Dimensionnement Chaussées -Extrait APD

Réalisation des études économique, technique, environnementale, sociale et de sécurité routière pour l’aménagement et le bitumage d’environ 900 km de routes du réseau national Lot 6 : Kota-Kouandé-Péhunco-Fo Bouré - Guéssou sud et Korontière-Boukoumbé-Carrefour RNIE3 (Natitingou) avec la bretelle Boukoumbé-Frontière Togo vers Nadoba SECTION KORONTIERE – BOUKOUMBE – CARREFOUR RNEI 3 + BRETELLE BOUKOUMBE – FRONTIERE DU TOGO VERS NADOBA

CHAPITRE 7 - Dimensionnement du corps de chaussée La structure de chaussée est déterminée généralement à partir des données de trafic en poids lourds, des caractéristiques du sol support puis des matériaux constituants la structure de chaussée, existante dans le cas de renforcement et projetée. Ces paramètres sont déterminés ci-dessous.

7.1 Etude du trafic Sur la base de l’étude de trafic, il a été procédé à la détermination de la classe de trafic suivant la procédure du « guide pratique de dimensionnement des chaussées neuves en pays tropicaux ».

7.1.1 Trafic en nombre de passage cumulé de poids lourds Un véhicule poids lourd est un véhicule dont le Poids Total Autorisé en Charge est supérieur à 3,5 tonnes. La classe de trafic est définie comme suit : Tableau 13: classe de trafic

Classes du trafic

Nombre cumulé d’essieux standard de 13 tonnes

T1

< 5.105 5.105

T2

à

1,5.106

T3

1,5.106

à

4.106

T4

4.106

à

107

107

T5

à

2.107

En considérant une croissance exponentielle du trafic, le Trafic Moyen Journalier Annuel (année n) est donné par :

Tn = T1 * (1+i)n-1 Le trafic poids lourds (charge supérieure à 3,5 tonnes) cumulé, est donné par

T = 365 * T1 * [(1+i)n-1] / i T1 = trafic moyen journalier de la première année (année de mise en service), Tn = trafic journalier de l’année n, n = nombre d’années (durée de service de la route), i = taux de croissance annuel du trafic. La durée de service de la route est prise égale à 20 ans. Etude : Groupement CECO-BTP Ingénieurs Conseils & CINCAT INTERNATIONAL SA Rapport géotechnique

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7.1.2 Trafic en nombre de passages d’un essieu standard de 13 t Le trafic cumulé en nombre d’essieux standard de 13 t est donné par :

N = 365 * T1* A* [(1+i)n-1] / i N = trafic cumulé en nombre d’essieux standard, T1 = trafic moyen journalier de la première année (année de mise en service), A = coefficient d’agressivité qui est fonction de la composition ou du spectre d’essieux du trafic lourd, n = durée de service en nombre d’années, i = taux de croissance annuel du trafic en pourcentage.

7.1.3 Résultats des comptages des enquêtes O/D Plusieurs postes de comptage ont été déployés afin de mieux s’assurer des comptages par section de route.

Etude : Groupement CECO-BTP Ingénieurs Conseils & CINCAT INTERNATIONAL SA Rapport géotechnique

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16 17 32

29 57

1

14

28

1

7

66

38

1

33

19

7

33

19

Rapport géotechnique

Etude : Groupement CECO-BTP Ingénieurs Conseils & CINCAT INTERNATIONAL SA

Trafic PL pour dimensionnement

- Trafic normal+induit

- Trafic induit

- Trafic normal

3-Boukoumbé-Carrefour RNIE3 (Natitingou)


- Trafic induit

- Trafic normal

2-Frontière Togo (vers Nadoba)-Boukoumbé


- Trafic induit

- Trafic normal

1-Korontière-Boukoumbé

Sections

15

7

8

5

2

3

48

23

26

16

8

8

3

1

1

62

31

31

2

1

1

2

1

1

2

1

1

31

14

17

5

2

3

23

10

13

19

9

10

2

1

1

7

3

4

2

1

1

2

1

1

3

1

2

54

11

35

PL

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173

85

88

34

16

18

250

122

128

24673851-voitures voitures Minibus camions camions Camionnette; ensembles TOTAL particulières Autocars part 22 à2 à3 articulés pick-up taxi places essieux essieux

