la flore et de la faune est menacé, notamment sur les zones humides, marais et berges ainsi que les couloirs de migration des animaux ; ❑ Bruits : Deux facteurs sont bien évidemment à l'origine de ce bruit : le revêtement routier et le pneumatique.
3.3.3. Les études d’urbanisme Ces études mettront en évidence l'affectation des zones à l'intérieur du périmètre d'étude (zone d'activités économiques, zones commerciales, zones d'habitat en distinguant habitat collectif, habitat individuel densité de population ...).
3.3.4. Les études géotechniques Ces études sont nécessaires pour mesurer dès l'avant projet sommaire, l'incidence des choix de profil en long et d'une manière générale du tracé en terme de coût. Elles permettent d’évaluer le coût de réalisation des terrassements, ainsi que des traitements éventuels, de la nécessité de recourir aux matériaux d'apport ... Le résultat de ces études sera pris en compte pour la comparaison des variantes.
3.3.5. Les études hydrauliques Les études hydrauliques inventorient l'existence de cours d'eau et d'une manière générale des écoulements d'eau en surface. Ces études détermineront ensuite l'incidence du projet sur ces écoulements et les équipements à prendre en compte pour maintenir ces écoulements. A ce titre ces résultats dimensionneront la portée des ouvrages de franchissement des cours d'eau.
3.4. Les études de tracé routier L’étude de tracé routier doit prendre en compte 5 aspects essentiels : ❑ L’Aspect Génie Civil : consiste à réaliser des ouvrages équilibrés, stables et dont la pérennité ne saurait être menacée par les éléments extérieurs ou les forces internes. ❑ L’Aspect Fonctionnel : consiste à réaliser des ouvrages dont les caractéristiques géométriques et l'état de la surface assureront l'écoulement du trafic dans les meilleures conditions de confort et de sécurité pour les personnes et les biens transportés ❑ L’Aspect Économique : consiste à rechercher le projet ayant les caractéristiques les plus larges possibles en grevant le moins le coût - et en veillant à ce que la solution technique ne soit pas sacrifiée à la recherche absolue du moins coûteux. ❑ L’Aspect Environnement : consiste à prendre en compte l'impact de l'infrastructure sur l'aménagement régional, le respect du cadre de vie, l'intégration au paysage. ❑ L’Aspect Politique : consiste à exposer les Avantages et les Inconvénients des différentes solutions pour aider le décideur dans son choix.
4. Conception géométrique des routes 4.1. La visibilité 4.1.1. Objectif et méthode Le conducteur conduit en fonction de ce qu’il voit. Le code de la route fixe les règles de comportement du conducteur dans les cas où les conditions de visibilité ne sont pas satisfaisantes. Il peut s'agir soit de conditions météorologiques défavorables (pluie, brouillard) soit de configurations physiques particulières (sommets de côte, intersections, virages). Dans un souci de sécurité mais également de confort, la conception géométrique des routes doit permettre d'assurer des conditions de visibilité satisfaisantes tant au droit des points singuliers qu'en section courante. Une des tâches du concepteur routier est de rechercher un juste équilibre entre les besoins en visibilité et les contraintes spécifiques au projet. Ces exigences dépendent de la vitesse pratiquée, du temps de réaction et de la distance nécessaire à la manœuvre visée.
4.1.2. Estimation des vitesses pratiquées A côté de la vitesse max autorisée, il est nécessaire de connaître la vitesse réellement pratiquée. On utilise la notion de V85 : vitesse au dessous de laquelle roulent 85% des usagers. Cette valeur peut être mesurée sur les itinéraires existants, et estimée pour les projets neufs. Au droit des points singuliers, elle est déterminée en fonction du nombre et des caractéristiques des voies ainsi que du minimum obtenu par le calcul avec le rayon ou la pente de la route. ❑ Sauf pour autoroutes, la vitesse V85 est fonction du nombre de voies et du rayon R :
❑ Sauf pour les autoroutes, la vitesse V85 est également fonction du nombre de voies et de la rampe p en % :
Quelques valeurs de base en alignement droit et à plat :
Cependant, aujourd'hui, le principe retenu est d'écrêter la V85 à la vitesse maximum réglementaire. On ne conçoit plus de dimensionner des infrastructures pour des vitesses pratiquées supérieures aux vitesses réglementaires. Donc, sauf dans les cas de mesure où il s'avèrerait que la V85 pratiquée soit inférieure à la vitesse réglementaire, c'est cette dernière qui doit être retenue. La seule exception concerne la visibilité en carrefour où dans tous les cas, pour des impératifs de sécurité, on prend en compte la V85. Cette vitesse sert notamment aux calculs ❑ de la distances d’arrêt. ❑ de la distance d’évitement.
A. La distance d'arrêt C'est la distance conventionnelle théorique nécessaire à un véhicule pour s'arrêter compte tenu de sa vitesse, calculée comme la somme de la distance de freinage et de la distance parcourue pendant le temps de perception – réaction. ❑ La distance de perception réaction : c'est la distance parcourue à vitesse constante v pendant le temps de perception réaction. Ce temps est constitué du temps physiologique de perception-réaction (1,3 à 1,5 s) et le temps mort mécanique d'entrée en action des freins (0,5 s). Pour le calcul, on adopte généralement la valeur de 2 s pour la perception-réaction quelle que soit la vitesse même s'il est admis qu'en situation d'attention soutenue ce temps peut être réduit à 1,8 s. ❑ La distance de freinage : c'est la distance conventionnelle nécessaire à un véhicule pour passer de sa vitesse initiale à 0. Elle ne correspond pas aux données des constructeurs automobiles et est fonction de la vitesse initiale, de la déclivité et du coefficient de frottement longitudinal (valeur comprise entre 0 et 1). Ce dernier, de part ses hypothèses de calcul, offre des marges de sécurité importantes pour la majeure partie des situations :
❑ La distance d’arrêt : En courbe, il convient de prendre en compte l'accroissement de la distance d'arrêt. En effet, le freinage doit être moins énergique en courbe et il est donc admis de majorer de 25% la distance de freinage pour les virages.
