DIMENSIONNEMENT DU CORPS DE CHAUSSEE
VI.1. INTRODUCTION : La qualité d’un projet routier ne se limite pas à l’obtention d’un bon tracé en plan et d’un bon profil en long. En effet une fois réalisée, la route devra réaliser aux agressions des agents extérieurs et aux surcharges d’exploitation : action des essieux des véhicules et notamment les poids lourds. Et aussi des gradients thermiques, pluie, neige, verglas etc.……. Pour cela il faudra non seulement assurer à la route de bonnes caractéristiques géométriques mais aussi de bonnes caractéristiques mécaniques lui permettant de résister à toutes les charges pendant toute sa durée de vide. La qualité de la construction des chaussées joue un rôle primordial. Celle ci passe d’abord par une bonne connaissance du sol support et un choix judicieux des matériaux à réaliser. Le dimensionnement des structures de chaussée constitue une étape importante de l’étude. Il s’agit en même temps de choisir les matériaux nécessaires ayant des caractéristiques requises et de déterminer les épaisseurs des différentes couches de la structure de la chaussée. Tout cela en fonction de paramètres très fondamentaux suivants :
Le trafic. L’environnement de la route (le climat essentiellement). Le sol support.
VI.2. LA CHAUSSEE : VI.2.1. Définition : D’après l’exécution des terrassements, y’compris la forme ; la route commence à se profiler sur le terrain comme une plate–forme dont les déclivités sont semblables à celles du projet. A la suite, la chaussée est appelée à :
Supporter la circulation des véhicules de toute nature. reporter le poids sur le terrain de fondation.
Pour accomplir son devoir, c'est-à-dire assurer une circulation rapide et confortable, la chaussée doit avoir une résistance correspondante et une surface constamment régulière. Au sens structurel, la chaussée est définie comme un ensemble des couches de matériaux superposées de façon à permettre la reprise des charges appliquées par le trafic.
VI.2.2. Différents types de chaussées : Du point de vue constructif les chaussées peuvent être groupées en trois grandes catégories :
Chaussée souple. Chaussée semi-rigide. Chaussée rigide.
VI.2.2.1. Chaussée souple : Les chaussées souples constituées par des couches superposées des matériaux non susceptibles de résistance notable à la traction. Les couches supérieures sont généralement plus résistantes et moins déformable que les couches inférieures. Pour une assurance parfaite et un confort idéal, la chaussée exige généralement pour sa construction, plusieurs couches exécutées en matériaux différents, d’une épaisseur bien déterminée, ayant chacune un rôle aussi bien défini. En principe une chaussée peut avoir en ordre les 03 couches suivantes : a)- Couche de roulement (surface) : La couche de surface constituant la chape (couche de surface) de protection de la couche de base par sa dureté et son imperméabilité et devant assurer en même temps la rugosité, la sécurité et le confort des usagés La couche de roulement est en contact direct avec les pneumatiques des véhicules et les charges extérieures. Elle encaisse les efforts de cisaillement provoqués par la circulation. La couche de liaison joue un rôle transitoire avec les couches inférieures les plus rigides. L'épaisseur de la couche de roulement en général varie entre 6 et 8 cm. b)- Couche de base : La couche de base joue un rôle essentiel, elle existe dans toutes les chaussées, elle résiste aux déformations permanentes sous l'effet de trafic, elle reprend les efforts verticaux et repartis les contraintes normales qui en résultent sur les couches sous-jacentes.
L'épaisseur de la couche de base varie entre 10 et 25 cm. c)- Couche de fondation : Complètement en matériaux non traités (en Algérie), elle substitue en partie le rôle du sol support, en permettant l’homogénéisation des contraintes transmises par le trafic. Assurer un bon uni et bonne portance de la chaussée finie, et aussi, elle a le même rôle que celui de la couche de base. d)- Couche de forme : La couche de forme est une structure plus ou moins complexe qui sert à adapter les caractéristiques aléatoires et dispersées des matériaux de remblai ou de terrain naturel aux caractéristiques mécaniques, géométriques et thermiques requises pour optimiser les couches de chaussée. L'épaisseur de la couche de forme est en général entre 40 et 70 cm. Couche de roulement Couche de Surface
Couche de liaison Couche de base Couche de fondation
Corps De Chaussée
Sous couche (éventuellement) Couche de forme éventuellement
Figure1 : Coupe type d’une chaussée souple
VI.2.2.2. Chaussée semi–rigide : On distingue :
Les chaussées comportant une couche de base (quelques fois une couche de fondation) traitée au liant hydraulique (ciment, granulat,..).