Tableau 14: Volume du trafic normal, induit et total à la mise en service

SECTION KORONTIERE – BOUKOUMBE – CARREFOUR RNEI 3 + BRETELLE BOUKOUMBE – FRONTIERE DU TOGO VERS NADOBA

Lot 6 : Kota-Kouandé-Péhunco-Fo Bouré - Guéssou sud et Korontière-Boukoumbé-Carrefour RNIE3 (Natitingou) avec la bretelle Boukoumbé-Frontière Togo vers Nadoba

Réalisation des études économique, technique, environnementale, sociale et de sécurité routière pour l’aménagement et le bitumage d’environ 900 km de routes du réseau national


7.1.4 Calcul du coefficient d’agressivité Pour le calcul du coefficient d’agressivité moyen du trafic, le consultant a tenu compte de la règlementation en vigueur au Bénin (règlement N°14/2005/CM/UEMOA relatif à l’harmonisation des normes et des procédures du contrôle du gabarit, du poids, et de la charge à l’essieu des véhicules lourds de transport de marchandises dans les états membres de l’Union Economique et Monétaire Ouest Africaine -UEMOA). En plus de cette réglementation, il a tenu compte également des recommandations du SETRA dans le guide technique de « conception et de dimensionnement des structures de chaussées ». L’agressivité moyenne est de :

ܲ ‫ ܣ‬ൌ ‫ܭ‬ሺ ሻఈ ܲଵଷ

A: Agressivité moyenne

P = charge d'un essieu de poids P tonnes

a = coefficient qui dépend de la nature des matériaux. K= coefficient permettant de tenir compte du type d’essieu Pour les structures souples et bitumineuses, nous avons : K a 5

Essieu simple

Essieu tandem

Essieu tridem

1

0,75

1,1

Le calcul du CAM du trafic actuel est de

NPL nombre de poids lourds pendant la période de comptage, K: coefficient correspondant au type d'essieu (j =

1 essieu simple, 2 essieu tandem, 3 essieu tridem.)

njj nombre d'essieux élémentaires de type j et de classe de charge Pj.


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Le calcul du coefficient d’agressivité moyen du trafic est de : -

Pour la section Korontière – Boukoumbé : CAM = 3,63 ; Pour la section Boukoumbé – Carrefour RNIE 3 : CAM = 3,77 ; Pour la section Boukoumbé – Frontière du Togo vers Nadoba : CAM = 5,16.

Voir l’annexe pour le détail des calculs.

7.1.5 Taux d’accroissement du trafic D’après les études économiques, le taux d’accroissement suivant une croissance exponentielle est de :

§

Taux moyen annuel d’accroissement du trafic PL : 4% entre 2019 et 2022

§

Taux moyen annuel d’accroissement du trafic PL : 5% à partir de 2023.

7.1.6 Valeurs du trafic cumulés pour les différentes sections En considérant que la mise en service de la route se fera en 2019, l’application de la formule ci-dessus nous donne les trafics cumulés suivants : Tableau 15: calcul des volumes cumulés de trafic - classe de trafic Désignation

Korontière Boukoumbé

Boukoumbé Carrefour RNIE 3

bretelle Boukoumbé - Frontière du Togo vers Nadoba

TMJ année 2014 (année de comptage) trafic normal

20

29

6

TMJ année 2019 (année de mise en service)

20

29

6

149

229

47

15

25

5

3,63

3,77

5,16

35

54

11

365

365

365

4

4

4

4%

4%

4%

4,246

4,246

4,246

TMJ année 2022 Trafic induit CAM Trafic 2019 - 2022 TMJ en Poids Lourds Nombre de jours par an Durée (années) Taux de croissance (%) Facteur de croissance Trafic cumulé 2019-2022

1,97E+05

3,16E+05

8,80E+04

Trafic 2023 - 2039 TMJ en Poids Lourds

149

229

47

Nombre de jours par an

365

365

365

Durée (années)

16

16

16

Taux de croissance (%)

5%

5%

5%

23,657

23,657

23,657

Facteur de croissance Trafic cumulé 2023 - 2039

4,66E+06

7,46E+06

2,08E+06

TRAFIC TOTAL CUMULÉ

4,86E+06

7,78E+06

2,17E+06

CLASSE DE TRAFIC

T4

T4


T3

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7.2 Classe de portance D’après les résultats de l’étude de la plate-forme (chapitre 4), la classe de portance retenue pour l’ensemble de l’axe est de S4. Avec quelques nuances ; entre les pk suivants la classe de portance est de S3 : -

Pk 8+500 - Pk 13+500 ; Pk 16+500 – Pk 21+500.