B. La distance d‘évitement C'est la distance nécessaire pour effectuer une manœuvre d'évitement par déport latéral en cas d'obstacle fixe imprévu sur la chaussée. Cette distance peut être utilisée lorsqu'il n'est pas possible d'assurer une distance de visibilité supérieure ou égale à la distance d'arrêt. Pour assurer l'évitement de véhicules, il convient d'assurer un dégagement latéral revêtu de largeur compatible. Elle correspond à la distance parcourue à vitesse constante pendant une durée estimée entre 3,5 et 4,5 secondes qui intègre : ❑ le temps nécessaire pour effectuer la manœuvre d'évitement (entre 2,5 et 3 s) ; ❑ le temps de perception – réaction (1,5 s sur autoroute et 1 s sur route principale). Sur la base de ces notions et du niveau de service souhaité, le concepteur devra déterminer si les conditions de visibilité offertes par le tracé sont compatibles avec la réalisation des manœuvres citées ci-dessus et notamment au droit des points singuliers.
4.1.3. Exigences en matière de visibilité La visibilité se décline selon les enjeux : a . pour voir la route (la visibilité sur virage) : La distance nécessaire peut être estimée à la distance parcourue en 3 secondes à la vitesse V85 (en m/s) et mesurée entre le point d'observation : l'œil du conducteur (hauteur 1 m, 2 m du bord droit de la chaussée) et le point observé (hauteur 0 m sur l'axe de la chaussée au début de la partie circulaire du virage). b . pour s’arrêter (la visibilité sur obstacle) : En fonction du type de route, il appartient au concepteur de déterminer la hauteur de l'obstacle à prendre en compte. Généralement c'est la hauteur du feu arrière d'un véhicule (minimum réglementaire : 0,35m). Pour des zones à chute de pierres par exemple, le min est 0,15m. c. pour redémarrer à un carrefour ou d'un accès riverain (exemple d'un carrefour plan) : L'objectif est de donner au conducteur de la route non prioritaire le temps nécessaire pour effectuer sa manœuvre avant l'arrivée d'un véhicule sur la route principale. Une distance correspondant à 8 s à la vitesse V85 sur la route principale est nécessaire (6 s est le minimum). d. pour réaliser une manœuvre de sortie d'une voie à chaussée séparée avec échangeur : La distance de manœuvre est définie comme la distance parcourue à vitesse constante V85 (en m/s) pendant le temps nécessaire pour opérer, soit 6 secondes. e. pour dépasser en toute sécurité (la visibilité pour un dépassement) : Pour les routes bidirectionnelles, une distance de 500m de visibilité permet généralement d'assurer des dépassements sûrs dans la majorité des cas..
4.1.4. Distances de visibilité offertes par le tracé Les distances sont évaluées en fonction des caractéristiques géométriques du tracé tant en profil en long, tracé en plan et profil en travers en tenant compte des masques latéraux.
A. Exemple de tracé en plan La distance de visibilité en virage est donnée par :
Avec :
R le rayon du virage ; e = 2 m + la
B. Exemple de profil en long La distance de visibilité en angle saillant dépend de la hauteur de l’œil ho et de celle visée hv : La formule employée est dérivée de celle de la parabole : ho = xo²/2R ; hv = xv²/2R Distance de visibilité =
4.1.5. Comparaison et choix du concepteur A partir de ces éléments, il appartient au concepteur, dans le cadre général de la commande du maître d'ouvrage et des contraintes du projet (topographie, environnement, géotechnique, ouvrage d'art, coût), de chercher à satisfaire au mieux les exigences de visibilité. Il va de soi que les points singuliers de l'itinéraire susceptibles de surprendre l'usager (carrefours, virages à faible rayon, zone de chute de pierres) devront bénéficier d'un examen rigoureux.
4.2. Profil en travers 4.2.1. Eléments constitutifs Le profil en travers d'une route est représenté par une coupe perpendiculaire à son axe :
Pour les routes à chaussées séparées, on intègre un terre plein central (TPC).
4.2.2. La largeur de chaussée Il n'y a pas de largeur minimale réglementaire pour une chaussée. Cette valeur doit être retenue en fonction du type de véhicules circulant ou attendus sur l'itinéraire et des vitesses prévues. En ce qui concerne le véhicule, le code de la route a fixé les dimensions maximales des véhicules à 2,60 m hors rétroviseur : ces derniers peuvent faire une saillie de 20 cm au-dessus de 1,90 m. Les marges de sécurité latérales doivent tenir compte des vitesses pratiquées sur l'itinéraire et de ce fait, des valeurs de 3,00 à 3,50 m sont usuellement retenues pour les routes principales.
4.2.3. Zone de récupération et zone de dégagement de sécurité Sur les routes marquées en rive, l'effet bénéfique sur l'accidentologie de la création d'accotements revêtus permettant à un conducteur de rétablir son véhicule suite à un écart fortuit est démontré. Le dimensionnement de cette zone de récupération est fortement dépendant des vitesses pratiquées et sa largeur dépend du type de voies et des possibilités : de 0,25 à 2,50 - 3,00 m sur autoroute. Cette zone de récupération est de fait multi fonctionnelle : les piétons peuvent y marcher et les vélos y circuler. Il conviendra de rechercher : ❑ la meilleure tenue dans le temps des qualités de sécurité de l'accotement ❑ un contraste avec la surface de la chaussée (le sentiment d'une chaussée trop large)
Au Maroc, par exemple, et pour les routes (hors autoroutes), elle varie de 1 m à 2,5 m :
Pour les autoroutes, la largeur de l’accotement varie entre 3,25 et 3,75 m (dont 2,50 m pour la Bande d’Arrêt d’Urgence BAU (3,00 m si pente importante) + 0,75 de berme). L'accotement joue principalement les rôles suivants : ❑ sert de support latéral à la structure de la chaussée ; ❑ sert de refuge aux véhicules arrêtés ou en panne ; ❑ Permet la circulation des véhicules d'urgence ; ❑ Permet la récupération de véhicules déviant de leur trajectoire normale ; ❑ facilite les opérations d’entretien de la chaussée et des ses dépendances (Déviations ) ; ❑ etc.
4.2.4. Le dévers Le dévers ou pente transversale permet de favoriser l'évacuation des eaux de surface. Dans les rayons de courbure faible, il contribue à l'équilibre dynamique des véhicules. Toutefois, cette contribution reste limitée et sa valeur est donc plafonnée (généralement à 7%). Au-delà de cette valeur plafond, d'autres problèmes surviennent et notamment des difficultés constructives. Ce maximum doit être réduit dans certains cas comme par exemple les zones enneigées ou soumises à verglas fréquent ainsi que les zones où la pente en profil en long est déjà forte.