La couche de roulement est en enrobé hydrocarboné et repose quelque fois par l’intermédiaire d’une couche de liaison également en enrobé strictement minimale doit être de 15 mm.
Ce type de chaussée n’existe à l’heure actuelle qu’à titre expérimental en Algérie.
Les chaussées comportant une couche de base ou une couche de fondation en sable gypseux.
VI.2.2.3. Chaussée rigide : Comportant des dalles en béton (correspondant à la couche de surface de la chaussée souple) qui, en fléchissant élastiquement sous les charges, transmettent les efforts à distance et les répartissent ainsi sur une couche de fondation qui peut être une grave stabilisé mécaniquement : elle peut être traitée aux liants hydrocarbonés ou aux liants hydrauliques. Ce type de chaussée est pratiquement inexistant en Algérie (sauf pour les chaussées aéronautiques).
Chaussée :
Structure souple
Structure semi-rigide
BB
BB
GNT
GT
Sol.s
Sol.s
BB
BB
GB
GB
GNT
GT
Sol.s
Sol.s
Structure rigide
B Ciment GT Sol.s BB : béton bitumineux GB : grave bitume GT : grave traité G.N.T : grave non traité. Sol.s : sol support
VI.3. LES DIFFERENTSSchéma récapitulatif FACTEURS POUR LES ETUDES DE DIMENSIONNEMENT : Le nombre des couches, leurs épaisseurs et les matériaux d’exécution, sont conditionnées par plusieurs facteurs parmi les plus importants sont :
VI.3.1. Trafic : Le trafic de dimensionnement est essentiellement le poids lourds (véhicules supérieur a 3.5tonnes) .il intervient comme paramètre d’entrée dans le dimensionnement des structures de chaussées et le choix des caractéristiques intrinsèques des matériaux pour la fabrication des matériaux de chaussée.
Il est apparu nécessaire de caractériser le trafic à partir de deux paramètres : De trafic poids lourds « T » à la mise en service, résultat d’une étude de trafic et de comptages sur les voies existantes : De trafic cumulé sur la période considérée qui est donnée par :
N = T.A.C Avec :N : trafic cumulé. A : facteur d’agressivité globale du trafic. C : facteur de cumul :
C = [(1+ )p - I] /. Avec : : Taux de croissance du trafic. p : nombre d’années de service (durée de vie) de la chaussée.
VI.3.2. Environnement : Le climat et l’environnement influent considérablement sur la bonne tenue de la chaussée en termes de résistance aux contraintes et aux déformations, ainsi : La variation de la température intervient dans le choix du liant hydrocarboné, et aussi les précipitations liées aux conditions de drainage conditionnent la teneur en eau du sol support. Donc, l’un des paramètres d’importance essentielle dans le dimensionnement ; la teneur en eau des sols détermine leurs propriétés, propriétés des matériaux bitumineux et conditionne.
VI.3.3. Le Sol Support : Les structures de chaussées reposent sur un ensemble dénommé « plate – forme support de chaussée » constitué du sol naturel terrassé, éventuellement traité, surmonté en cas de besoin d’une couche de forme. Les plates formes sont définies à partir : De la nature et de l’état du sol ; De la nature et de l’épaisseur de la couche de forme.
VI.3.4. Matériaux : Les matériaux utilisés doivent résister à des sollicitations répétées un très grand nombre de fois (le passage répété des véhicules lourds).
VI.4. METHODES DE DIMENSIONNEMENT : Nous avons deux grandes familles de méthodes :
Celle qui utilise la structure de la chaussée à travers un modèle mécanique pour la détermination des contraintes et déformations, cette méthode est dite rationnelle.
L’autre qui consiste à observer le comportement sous trafic des chaussées (réelles ou expérimentales) et d’en déduire les règles pratiques du dimensionnement, et c’est la méthode empirique.
