GENERALITES SUR LES VOIRIES CHAPITRE I
INTRODUCTION GENERALE : Jusqu’à une époque récente de l’histoire, les modifications s’effectuant sur les espaces collectifs étaient à partir des critères purement architecturaux et de confort ceci a fait que la consommation de l’espace était très abusive et le coût de l’habitat très élevé, la croissance rapide de la démographie et la RI apparue à la fin du XIXe siècle ont traduit le fait que les habitants se regroupent dans des espaces très limitées. De telles difficultés ont rationnalisé les gens sur l’utilisation des espaces, séparé les zones industrielles des zones agricoles et celles à urbanisées. Cette dernière fait l’objet d’une étude qui devra recevoir des opérations d’urbanisation qui permettent la satisfaction des quatre premières objectives : Rechercher la meilleur intégration possible de l’opération dans son environnement générale (paysage naturel, milieu bâti, contexte socio-économique) socio-éc onomique) selon l’inspiration des habitants. Limiter les coûts d’investissement sans pour autant négliger les problèmes techniques. Créer un cadre de vie satisfaisant pour les usagers. Assurer un développement équilibré et harmonieux des communes afin de d e satisfaire ces quatre principes, c’est toute une étude de faisabilité et de conception technique des opérations c’est pour cela qu’on fait appelle au VRD qui a une influence directe et déterminante pour atteindre les objectifs prescrits.
I-
DEFINITION :
Devant tous les points cités ci- dessous, l’ensemble des techniques de conception et une méthode de calcul élaborée pour répondre aux principes précités sont l’objet des VRD. Ces techniques interviennent dans la modification du terrain naturel (conception d e la voirie et bâti) mais également l’implantation des différents réseaux destinés aux services publics (AEP, éclairages…).
II-
VRD ET URBANISME :
Les concepteurs dans le champ d’application des VRD doivent intégrer dans leurs réflexions et dans leurs choix les les véritables contraintes techniques et économiques liées au VRD ainsi en ne raisonner qu’en terme de sécurité et l’espace collectif en perdant de vue l’ objectif final de ce type d’opération d’urbanisme réalisé pour les habitants, un cadre de vie dont toutes les conditions de sécurité et de confort sont réuni. Inversement les concepteurs de l’aménagement et de l’intégration doivent intégrer dans leurs réflexions et dans leurs choix l’introduction des grands ensembles dans le cadre de vie qui satisfait les in spirations des habitants et conformément à la planification de l’urbanisme, ainsi à raisonner en terme de confort et d’un aménagement de qualité. Ceci induit des difficultés techniques et des investissements considérables pour la conception et la réalisation réalisati on de l’opération.
III-
TERME DE VRD :
A°) ESPACE COLLECTIF : D’une opération à l’autre, il occupe 30 à 60% de l’emprise des opérations, il constitue ainsi un élément essentiel d’un cadre de vie de traitement de l’aménagement de l’espace collectif (voirie, espace vert, air 1
de jeux, stationnement) et est déterminant pour la qualité de l’environnement et pour le développement des activités divers. B°) VRD ET ASSAINISSEMENT : Les VRD interviennent dans l’assainissement pour l’étude des ouvrages ainsi que l’implantation des réseaux d’assainissement afin de collecter et de transporter et éventuellement traité puis la restitué en milieu naturel dans un état satisfaisant, des eaux pluviales ou ruissellement et des eaux usées ou domestiques (eaux ménagères, eaux vannes, eaux industrielles) C°) VOIRIE ET AEP : L’eau est un bien public et indispensable à toute urbanisation, elle doit être disponible en quantité suffisante pour assurer les besoins de la population. Les VRD interviennent dans son domaine d’application afin de répondre à ces besoins par la conception et l’implantation des ouvrages qui devront répondre aux exigences. D°) VRD ET ENERGIE : L’énergie est un élément essentiel et très utile dont la vie moderne y est très attachée. Son absence peut paralyser toute une agglomération même un territoire et peut engendrer des conséquences indésirables sur l’économie. l’économie. Les VRD prennent ainsi en charge la conception et la réalisation de tels réseaux afin de répondre aux besoins des populations. E°) VRD ET TELECOMMUNICATION : De nos jours la circulation rapide de l’information est très déterminante pour le développement économique et social, les réseaux de télécommunication s’avèrent indispensable. C’est les VRD qui conçoi vent et réalisent l’implantation des outils de télécommunication. télécommunication.