4.2.4. Le dévers • Pour des raisons de cinématique et de confort des passagers des véhicules, le rayon R d'un cercle doit satisfaire à une relation liant R à V et δ. • V2= k * R (δ + f(V))où V est la vitesse pratiquée par le véhicule, δ le déversde la chaussée, f(V) une fonction de V qui tient compte de l'absorption d'une partie de la force centrifuge par les suspensions du véhicule. • C'est le dévers δ qui est d'abord déterminant : il est choisi pour des raisons de confort, d'esthétique ou d'écoulement d'eau. Puis la vitesse intervient car on veut assurer la possibilité d'atteindre certaines vitesses suivant les zones du tracé. Le rayon des cercles se trouvera ainsi déterminé par la relation précédente, ainsi :
4.3. Le tracé en plan Le tracé en plan d'une route est constitué d'une succession d'alignements droits, de courbes circulaires séparés ou pas par des raccordements progressifs. Il vise à assurer de bonnes conditions de sécurité et de confort tout en s'intégrant au mieux dans la topographie du site.
4.3.1. Les virages
Le dimensionnement des rayons du tracé en plan et des dévers correspondant est lié : ❑ à la dynamique des véhicules ; ❑ aux conditions de contact pneu/chaussée ; ❑ au confort de l'usager. Ces paramètres permettent de déterminer deux valeurs fondamentales en matière de virages : ❑ le rayon minimal qui assure la stabilité des véhicules à la vitesse de référence lorsqu'il est associé au dévers maximal (généralement 7%) ; ❑ le rayon non déversé qui assure cette même stabilité en l'absence de dévers. Pour le dimensionnement, il est tenu compte généralement d'une marge de confort correspondant à l'accélération transversale admise par le conducteur, ce seuil de confort peut être fixé à 1/2 du seuil de stabilité.
L’analyse précédente nous donne les valeurs de rayon suivantes par couple vitesse-dévers :
4.3.2. Raccordements progressifs (Clothoïdes) L'utilisation de raccordements progressifs pour introduire les courbes répond à deux objectifs : ❑ faciliter la manœuvre de virage ; ❑ permettre d'introduire / modifier progressivement le dévers et la courbure. La longueur de ces raccordements est limitée afin de faciliter l'appréciation de la courbe finale par l'usager notamment en cas de faible rayon. Ci-contre, un exemple de valeurs admises :
Dans le cas de routes en relief difficile, la réduction de longueur voire la suppression des raccordements progressifs peut être envisagée. Dans ce cas, la variation du dévers débutera dans l'alignement droit en évitant d'empiéter sur la courbe.
4.3.2. Raccordements progressifs (Clothoïdes) Quelques compositions de courbes sont fréquentes : - Courbe en S : formées de deux arcs de clothoïde, de concavités opposées raccordant 2 cercles. - Courbe à sommet : Deux arcs de clothoïde de même concavité raccordant 2 alignements droits. - Courbe en C : Deux arcs de clothoïde de même concavité raccordant deux cercles sécants ou extérieurs l'un à l'autre. Courbe en ove : Un arc de clothoïde de même concavité raccordant deux arcs de cercles, l'un intérieur à l'autre.
Courbe en S
Courbe en OVE
Courbe en C
Courbe à sommet
4.3.2. Raccordements progressifs (Clothoïdes) L'utilisation de raccordements progressifs pour introduire les courbes répond à deux objectifs : ❑ faciliter la manœuvre de virage ; ❑ permettre d'introduire progressivement le dévers et la courbure. La longueur de ces raccordements est limitée afin de faciliter l'appréciation de la courbe finale par l'usager notamment en cas de faible rayon. Ci-contre, un exemple de valeurs admises :
Dans le cas de routes en relief difficile, la réduction de longueur voire la suppression des raccordements progressifs peut être envisagée. Dans ce cas, la variation du dévers débutera dans l'alignement droit en évitant d'empiéter sur la courbe.
4.3.3. Principes d’enchaînements Le principe de l'homogénéité des caractéristiques en matière de déclivité et de rayon des courbes doit être respecté pour les routes interurbaines bi-directionnelles. Ce principe se traduit par : ❑ les faibles rayons sont néfastes au confort de l'usager et à la sécurité à l’extrémité d’un alignement droit ; ❑ trop de grands rayons nuisent à la sécurité des dépassements tout en favorisant les vitesses élevées. Il est préférable de recourir à des alignements droits (50 % du linéaire pour dépassement ou implantation de carrefours) et des courbes moyennes. ❑ une courbe à faible rayon après une succession de grands rayons pose des problèmes de sécurité dans la mesure où l'usager s'attend à une certaine homogénéité sur l'itinéraire. On préconise par exemple de respecter : entre deux courbes successives de rayon R1 et R2, l'équation suivante : 0,67 < R1/R2 < 1,5 sauf en cas de rayons > 500m. ❑ deux courbes de même sens doivent être séparées par une longueur d'alignement droit. Les courbes circulaires de rayon < à 1.5Rnon déversé doivent donc respecter ces règles : ❑ Etre introduites sur des longueurs de 500 à 1000 m par des courbes de rayon supérieur ; ❑ Deux courbes successives doivent satisfaire à la condition : R1 <1.5 R2 ; ❑ Etre séparées par un alignement droit d'au moins 200mètres sauf pour les courbes de sens contraire introduites par des raccordement progressifs.
4.4. Le profil en long Le profil en long est l’élévation verticale de l’axe de la route. Il se caractérise par une succession de déclivités liées par des raccordements.
4.4.1. Pentes et rampes Les profils en long des routes doivent être établis de manière à permettre l'écoulement des eaux pluviales et le drainage de la plate-forme. En conséquence, on s'attachera à assurer un min de : ❑ 0,5 à 1% pour les zones où le dévers est nul afin d'assurer l'évacuation des eaux ; ❑ 0,2 % dans les longues sections en déblai afin d'éviter des sur-profondeurs pour le dispositif longitudinal d'évacuation des eaux pluviales. Et généralement, il convient d'éviter les déblais profonds délicats à assainir et les points bas en déblai. En ce qui concerne la valeur maximale, il est communément admis de : ❑ respecter la fourchette 8 à 10% en fonction notamment de la sensibilité aux phénomènes hivernaux (problèmes de freinage des poids lourds par exemple). ❑ éviter d'intercaler une pente de valeur moyenne entre deux zones de forte pente (problème de remise en vitesse des véhicules) ; ❑ positionner des points singuliers dans ou immédiatement après ces zones de forte pente.