7.3 Dimensionnement de la chaussée 7.3.1 Généralités Dimensionner une chaussée consiste essentiellement à définir l’épaisseur convenable et économique des couches constitutives à partir des caractéristiques mécaniques et physiques du sol et des matériaux utilisés, des conditions climatiques, du volume, et de la composition du trafic prévu durant la période de conception anticipée. Il existe plusieurs méthodes de dimensionnement structural des chaussées ; elles sont développées : §

§

soit à partir d’observations expérimentales de comportements de chaussées sous le trafic (méthodes partiellement ou entièrement empiriques) ; soit à partir de fondements théoriques basés sur l’analyse des contraintes et déformations engendrées au sein de la structure de la chaussée et du sol, en relation avec les caractéristiques des matériaux (méthode analytique).

Au Bénin, la méthode couramment utilisée est celle basée sur des observations, à savoir la méthode CEBTP.

7.3.2 Résultats obtenus suivant le « guide pratique de dimensionnement des chaussées pour les pays tropicaux » En suivant le catalogue de structures de chaussée proposées par le CEBTP, et en fonction de la classe de portance de sol et de la classe de trafic, les structures obtenues sont les suivantes :


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Tableau 16: solutions proposées suivant le guide pratique de dimensionnement des chaussées pour les pays tropicaux PK

Classe de trafic

Classe de portance

Structures proposées A

0+000 à 8+500

T4

8+500 à 13+500

T4

13+500 à 16+500

T4

S4

S3

S4

B

21+500 à 59+081,38

T4

Bretelle Boukoumbé – Frontière Togo vers Nadoba

T3

S3

S4

S4

A

7 cm de BB + 20 cm de GLC + 25 cm de GLN

B

: Béton Bitumineux

GL

: Graveleux latéritiques

7 cm de BB + 25 cm de concassé o/d + 25 cm de GLN

C

7 cm de BB + 20 cm de GC + 30 cm de GLN

A


B

B

7 cm de BB + 25 cm de concassé o/d + 20 cm de GLN 7 cm de BB + 20 cm de GC + 20 cm de GLN 7 cm de BB + 20 cm de GLC + 25 cm de GLN 7 cm de BB + 25 cm de concassé o/d + 25 cm de GLN

C


A


B

7 cm de BB + 25 cm de concassé o/d + 20 cm de GLN

C


A

5 cm de BB + 20 cm de GLN + 15 cm de GLN

B


C

BB

20 cm de GLN 7 cm de BB + 20 cm de GC + 20 cm de GLN

A

T4

7 cm de BB + 25 cm de concassé o/d +

C

C

16+500 à 21+500


5 cm de BB + 20 cm de concassé o/d + 20 cm de


GLN

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GLC

: Graveleux latéritiques améliorés au ciment

GLN

: Graveleux latéritiques naturels

GC

: Grave ciment

7.3.3 Choix de la structure de chaussée D’après les résultats géotechniques des matériaux d’emprunts, l’emprunt 2 peut être utilisé directement en couche de base mais suivant des conditions très strictes de gerbage et de mise en œuvre. Pour des principes de précaution, les matériaux de toutes les carrières seront améliorés au ciment à 4%avant leur mise en œuvre en couche de base. D’après les recommandations de l’Administration routière, le type de revêtement retenu est le béton bitumineux.