Cette dernière contienne elle-même les méthodes suivantes :
VI.4.1. Méthode C.B.R (California – Bearing – Ratio): C’est une méthode semi empirique qui se base sur un essai de poinçonnement sur un échantillon du sol support en compactant les éprouvettes de (90° à 100°) de l’optimum Proctor modifié. La détermination de l’épaisseur totale du corps de chaussée à mettre en œuvre s’obtient par l’application de la formule présentée ci après:
Pour un trafic en voiture particulaire : TMJA×365×1.5t < 100000 t/ans e=
100+150 √ P I CBR +5
(cm)
Pour un trafic en voiture particulaire: TMJA×365×1.5t ≥ 100000 t/ans N 10 Avec: (cm) 75+50 log ¿ e: épaisseur équivalente ¿ 100+ √ P ¿ ICBR : indice CBR (sol support) e=¿ N: désigne le nombre journalier de camion de plus 1500 kg à vide
P: charge par route P = 6.5 t (essieu 13 t)
Log: logarithme décimal
L’épaisseur équivalente est donnée par la relation suivante: e = c1 e1 + c2 e2 + c3 e3 Où:
C1, C2, C3 : coefficients d’équivalence.
e1, e2, e3 : épaisseurs réelles des couches. Coefficient d’équivalence : Le tableau ci-dessous indique les coefficients d’équivalence pour chaque matériau : Matériaux utilises Béton bitumineux ou enrobe dense Grave ciment – grave laitier Grave bitume Grave concassée ou gravier Grave roulée – grave sableuse T.V.O Sable ciment
Coefficient d’équivalence 2.00 1.50 1.20 à 1.70 1.00 0.75 1.00 à 1.20
Sable
0.50
Tuf 0.60 Tableau1 : Les valeurs des coefficients d’équivalence
VI.4.2. Méthode du catalogue des structures : Catalogue des structures type neuf est établi par «SETRA ».
Il distingue les structures de chaussées suivant les matériaux employés.
Il considère également quatre classes de trafic selon leur importance, allant de 200 à 1500 Véh/J.
Il tient compte des caractéristiques géotechniques du sol de fondation.
Il se présente sous la forme d’un jeu de fiches classées en deux paramètres de données : 1. Trafic cumule de poids lourds à la 10ème année Tj. 2. Les caractéristiques de sol (Sj).
Détermination de la classe de trafic Tableau 2 : Déterminant la classe du trafic Classe de trafic T1 T2 T3 T4
Trafic poids lourds cumule sur 20 ans T 7.3 105 7.3 105T2 105 2 106T7.3 106 7.3 106T4 107
T 4 107
T5
Le trafic cumulé est donné par la formule suivante : Avec : Tpl : trafic poids lourds à l’année de mise en service.
τ : taux d’accroissement annuel Détermination de la classe du sol : Tableau 3 : Déterminant la classe du sol Classe de sol S1 S2 S3 S4
Indices C.B.R 25-40 10-25 05-10 <05
VI.4.3. Méthode du catalogue de dimensionnement des chaussées neuves : L’utilisation de catalogue de dimensionnement fait appel aux mêmes paramètres utilisés dans les autres méthodes de dimensionnement de chaussées : trafic, matériaux, sol support et environnement. Ces paramètres constituent souvent des données d’entrée pour le dimensionnement, en fonction de cela on aboutit au choix d’une structure de chaussée donnée. La Méthode du catalogue de dimensionnement des chaussées neuves est une méthode rationnelles qui se base sur deux approches : Approche théorique. Approche empirique.
La démarche du catalogue : Trafic (campagne de comptage, enquête….) Ressources en matériaux
Etudes géotechniques climat
Climat Détermination du niveau de réseau principal (Rpi)
Détermination de la classe du sol support de chaussée (Si) Détermination de la classe de trafic PL à l’année de mise en service (TPi)
Choix d’une ou plusieurs variantes de structures de dimensionnement
Détermination de la structure optimale de dimensionnement
VI.4.4. Méthode de l’indice de groupe" Ig ": Cette méthode est basée sur les caractéristiques du sol, de ses limites d’atterberg et de l’intensité du trafic poids lourds. L’indice de groupe Ig est un coefficient compris entre (0 et 20) qui caractérisent le sol : Ig = 0,2 a + 0,005 a × c + 0,01 b × d "0" pour un excellent sol et "20" pour un mauvais sol. "a" et "b" sont des coefficients fonction du pourcentage f du sol passant à 0,008 mm. f < 35……………. a = 0
f < 15 ……………….. b = 0
35 < f < 75………. a = f-35
15 < f < 55…………... b = f-15
f > 75……………. a = 40
f > 55………………... b = 40
"c "est un coefficient en fonction de la limite de liquidité WL. WL< 40 ……………... c = 0 40 < WL<60…………. c = WL-40 WL < 60……………... c = 20 "d" est un coefficient en fonction de l’indice de plasticité IP.