4.4.2. Raccordements circulaires ❑ Angles saillants : Les rayons correspondants doivent être dimensionnés au regard des contraintes de sécurité et de visibilité (cf. paragraphe visibilité). En fonction des caractéristiques du tracé en plan, on s'attachera à garantir la visibilité sur obstacle ou pour dépassement. ❑ Angles rentrants : Ces rayons ne posent pas de problèmes de sécurité majeurs mais leur dimensionnement est essentiellement conditionné par des contraintes de confort dynamiques, les conditions de visibilité nocturnes et l'évacuation des eaux de ruissellement. La présence d'un passage supérieur au droit d'un angle rentrant mérite un examen particulier. En pratique, ❑ jusqu'à 70 km/h, c'est la contrainte de visibilité nocturne sur obstacle qui est dimensionnante. Sur la base d'un faisceau de phares, d'axe horizontal situé à 0,75m et de 1 degré d'ouverture, et pour une distance d'arrêt en courbe d (m), le rayon est donné par : R = d²/(1,5+0,035d) ❑ pour 80 Km/h, c'est la distance d'arrêt en ligne droite qui est retenue ; ❑ Au delà, la contrainte principale relève du confort et concerne l'accélération verticale subie par les usagers. Les normes internationales admettent une accélération verticale maximale de 0,3 m/s² soit environ g/33. La condition résultante est : R = V²/3,9 avec V exprimée en km/h Pour les routes à relief difficile, la valeur maximale envisageable peut être portée à 0,5 m/s².
4.5. Coordination tracé en plan – profil en long Outre les objectifs d'intégration dans le site, la coordination entre le tracé en plan et le profil en long vise également en terme de sécurité à assurer pour l'usager : ❑ la perception des points singuliers de l'itinéraire ; ❑ la prévision anticipée des évolutions du tracé ; ❑ l'appréciation du terrain sans être abusé par des trompe-l'oeil ou gêné par des discontinuités. Les pertes de tracé, si elles ne sont pas gênantes pour l'usager, peuvent parfois engendrer une perception erronée du tracé routier de jour comme de nuit. En conséquence, il est nécessaire d'assurer la visibilité d'une longueur de route compatible avec la distance d'accommodation moyenne pour la vitesse pratiquée (distance conducteur – point sur lequel il fixe son attention). Cette longueur est de l'ordre de 180 m à 40 Km/h et 500 m à 90 Km/h. L'expérience acquise dans le domaine routier a permis d’édicter des règles concernant la synthèse entre le tracé en plan et le profil en long : ❑ essayer de faire coïncider les courbes de tracé en plan avec les courbes de profil en long en essayant de respecter par exemple Rvertical >6 Rhorizontal ; ❑ éviter qu'un début de courbe faible (< 300 m) se situe en point haut de profil en long ; ❑ éviter de positionner des carrefours ou accès en point haut, courbes ou zone de visibilité réduite
❑ Exemple : Angle saillant
❑ Exemple : Angle rentrant
5. Les terrassements 5.1. Remblai / Déblai 5.1.1. Terminologie Terrasser, c'est extraire, transporter et mettre en dépôt ou en remblai. C'est une opération incontournable pour la réalisation d'un chantier de chantier de route. ❑ Quand la route est construite au-dessus du terrain naturel, on dit qu’elle est en REMBLAI. C’est le volume du matériau de terrassement mis en œuvre par compactage et destiné à surélever le profil d’un terrain ou combler une fouille ; ❑ Quand elle est construite au-dessous du terrain naturel, on dit qu’elle est en DEBLAI. C’est le sol retiré du terrain naturel par creusement d’une fouille ou extraction en masse.
On appelle talus, la partie de route comprise entre l'accotement et le fossé extérieur. On distingue les talus de remblais et les talus de déblais
5.1.2. Principes et séquences des Déblais / Remblais Autrefois, le terrassement était effectué manuellement et le transport par chariots à traction animale. Les projeteurs recherchaient donc le plus petit volume à terrasser et la distance la plus courte pour le transport. Les études cherchaient à faire "coller" le projet au terrain. Il paraissait intéressant d'équilibrer les déblais avec les remblais, c'est à dire d'avoir des volumes égaux. Aujourd'hui, ces notions d'équilibre et de minimisation des transports restent valables, mais sont conditionnées par certains paramètres, dont : ❑ Les caractéristiques et la nature du sol de déblai (Géotechnique) ; ❑ Les caractéristiques du site du chantier (encombrement, sécurité, impact sur l’environnement) ; ❑ Les volumes de déblai et de remblai en regard de la durée prévue des travaux ; ❑ Les distances à franchir pour le déblai et le remblai ; ❑ Les problèmes liés à l’assainissement…
5.1.3. Les pentes de talus Pour des raisons évidentes de sécurité, les pentes de talus en déblai ou en remblai doivent assurer la stabilité des matériaux. Les pentes de talus varient selon plusieurs paramètres notamment la nature du sol, la granulométrie et de la cohésion de ses particules. Ces paramètres sont déterminés par les études géotechniques inhérentes au projet routier.
5.2. Réalisation des terrassements 5.2.1. Organisation des travaux Si on les place en séquence chronologique, les opérations de terrassement se réalisent selon l’ordre suivant : Débroussaillage & essouchement
Déblai et transport
Décapage
Régalage /profilage
Transport & remblai
Aménagement final
Compaction
L’organisation des travaux et le choix des équipements et des méthodes de terrassement s’appuient sur certains principes importants : ❑ Le coût unitaire des travaux de terrassement doit être le plus bas possible ; ❑ Le temps requis pour l’exécution du terrassement doit se conformer à ce qui a été planifié ; ❑ Les matériaux de remblai doivent être transportés le plus près possible de leur position finale ; ❑ Les méthodes de terrassement retenues doivent être respectueuses de la réglementation (environnement, signalisation, horaire établie) en vigueur…
5.2.2. Réalisation des déblais L'exécution des déblais doit intégrer les contraintes propres à chaque phase de leur réalisation : ❑ L’extraction : Celle-ci se réalise suivant les modalités du guide GTR qui, pour un type de matériau donné (banc rocheux, sols meubles et compacts, etc) conseille un type d'extraction ; ❑ Préparation du chantier de remblai : à faire simultanément ou peu avant l’extraction ; ❑ Transports des matériaux : les engins doivent être adaptées aux cadences du transport ; ❑ Écoulement des eaux : doit être pris en compte dans la préparation et tout au long du chantier. Plusieurs solutions peuvent être mises en œuvre, dont : ❑ rabattre la nappe par tranchée drainante ou par pompage (si présence de nappe) ; ❑ masque drainant (assure à la fois le rôle de drain et de stabilisateur au remblai) ; ❑ réalisation de fossés, maintien de pentes transversales et entretien des pistes… ❑ La réalisation des talus : conformément aux résultats de l’étude géotechnique.