IV-
MATERIAUX ROUTIERS UTILISES :
Les travaux routiers demandent une quantité importante de matériaux. De par leurs rôles, les matériaux constituant la super structure doivent être de bonne qualité. Cette exigence de qualité des matériaux de chaussée va croître des couches inférieures vers les couches supérieures. Les matériaux utilisés sont originaires des roches qui peuvent être : Eruptives ou ignées comme le basalte Sédimentaires comme le sable, les grés Métamorphiques comme le quartzite, les latérites. Ces matériaux sont souvent sous forme de massif rocheux (exploité en carrière par concassage) et granuleux naturel. A- LES SABLES : 1°) Les sables naturels : Par définition, un sable est un granulat dont la dimension maximale est parfois exprimée en passoir est ≤6,3 mm (D max≤ 6,3mm) et le pourcentage de fine ≤ 3,5℅. Ils sont utilisables en couche de fondation pour les trafics t1, t2, t3 et t3 et lorsque la couche de base est granulaire . Leurs diversités d’origine et de compositions minéralogiques minéralogiques font que leur utilisation doit se faire avec précaution. Ainsi, il serait toujours souhaitable avant d’utiliser un sable de faire son identification géotechnique et de procéder à son classement. 2°) Sables traités au ciment : Sous la dénomination de sol ciment, ce traitement se fait lorsque les sols sont peu ou pas argileux. Ils sont utilisés en couche de fondation lorsque la couche de base est en grave bitume ou grave ciment. Ce
2
traitement permettra ainsi de rigidifier la fondation et absorber les contraintes dues à la traction à la base des graves traitées. Il faudra ainsi éviter les surdosages en ciment qui peuvent créer des effets de dalle. 3°) Sables traités au bitume : Le traitement au bitume est utilisé pour des sols qui ont une bonne portance avec une mauvaise tenue à l’eau. Le sable bitume convient en couche de base pour les trafics T1 et T1 et T2 et T2 et parfois T3. T3. Son utilisation en couche de fondation est possible mais n’est pas très économique. Le sable bitume peut être aussi utilisé en couche de surface ou de roulement c’est le cas des sables enrobés à chaud ou Sand -asphalte et les enrobés fins ou micro béton. B- LES GRAVELEUX LATERITIQUES : Présente sur plus de 60℅ du territoire nationale, les graveleux latéritiques sont de loin les matériaux les plus utilisés en technique routière au Sénégal et plus généralement de l’Afrique. La latérite est une roche résiduelle rougeâtre issue d’un processus d’altération de roche meuble silico-alumineuse meuble silico-alumineuse avec départ de la silice et enrichissement en alumine. C’est la partie grave qui est la plus utilisée en technique routière. Leur utilisation en couche de chaussée est tributaire de la valeur de leur indi ce portant : CBR > 30 Couche de base :CBR :CBR > 80 Couche de surface :CBR :CBR n’est pas utilisé ; utilisé ; pour des trafics modifiés (< 100 véhicules/jour ) un CBR > 60 est 60 est acceptable pour la couche de base. Pour un trafic élevé > 5000 véhicules/jour véhicules/jour même même avec un CBR de 80 la latérite est susceptible à l’attrition il faut donc recourir au traitement. Le traitement se fait soit : Par adjonction d’une frange granulaireO/D granulaireO/D et et ou d/D : d/D : on renforce le squelette qui corrige ainsi la granulométrie qui se retrouve resserré en même temps on modifie la plasticité et on augmente la portance. Le mélange obtenu est appelé béton de sol. Par adjonction de chaux ou de ciment en quantité < 3℅ du poids. On parle ainsi d’amélioration. Par adjonction de ciment an quantité > 3℅ du poids. On parle de stabilisation si le pourcentage est < 7℅ et de sol ciment si le pourcentage est compris en 10 et 12℅ C- LES GRAVES : Ce sont des mélanges granulométriques contenus de cailloux, graviers et de sables avec généralement une certaine portion de particule plus fine. Ils peuvent provenir de gisement alu visionnaires à courbe granulométrique à peu près satisfaisant ( graves naturelles) naturelles ) : il ne convient alors qu’aux chaussées qu’aux chaussées à faible trafic. Ils peuvent alors satisfaire pour les exigences pour les chaussées à trafic plus élevé. Pour des trafics très élevés, on peut avoir recours à l’amélioration de leur performance par traitement au ciment (grave ciment) ciment) efficace mais très couteux pour les pays du tiers monde ou au bitume (grave bitume). D- ENDUITS SUPERFICIELS : Ce sont des couches de bitume et de gravillons répondu avec une dope éventuelle. Ils doivent assurer la rugosité et l’étanchéité de la couche de surface. Leur rapidité d’exécution et leurs l eurs couts peu élevé font des enduits superficiels (ESU ( ESU)) la méthode la plus utilisée en revêtement. Cependant, leur utilisation est limitée aux types de trafics T1, T1, T2 et T2 et parfois T3. T3. La granularité utilisée doit permettre de former une mosaïque de telles sortes que les granulats de petites dimensions remplissent les vides des granulats de grandes dimensions : c’est le principe des tables gy gogues. gogues.