Au vu de ce qui précède, les structures proposées par le consultant sont les suivantes : Tableau 17: structures proposées par le consultant Classe de trafic

Classe de portance

Korontière Boukoumbé

Pk 0+000 – Pk 17+000

T4

S3 ou S4

Bretelle Boukoumbé – Frontière du Togo

Pk 0+000 – Pk 4+000

T3

S4

Pk 17+000 – Pk 59+000

T4

S3 ou S4

Boukoumbé – Carrefour RNIE3

Section /Pk

Structures proposées

5 cm de BB + 20 cm de GLC* + 20 cm de GLN



* la couche de base en GLC est constituée de graveleux latéritiques naturels améliorés au ciment à un taux de 4%. Cette proposition du consultant sera vérifiée avec le logiciel Alizé. Etude : Groupement CECO-BTP Ingénieurs Conseils & CINCAT INTERNATIONAL SA Rapport géotechnique

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7.3.4 Vérification choix de la structure par le logiciel ALIZE-LCPC La vérification des contraintes et des déformations dans les différentes couches de chaussées de la structure de renforcement et celle de reconstruction est faite par le logiciel Alizé-Lcpc basé sur la méthode rationnelle.

i.

Modélisation de la structure

La modélisation de la chaussée passe par la connaissance du nombre de couches, de la nature et de l’épaisseur de ces couches. La structure de chaussée envisagée est constituée du / de la : -

Revêtement en béton bitumineux ;

-

Base en graveleux latéritique amélioré au ciment ;

-

Fondation en graveleux latéritique naturel.

Les modules et coefficients de Poisson ainsi que la nature des différentes interfaces conformément aux prescriptions du guide pratique « Conception et Dimensionnement des Structures de Chaussée » (Édition de Décembre 1994 par SETRA-LCPC) sont présentés dans les tableaux ci-dessous. Tableau 18:Modules et coefficient de poissons retenus Matériaux

Module en MPa

Béton bitumineux (BB)

3 000

Graveleux latéritique amélioré au ciment

2 000

Coefficient de poisson0,45 0,25

Tableau 19: Nature des interfaces entre les différentes couches Couches

Nature des interfaces

BB / GLC

Collée

GLC / GLN

Collée

Les déformations admissibles dans les différentes couches sont obtenues par les formules et les paramètres suivants :

Matériaux granulaires La déformation verticale de compression admissible est calculée par la relation :

e z, ad= 0,012 x (NE)-0,222 Etude : Groupement CECO-BTP Ingénieurs Conseils & CINCAT INTERNATIONAL SA Rapport géotechnique

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Matériaux bitumineux Pour les matériaux bitumineux, la déformation horizontale admissible de traction en flexion est obtenue par la formule suivante :

e௧ǡ௔ௗ௠ ൌ e଺ ሺͳͲιܿǢ ʹͷ‫ݖܪ‬ሻ‫ݔ‬ሺ Avec kr = 10-ubd Avec § § § § § § § § § § § §

:

ܰ‫ ܧ‬௕ ‫ܧ‬ሺͳͲι‫ܥ‬ሻ ሻ ‫ݔ‬ඨ ‫݇ݔ‬௖ ‫݇ݔ‬௥ ‫݇ݔ‬௦ ଺ ͳͲ ‫ܧ‬൫q±௤ ൯

et

d ൌ ටܵே ଶ ൅ ሺ

஼ାௌ೓ ଶ ሻ ௕

e6 : déformation de rupture pour un million de chargement ;

E(10°c) : module à la température de 10°c ; NE : nombre d’essieu équivalent à 13t ; E(qéq) : module à la température équivalente ; b : valeur de la pente de la droite de fatigue ; Sh : écart type sur l’épaisseur de la couche ; SN : écart type sur la fatigue des matériaux ; Kc : coefficient de calage ; Ks : coefficient tenant compte de l’hétérogénéité de portance du support ; R : risque ; Kr : coefficient de risque ; c : coefficient reliant la variation de contrainte à la variation aléatoire de la chaussée ; § u : valeur de la variable aléatoire associée au risque ; § d : écart type épaisseur / fatigue

Les valeurs des différents paramètres entrant dans le calcul de déformation admissible sont consignées dans le tableau ci-dessous :

la

Tableau 20: Paramètres utilisés pour la détermination de la déformation admissible pour les matériaux bitumineux

Béton bitumineux

e6(10°C,25Hz)

E(10°C) (MPa)

100

7 200

2 E(eéq) (MPa)

3 000

-1/b

Sh (cm)

SN

kc

5

1

0,25

1,1

r (%)