5.2.3. Réalisation des remblais L'exécution des remblais doit tenir compte principalement de : ❑ La préparation du chantier de remblai : Décapage, traitement des zones compressibles, assainissement… ❑ Traitement des matériaux d’apports : notamment ceux extraits des déblais.
5.3. La cubature des terrassements 5.3.1. Définitions ❑ La cubature est l’évaluation des volumes des terres, à enlever et à apporter pour réaliser le projet, à partir des : ❑Surfaces de remblais et de déblais obtenues par le profil en travers ; ❑Distances entre profils en travers indiquées sur le profil en long. ❑ Les entrées en terre sont les points auxquels les talus du projet entre en intersection avec le terrain naturel ; ❑ Selon ces entrées, on définit 3 types de profils en travers d’une route : Profil en déblai, profil en remblai et profil mixte :
❑ Le mouvement de terres est l’opération qui consiste, au moyen d’engins appropriés à effectuer le transport des terres de déblai (ou d’emprunt) en remblai (ou dépôt).
5.3.2. Calcul des cubatures Le calcul des volumes de terrassement exige l’application de formules élémentaires et simplifiées de géométrie, afin de rendre aisée l’estimation des quantités des travaux (coûts unitaires de remblais, déblais, transport et mise en œuvre, etc). Ce calcul peut se faire via les hypothèses suivantes : ❑ Le calcul se fait dans le sens de parcours du projet ; ❑ Le terrain est supposé régulier entre deux profils en travers ; ❑ Plus le nombre en travers sera grand, meilleur sera la précision des calculs de cubatures. Le volume total de cubature d’un projet linéaire, on peut être estimé par une formule géométrique qui fait intervenir la distance d’application d’un profil en travers, dite « entre-profils ». Cette méthode admet que le volume engendré par un profil est le produit de sa surface et la moyenne des entre-profils qui l’encadrent. Cela permet d’associer un volume de cubature à chaque profil en travers. Pour un volume total discrétisé en n+1 profils, on a :
Où : Si est la surface (de déblai ou remblai) du profil i ; di est la distance entre les profils i-1 et i.
5.3.3. Mouvement des terres Le problème des terrassement ne se résume pas à l’équilibre des remblais déblais, mais doit tenir compte, entre autres, de la nature des matériaux pour une éventuelle réutilisation en remblai ainsi que des distances à parcourir pour ces mouvements de terres. En pratique, cette opération ne peut pas se réaliser sans foisonner le sol et y induire des vides. Ainsi, le volume qu’il représentait à son état d’origine sera augmenté et par conséquence, sa masse volumique sera réduite. On appelle « foisonnement initial », l'augmentation du volume d’un sol qui est extrait de sa position initiale et qui est ameubli lors d'opération de décapage ou d'excavation. Le « foisonnement final », exprime la variation du volume d’un sol entre sa condition initiale (volume en place) et qui est ensuite compacté dans une opération de remblai. Le foisonnement s’exprime en pourcentage et prend en référence, le volume à l’état naturel du sol à déblayer. La production des équipements de terrassement se calcule généralement à partir des volumes foisonnés. C’est une opération essentielle pour l’estimation du coût des terrassements et du projet routier en général.
6. La chaussée 6.1. Composantes d’une chaussée et familles de structures 6.1.1. Structure d’une chaussée Arase de terrassement Plate forme support de chaussée Accotement Roulemen L t iaison
Couches de surface
Base Couches d’assise Fondation Couches de forme
Sol support
La chaussée est la surface aménagée de la route sur laquelle circulent les véhicules. Elle est généralement constituée des éléments suivants :
❑ Couche de forme : Cette couche doit présenter des caractéristiques minimales de : ❑traficabilité, pour assurer, pendant l'exécution des travaux de chaussée, la circulation des engins approvisionnant les matériaux de l'assise ; ❑nivellement, pour garantir la régularité de l'épaisseur des couches de la chaussée terminée ; ❑déformabilité, pour permettre le compactage correct des couches de chaussée ; ❑résistance, vis-à-vis du gel si nécessaire. A long terme (pendant l’exploitation de l’ouvrage), ses fonctions se rapportent au comportement de la chaussée au service, à savoir : ❑l’homogénéisation de la portance ; ❑le maintien dans le temps d’une portance minimale de la plate forme ; ❑la contribution au drainage de la chaussée.
❑ Couche d’assise : Elle est généralement constituée de deux couches, la couche de fondation surmontée de la couche de base. Ces couches sont en matériaux élaborés. Lors de la construction de la chaussée, elles : ❑fournissent un support bien nivelé pour la couche de surface ; ❑fournissent un support de portance suffisante pour le compactage de la couche de surface ; ❑servent provisoirement de couche de roulement (circulation de chantier). A long terme (exploitation de la route), elles : ❑doivent protéger le sol support de la pénétration du gel ; ❑apportent à la chaussée la résistance mécanique, pour résister aux charges du trafic ; ❑répartissent les pressions sur le sol support afin de maintenir les déformations à ce niveau. Les matériaux utilisés pour ces couches peuvent être : ❑Les graves non traitées (GNT) : pour couche de fondation (GNF1 – GNF2 – GNF3) et pour couche de base (GNA – GNB – GNC – GND). ❑Les graves traitées au ciment : Grave Ciment (GC), Grave Améliorée au Ciment (GAC) et Grave Valorisée au Ciment (GVC) ❑Les graves traitées aux liants hydrocarbonés : Grave Bitume pour couche de Fondation (GBF), Grave Bitume pour couche de Base (GBB), Enrobé à Module Elevé (EME) et Grave Emulsion (GE).