IP < 10 ………………. d = 0 40 < IP < 30…………. d = IP -10 IP > 30………………. d = 20
Détermination de l’épaisseur des couches : L’abaque ci-dessous donne l’épaisseur totale de la structure de chaussée pour l’essieu de référence de 13 tonnes en fonction de l’indice de groupe Ig et de l’intensité de trafic PL.
Figure 2: Epaisseur du corps de chaussée en fonction de l’indice de groupe
VI.5. APPLICATION AU PROJET : VI.5.1. Méthode de l’indice CBR : Données de l’étude : Année de comptage : 2011. TMJA2011 =25737 v/j. Mise en service : 2014. Durée de vie : 20 ans Taux d’accroissement : = 4 % Pourcentage de poids lourds : Z = 50 %
Répartition de trafic :
TJMA2011= 25737 (V/j). TJMA2011 = 12868 (V/j/sens) TPL2011= 0, 50× 12868 = 6434 PL /j/sens TPL2034 = (1+)21. PL2011 = (1+0,04)21 ×6434 ≈ 14662 (PL/j/sens)
Entre le PK 12+200 et le PK 28+600 : C.B.R=3.2 . TMJA×365×1.5t ≥ 100000 t/ans 25737×365×1.5=14091007(t/ans) >100000 (t/ans)
Donc :
N 10 75+50 log ¿ ¿ 100+ √ P ¿ e=¿
L’épaisseur totale :
12868 10 75+50 log ¿ ¿ 100+ √6.5 ¿ e=¿
= 83.85 cm.
e = 83.85 cm ≈ 84 cm.
Epaisseur équivalente : eéquivalente = a1×e1 + a2×e2 + a3×e3. Pour proposer le dimensionnement de la structure de notre chaussée, il nous faut résoudre l'équation suivante : a1×e1 + a2×e2 + a3×e3= 84 cm. Pour résoudre l'équation précédente, on fixe 2 épaisseurs et on calcule la 3ème
Couche de roulement en béton bitumineux (B.B) : a1×e1 = 8×2 = 16 cm.
Couche de base en grave bitume (G.B) : a2×e2=20×1.7= 34 cm. Donc L'épaisseur de la couche fondation e3 en (G.C) est de :
a3×e3=35×1= 35 cm
eéquivalent = a1×e1 + a2×e2+ a3×e3=8×2+20×1.7+1×35 = 85 cm. Epaisseur équivalent
Epaisseur réelle
16cm
BB
8cm
34cm
GB
20cm
35cm
GC
35cm
VI.5.2. Méthode de catalogue des structures : Détermination de la classe de trafic :
= Trafic poids lourds : T 4 107 Donc : la classe de trafic est : T5
= 7.74×107
Détermination de la classe du sol : ICBR = 3.2 ICBR <5 Donc : Le sol set de classe S4 D’après le catalogue des structures on trouve la structure suivante: Structure souple (s, fiche no 2) on a sol S4 et trafic T5 Revêtement : Béton bitumineux (B.B) = 8 cm couche de base : Grave Corrigée (G Cor) = 20 cm Couche de fondation : Grave (G) =35cm
Corps de chaussée BB
8 cm
GCor
20 cm
35 cm
G
Résumé : L’application des deux méthodes nous donne les résultats suivants : Méthode
C.B.R
Pénétrante
8BB+20GB+35GC
Catalogue des structures 8BB+25GCor+40G
Conclusion : D'après le tableau, on remarque bien que la méthode CBR nous donne le corps de chaussée le plus favorable et tout en sachant que cette méthode est la plus utilisée en Algérie, donc on choisit les résultats de la méthode CBR.