10

ks

1

Matériaux liés aux liants hydrauliques La contrainte horizontale admissible de traction en flexion pour les matériaux liés aux liants hydrauliques est obtenue par la relation :

s௧ǡ௔ௗ௠ ൌ s଺ ‫ݔ‬ሾ

ܰ‫ ܧ‬௕ ሿ ‫݇ ݔ‬௖ ‫݇ ݔ‬ௗ ‫݇ ݔ‬௥ ‫݇ ݔ‬௦ ͳͲ଺


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Avec kr = 10-ubd Avec § § § § § § § § § § § §

et

:

d ൌ ටܵே ଶ ൅ ሺ

஼ାௌ೓ ଶ ሻ ௕

s6 : contrainte de rupture pour un million de chargement b : valeur de la pente de la droite de fatigue ; Sh : écart type sur l’épaisseur de la couche ; SN : écart type sur la fatigue des matériaux ; Kc : coefficient de calage ; Ks : coefficient tenant compte de l’hétérogénéité de portance du support ; Kd : coefficient de discontinuité ; R : risque ; Kr : coefficient de risque ; c : coefficient reliant la variation de contrainte à la variation aléatoire de la chaussée ; u : valeur de la variable aléatoire associée au risque ; d : écart type épaisseur / fatigue.

Les valeurs des différents paramètres entrant dans le calcul de la contrainte admissible sont consignées dans le tableau ci-dessous. Tableau 21: Paramètres utilisés pour la détermination de la contrainte admissible pour les matériaux liés aux liants hydrauliques

Graveleux ciment

ii.

s6 (MPa)

-1/b

Sh (cm)

SN

kc

ks

kd

0,40

11

3

1

1,4

1

1

Résultats des calculs

Résultats de calcul des valeurs admissibles Les résultats des valeurs admissibles des différents matériaux pour les différentes sections sont récapitulés dans le tableau ci-dessous : Tableau 22: contraintes et déformations admissibles Section Pk0+000 au Pk 17+000 (Korontière Boukoumbé)

Section Pk17+000au Pk 60+000 (Boukoumbé – Carrefour RNIE 3)

Section Pk0+000 au Pk 4+000 Bretelle Boukoumbé – Frontière du Togo

Trafic cumulé

4,86E+06

7,78E+06

2,17E+06

Classe de Trafic

T4

T4

T3

Epsilon Admissible/ BB

100,7

91,7

118,30

Sigma Admissible / GLC

0,343

0,329

0,369

Epsilon Admissible / fondation

393,3

354,3

470,4

Epsilon Admissible/plate-forme

393,3

354,3

470,4

Désignation


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Résultats de calcul des sollicitations dans les différentes couches Les résultats obtenus sont soumis au test de vérification en s’assurant que ces derniers restent inférieurs aux contraintes et déformations admissibles. Ainsi donc, les structures retenues seront présentées dans ce qui va suivre. Il reste entendu que les épaisseurs minimales de mise en œuvre ont été adoptées le cas échéant.

7.3.5 Structures retenues Il est présenté dans le tableau ci-dessous le récapitulatif des résultats du dimensionnement issus des différentes méthodes correspondant aux solutions qui ont été retenues suite aux différentes séances tenues entre l’Administration, le Bailleur et le Consultant. Dimensionnement suivant le Manuel CEBTP

Du PK au PK

Tronçon

Fond

Base

Revêt

Dimensionnement suivant le logiciel Alizé-Lcpc Fond

Base

Revêt

Structure de chaussée retenue Fond

Base

Revêt

(Korontière Boukoumbé)

Pk0+000 Pk 17+000

au

20 GLN

20 GLC

7 BB

20 GLN

20 GLC

5 BB

20GLN

20 GLC

5 BB

(Boukoumbé – Carrefour RNIE 3) Bretelle Boukoumbé – Frontière du Togo

Pk17+000 Pk 60+000

au

20 GLN

20 GLC

7 BB

20 GLN

20 GLC

5 BB

20 GLN

20 GLC

5 BB

Pk0+000 Pk 4+000

au

15 GLN

20 GLC

5 BB

15 GLN

15 GLC

5 BB

15 GLN

15 GLC

5 BB

En somme les structures proposées sont les suivantes :

Figure 3: coupe transversale de la structure de chaussée proposée pour la section Korontière – Boukoumbé – Carrefour RNIE 3


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Figure 4:coupe transversale de la structure de chaussée proposée pour la bretelle Boukoumbé – Frontière du Togo vers Nadoba


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Dimensionnement Chaussées -Extrait APD

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