Graves non traités
Couche d’assise
❑ Couche de surface : Elle est constituée de la couche de roulement (couche supérieure de la chaussée sur laquelle s'exercent directement les agressions conjuguées du trafic et du climat), et le cas échéant d'une couche de liaison, entre les couches d'assise et la couche de roulement. Cette couche assure : ❑La sécurité : Elle doit posséder de bonnes propriétés antidérapantes, c'est-à-dire une rugosité qui doit être d'autant meilleure que la vitesse est élevée ; ❑ Le confort : qui consiste, en particulier, à ne pas ressentir dans le véhicule de l’usager de secousses brutales ou de vibrations excessives ; ❑La participation à la structure : elle subit directement les agressions du trafic et celles liées aux conditions climatiques et doit faire obstacle à la pénétration d'eau dans les assises de chaussées qui est une des causes majeures de la destruction des chaussées. Pour assurer ces différents rôles de manière durable, la qualité de la couche de roulement doit rester convenable. Les matériaux utilisés sont : ❑Revêtement (Enduit) Superficiel (RS ou ES) ; ❑Enrobé Coulé à Froid (ECF) ; ❑Enrobé à Froid (EF) ; ❑Enrobé (Béton) Bitumineux (EB ou BB) ; ❑Béton Bitumineux à Module Elevé (BBME) ; ❑Béton Bitumineux Très Mince (BBTM) ; ❑Béton Bitumineux Drainant (BBDr).
Eléments indicatifs pour le choix de la couche de roulement O bj e ct if s
B Carac E E B téristi C S T ques F M < Epais seur (cm)
S é c ur it é
B B B B B B B D B M M r E 3 3 5
≈
2 5 1 à à à à à 1 , 3 9 5 4 5 9
0 Adhér ence + à + + + 0 0 initial + e + 0 0 0 Adhér ++ enceTrès bon à à + + 0 à 0 à 5 + Bon ans
0
Moyen
-
Médiocre
--
Mauvais
Couches de roulement
6.1.2. Les familles de structure de chaussée ❑ Les chaussées souples : ❑Les matériaux granulaires non liés, qui constituent l'assise, ont une faible rigidité qui rend ces chaussées particulièrement sensibles aux variations d'état hydrique des sols supports ; ❑Ces variations hydriques d'assises mal drainées favorisent le gonflement de la chaussée en période humide et les fissures de retrait en période sèche. ❑Comme la couverture bitumineuse est relativement mince, les efforts dus au trafic sont transmis au support avec une faible diffusion latérale.
Chaussée souple Couche de surface en matériaux bitumineux Matériaux bitumineux d’assise (< 15 cm)
Matériaux granulaires non traités (20 à 50 cm)
Plateforme support
▪ Les contraintes verticales élevées engendrent par leur répétition des déformations plastiques du sol ou de la grave qui se répercutent en déformations permanentes en surface de la chaussée.
❑ Les chaussées bitumineuses épaisses : ▪ L'épaisseur des couches facilitent la diffusion des efforts verticaux en les atténuant dans les couches d'assise ;
Chaussée bitumineuse épaisse Couche de surface en matériaux bitumineux
▪ Ces chaussées comportent en général plusieurs couches. Lorsque celles-ci sont collées, les allongements maximaux se Matériaux bitumineux d’assise (15 à 40 produisent à la base de la couche la plus cm) profonde. Mais, si les couches sont décollées, chacune d'elles se trouvera sollicitée en traction et pourra se rompre par Plateforme support fatigue ; ▪ Les efforts sur le support sont en général, suffisamment faibles pour ne pas entraîner en surface des déformations permanentes avant l'endommagement par fatigue des couches bitumineuses ; ▪ Les variations hydriques et les conditions climatiques ont un effet similaire à celui pour les chaussées souples ;
❑ Les chaussées à assise traitée aux liants hydrauliques (semi-rigides): ▪ Compte tenu de la grande rigidité des matériaux traités aux liants hydrauliques, les contraintes verticales transmises au support de chaussée sont faibles. En revanche, l'assise traitée subit des contraintes de traction-flexion qui sont déterminantes pour le dimensionnement de ces chaussées ;
Chaussée à assise traitée aux liants hydrauliques (semi-rigide) Couche de surface en matériaux bitumineux Matériaux traités aux liants hydrauliques (20 à 50 cm)
▪ Lorsque l'adhérence entre la couche de Plateforme support base et la couche de fondation assure la continuité des déplacements, la contrainte maximale de traction est observée à la base de la couche de fondation ; ▪ Les assises traitées aux liants hydrauliques sont sujettes aux retraits thermiques qui peuvent provoquer des fissurations transversales qui remontent à travers la couche de roulement. Ces fissures apparaissent en surface de la chaussée avec un espacement assez régulier (entre 5 et 15 m). ▪ La fissuration de retrait favorise la pénétration de l'eau, ce qui provoque la dégradation de la chaussée.
❑ Les chaussées à structure mixte: ▪ La couche de matériau traité aux liants hydrauliques placée en fondation diffuse et atténue les efforts transmis au sol support. Cette couche constitue par ailleurs un support de faible déformabilité pour les couches bitumineuses supérieures ;
Chaussée à structure mixte Couche de surface en matériaux bitumineux Matériaux bitumineux d’assise (10 à 20 cm) Matériaux traités aux liants hydrauliques (20 à 40 cm)
▪ Les couches bitumineuses ont plusieurs rôles : Elles assurent les qualités d'uni, Plateforme support servent à ralentir la remontée des fissures transversales de la couche de matériaux traités aux liants hydrauliques et réduisent enfin les contraintes de flexion à la base de la couche de fondation ; ▪ La faiblesse de ces structures tient dans la sensibilité des interfaces aux dilatations différentielles, les couches peuvent alors se décoller et les couches supérieures supporter des contraintes qui produisent leur destruction ; ▪ La couche traitée aux liants hydrauliques est sujette au retrait ; ▪ Les écarts de température journaliers participent, avec l'effet du trafic, à la propagation de la fissuration à travers la couche bitumineuse.
❑ Les chaussées à structure inverse : ▪ La couche de fondation en matériaux traités aux liants hydrauliques a pour objet d'atténuer les contraintes sur le sol et d'assurer aux couches supérieures un support de faible déformabilité ;
Chaussée à structure inverse Couche de surface en matériaux bitumineux Matériaux bitumineux d’assise
Matériaux granulaires non traités ▪ La couche granulaire a pour fonction d'éviter la remontée des fissures consécutives aux Matériaux traités aux liants hydrauliques phénomènes de retrait et aux mouvements d'origine thermique de la couche en Plateforme support matériaux traités aux liants hydrauliques ; ▪ La couverture bitumineuse assure les qualités d'uni et d'étanchéité ;
▪ Ces structures se déforment dans le temps par des orniérages limités et des fissures transversales de fatigue ; ▪ La mise en œuvre est plus sensible aux imperfections que celles pourvues de couche collées, elles sont particulièrement sensibles à l'eau. En effet, la circulation de l'eau dans la couche intermédiaire conduit rapidement à la ruine des couches supérieures.
❑ Les chaussées en béton de ciment (rigides): ▪ Au regard du module d'élasticité élevé du béton armé, les sollicitations déterminantes sont celles de traction par flexion dans la dalle. ▪ Ces structures sont sensibles à la fissuration produite essentiellement par retrait. La dalle se déséquilibre et bouge au passage du trafic, ce qui amplifie le phénomène ;
Chaussée en béton de ciment (rigide) Béton de ciment Béton maigre ou matériaux traités aux liants hydrauliques Plate forme support
▪ Les variations journalières de la température ambiante créent dans les dalles des gradients thermiques. Les dalles ont alors tendance à se déformer. Il s'ensuit une modification des conditions d'appui sur le support conduisant à majorer l'effet du trafic.
Fissures de fatigue
Orniérage
6.2. Le trafic routier 6.2.1. Les actions du trafic sur la chaussée ❑ Les actions mécaniques : Le pneumatique impose deux types d'efforts verticaux sur la chaussée : ▪ des efforts de poinçonnement à la surface de la chaussée. Ces efforts sont fonction de la pression des pneus et ne sont réellement sensibles que pour des pressions > à 7 kg/cm 2 ; ▪ diffusion de la charge totale jusqu'au sol de fondation : Le rôle du corps de chaussée est de diffuser cette charge jusqu'au sol de manière à avoir une charge admissible sur le sol support. Par ailleurs, un véhicule en mouvement génère des contraintes tangentielles (latérales et tangentielles). Celles-ci engendrent des efforts de traction qui créent des micro dégradations, qui en s’accumulant, peuvent entraîner la ruine du matériau. ❑ Les actions thermiques : La température a deux effets mécaniques principaux : ▪ Changement du module du matériau. Un Enrobé Bitumineux chauffé devient plus « mou » ; ▪ Création de champs de contraintes et déformations au sein du matériau en raison des dilatations et contractions thermiques lors des changements de température.
6.2.2. L’agressivité du trafic ❑ L’agressivité d’un essieu : L’agressivité (A) est estimée vis-à-vis de l’endommagement par fatigue de la chaussée. Elle correspond au dommage provoqué par le passage d’un essieu de charge (P), par rapport au dommage dû à un passage de l’essieu isolé de référence de charge P0. Elle est calculée par : K Essie u simpl e
Essie u tande m
Essie u tride m
4
1
0,75
1,1
8
1
12
113
α
Struc tures soupl es et bitum ineus es Struc tures semi rigide
Essieu simple
Essieu Tandem
Essieu tridem
❑ L’agressivité d’un poids lourd : L’agressivité d’un poids lourd (PL) est égale à la somme des agressivités de ces essieux. Un PL est tout véhicule dont le poids total en charge est supérieur à 8 tonnes. L’essieu de référence est l’essieu isolé à roues jumelées de charge 13 tonnes. ❑ L’agressivité d’un trafic : Connaissant l’histogramme de charge par type d’essieu pour un trafic donné, l’agressivité de ce trafic est qualifié par le coefficient CAM, correspondant à l’agressivité moyenne du poids lourd composant ce trafic par rapport à l’essieu pris pour référence.
NPL : nombre de poids lourds pendant la période de comptage. Kj j=
nij
: coefficient correspondant au type d’essieu. 1 ; essieu simple 2 ; essieux tandem 3 ; essieux tridem : nombre d’essieux élémentaires de type j et de classe de charge P i
6.3. Dimensionnement de la chaussée Le dimensionnement de la structure de chaussée tient compte de quatre paramètres : ❑ le trafic, notamment le trafic poids lourds ; ❑ la plateforme support de chaussée ; ❑ le climat ; ❑ la nature et la qualité des matériaux de chaussées envisagés.
6.3.1. Le trafic Le trafic est exprimé en nombre moyen journalier de poids lourds (PTC > 8 tonnes) sur les deux sens de circulation (NPL). Il est réparti en six classes TPLi (i = 1 à 6) : 5 0 NPL
5 à 5
à 5 0
12 25 0 5 0 à
à
à
1 2
2 5
3 2
3 2 5 à 4
Les hypothèses relatives au trafic sont : ❑ Taux d’accroissement des poids lourds égal à 4% ; ❑ Le trafic global est supposé équilibré dans les deux sens de circulation ; ❑ La durée de vie de la chaussée : ❑ Durée de vie courte = 10 ans ; ❑ Durée de vie longue= 15 à 20 ans. ❑ La largeur de chaussée (L) ❑ TPL 1
: L ≤ 4 m.
❑ TPL2 à TPL6 : L ≥ 6 m. ❑ L’agressivité du trafic : TPL
Structure souple et semirigide
1
0.
2
3
4
5
6
0
0 . 4
0 . 5
0 . 7
.1 8
4
Si pour un projet donné, les données réelles de trafic diffèrent des hypothèses énoncées cidessus, on utilisera le catalogue en calculant le trafic équivalent en essieu de 13 T (NE) cumulé sur la période choisie et en le comparant au tableau ci-dessous :
Str uct ure So upl e ou se mi Avecrigi : de
Du ré e de vi e
T P L
T P L
T P L
T P L
T P L
T P L
1
2
3
4
5
6
Co urt e
8, 8. 1 03
4, 5. 1 04
1, 4. 1 05
3, 8. 1 05
5, 7. 1 05
1. 1 06
Lo ng ue
2, 2. 1 04
1, 3, 1. NE 5. = 1 1 05 05
9, 1, 2, 5. 4.. C5.. C . C . C . N . C NPL 2 3 4 4 VC 1 1 11 05 06 06
NPL : Nombre de Poids Lourds (PTC > 8 T) par jours dans les deux sens à l’année de 2, 6, 1, 2, 3, mise enLo service. 4. Rig ide
7. 1. 6. ng 1 1 1 1 4 ue 0 C1 – largeur de chaussée 05 05 06
C1 = 1,5 si 4 < L < 6 m
3. 1 06
7. 1 06
C2 – Agressivité du trafic Connaissant l’histogramme de charges par type d’essieu pour un trafic donné, l’agressivité de ce trafic est qualifié par le coefficient CAM, correspondant à l’agressivité moyenne du poids lourds composant ce trafic par rapport à l’essieu pris pour référence. C3 – Taux d’accroissement des poids lourds C3 =
[(1+a)n - 1] / a a : taux d’accroissement [(1,04n - 1] / 0,04 n : durée de vie
C4 – Cas de 2x2 voies
C4 = 0,8
N4 – Coefficient de cumul N4 = 365 x (1,04n – 1) / 0,04
n : durée de vie
CVC – Répartition du Trafic CVC est le pourcentage du trafic sur la voie la plus chargée
❑ Exemple d’application : Une route reliant deux localités A et B a été empruntée en 2008 par un trafic de 1250 Véh/j composé de 40% de poids lourds, dont le ¼ ont un PTC > 8 tonnes et caractérisés par la même silhouette suivante :
6T
10T
13T 13T
- 45% du trafic circule dans le sens A vers B. - Ce trafic progresse annuellement de 6%. - La durée de vie est de 10 ans et la chaussée est de type souple. Déterminer la classe du trafic TPLi pour une année de mise en service en 2010.
L’Administration prévoit le doublement d’une route nationale sur une longueur de 15 kms. Cette liaison sera mise en service en l’an 2010. La largeur de la chaussée passera de 7 à 14 m (2x2 voies de 3,50 m chacune). L’exploitation des données des enquêtes effectuées en 2008 pour le besoin du projet fait ressortir le trafic moyen journalier (réparti par catégories de véhicules) indiqué dans le tableau suivant : Cat égo rie n°
Nombre de véhicul es par jour (2 sens)
Type de voiture
PT C
1
Voiture particulièr e
< 1.5 Ton nes
4930
2
Camionne tte
3 Ton nes
2260
●Le
trafic est équilibré dans les deux sens et progresse annuellement de 6%. 3 Camion 9 225 ●La durée de vie est de 10 ans et la chaussée est de type souple. léger deux Ton essieux
nes
Camion lourd
19 Ton
Déterminer la classe du trafic TPLi pour une année de mise en service en 2010. 4
110
6.3.2. La portance de la plateforme support de chaussée C’est la portance à long terme qui est prise en compte pour le dimensionnement d’une structure de chaussée neuve. Elle est définie : ❑ Au niveau 1 : partie supérieure des terrassements (Sti) ; ❑ Au niveau 2 : au sommet de la couche de forme (Pj). Pj Sti
Chaussée Couche de Forme Partie Supérieure des Terrassements (PST)
La portance Sti est estimée à partir de la connaissance des sols de la PST et en fonction des conditions de drainage et d’environnement. Elle est déterminée en prenant en compte : ❑ l’environnement climatique zones H, h, a, d ; ❑ les conditions de drainage (profondeur de nappe et dispositifs de drainage existant et à adopter) ❑
❑ Environnement climatique : Quatre zones sont considérées en fonction de la précipitation annuelle moyenne : Co de
Dénomina tion
Précipitati on
H
Humide
600
h
Semi humide
250 à 600
a Aride ❑ Dispositifs de drainage : Désertiqu Les dispositifs de drainage d sont de : e ❑ Type 1 :
50 à 250 < 50
a. S’ils assurent un rabattement de nappe permanent à –1.00 m sous le niveau 1 ; b. Si les eaux dans les fossés ne peuvent atteindre en aucun cas les sols de niveau 1 ; c. Si l’étanchéité de la chaussée et des accotements est assurée et maintenue. ❑. Type 2 : Si les dispositifs de drainage ne répondraient pas aux trois points a, b, c.
❑ Environnement géotechnique et catégorie des sols : Deux zones sont considérées : ❑ Zone I : où les problèmes de stabilité de plateforme sont réglés ou ponctuels. ❑ Zone II : où les problèmes de stabilité de plate-forme ne permettent pas d’assurer un comportement sans risque majeur de structure de chaussée (fissuration, affaissement, etc. …), c’est le cas des instabilités de versant et de remblai sur sol compressible. Ca té go rie de so l D é s i g N n ° a t i
D e s c r i p t i o n
C l a s s i f i c a t i o n
❑ Détermination de la portance Sti : 1 - Cas des sols fins classes A et B : La portance à long terme des sols fins qui ont moins de 30 % des éléments supérieurs à 20 mm peut être évaluée à l’aide d’un essai CBR (California Bearing Ratio). La valeur d’indice CBR à prendre en compte correspondant à :
Sti
St
St
St
0
1
2
St3 St4
2 - Cas des sols graveleux et grossiers : Pour les sols à plus de 30 % d’éléments supérieurs à 20 mm et les sols classés C et D, y compris les sables, les essais CBR sont soit non réalisables soit peu représentatifs c’est pourquoi on estime la portanceIndic à long terme ≤ ≥à partir ≥ des ≥ essais ≥ de déformabilité. e 4 St6 10 15 25 St CBR St1 St3 Indice 2
Essai à la plaque EV 2 (bars)
10 0à 50 0
50 0 à 12
4
12 00 à 20
> 20 00
Z Hors o zone n inondabl e e ou nappe i profonde n (> à 1m) o n d a b l e o u n D : Déblai R : Remblai a (1) : Lepchoix St2 ou St3 se fait à partir de l’étude CBR avant immersion (2) : Lepchoix St3 ou St4 se fait par essai de déformabilité e
❑ Détermination de la portance Pj : La détermination de la portance Pj est donnée par : Si Sti < Pj minimale : Il faut prévoir une couche de forme afin d’atteindre la portance min exigée. Dans ce cas on a :
Pj = Pj minimale
Si Sti ≥ Pj minimale : la couche de forme n’est pas obligatoire. Dans ce cas on a : Type de structur e
Souple
Semirigide
Pj = Sti = Pi
Trafic
Portanc e Pj minimal e
TPL1 à TPL3
P1
TPL4 à TPL6
P2
TPL3 à TPL4
P3
Tra fic
Nat ure de Cl Epaisse as s ur ma se couche téri Sti de forme au x
Pj
10 AC + 30 F2 = 40 cm
P1
10 AC + 20 F2 = 30 cm
P2
+ 30 cm F2
Pi + 1
10 AC + 40 cm F1
P2
St 0
TP L1 à TP L3
St F2
1
Sti (i > 1) St 0
7.3.3. Récapitulatif du choix de la structure de chaussée Détermination de la classe de trafic TPLi
Portance Pj minimale Détermination de la portance Sti Comparaison de Sti et Pj minimale
Nature et épaisseur de la CdF Détermination de la portance Pj
Choix des structures possibles (TPLi , Pj)