3
Le choix du liant est déterminé par le type de trafic, l’état du support la période de mise en œuvre et l’expérience de l’entreprise. La règle générale stipule que l’utilisation d’un liant est d’autant plus vicieuse que le trafic est lourd. E- BETON BITUMINEUX ET ENROBES DENSES : T YPE DE MELANGE
BETON BITUMINEUX (B.B)
ENROBES DENSES (E.D)
GRANULATS Concassés roche dure forme cubique propre fuseau étroit % filler élevé % vide 4 à 8% 8% Concassés, ronds ou mélange des 2 fuseaux large % filler faible % vide 4 à 8% 8%
LIANTS Bitume ou goudron dont % dépend du % de filler
Bitume % entre 4 et 5% 5%
Ce sont des mélanges préparés en centrale de granulat et d’une quantité de bitume en couche de surface. Il assure les mêmes rôles que les enduits superficiels pour des trafics plus élevés avec un meilleur comportement. comportement. Suivant le % des vides, du filler et de la granulométrique, on distingue en technique routière au Sénégal les Bétons Bitumineux Bitumineux et les Enrobés Denses Denses dont le tableau ci-dessus fait leur comparaison. F- LE SAND – ASPHALTE : C’est un sable O/D enrobé O/D enrobé à chaud avec 2 ≤ D ≤ 4, il est constitué de sable roulé et de bitume entre 6,5 et 7% du 7% du poids. Son utilisation est conseillée pour les trafics T1 et T1 et T2, T2, on peut éventuellement adjoindre du sable concassé pour augmenter sa performance.
V-
LES ESSAIS D’IDENTIFICATIONS DU SOL :
Les matériaux routiers avant leurs utilisations font l’objet d’essai d’identification permettant de les classer et d’apprécier leurs comportement face aux sollicitations extérieures afin de mieux les utilisés. Une première identification visuelle permet de décrire les caractéristiques appréciables à l’œil nu (dénomination, aspect, couleur…). Cette identification est complétée par une série d’essai dont les principaux sont les suivants : L’ Analyse Granulométrique étudie Granulométrique étudie la distribution pondérale des éléments solides suivants leurs grosseurs. Elle permet de caractériser la taille et la répartition des particules ; Les limites de Waterberge correspondent Waterberge correspondent aux changements de consistance du sol en présence de l’eau. Elles se mesurent sur la frange plastic (passant au tamis 400mm) 400mm) du matériau. L’équivalent de sable mesure sable mesure la propreté du matériau et se fait avec un tamis de 5mm ; 5mm ; Teneur en eau (% (% eau dans le matériau) ; Essai Proctor permet permet de déterminer la teneur en eau optimale pour un bon comptage ; Essai CBR (indice de portance Californian) permet de mesurer la portance d’un sol dans différentes indications indications de compacité et de teneur en eau ; Essai Los Angeles permet de mesurer la résistance à l’usure par abrasion ; Essai Micro-Derval pour Micro-Derval pour mesurer la résistance à l’usure en présence ou non de l’eau.
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RESEAU DE VOIRIES : VI1- DEFINITION : La voirie est un réseau constitué d’un espace collectif qui est appelé à couvrir la circulation des différents usagers (piétons, véhicules) avec une certaine fluidité. 2- CREATION D’UNE VOIRIE : La décision de créer une voirie est d’abord politique puis juridique ensuite urbanistique et en fin technique. Cette dernière qui nous concerne porte l’objet de la faisabilité du réseau de voirie afin d’aboutir aux objectifs pour lesquels ce réseau est conçu. 3- INTERPRETATION GEOMETRIE : Lorsqu’un automobiliste effectue un changement de direction que ce soit une planimétrie ou en altimétrie, le confort est surtout la sécurité est remise en cause, si des dispositions appropriées ne sont pas pris en compte. A cet effet, les raccordements des alignements de la voirie sont conçus pour répondre aux exigences du confort et de la sécurité. En voirie, le raccordement se définit comme étant la courbure offerte à un traçons de voirie interposé entre deux alignements de direction différente en altimétrie et en planimétrie.
a- TERMINOLOGIE :
F
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Un tronçon de voirie constitue de 2 alignements alignements droits. Ce tronçon peut être assimilé à son axe médian en 2 droites de direction différentes qui présentent l’intersection au sommet S. formant 2 droites S. Leur raccordement se fait par un arc de cercle de rayon à déterminer. La Tangente T : c’est la distance sur les deux alignements de part et d’autre du sommet sur laquelle on doit effectuer le raccordement. L’Angle au sommet A : A : c’est l’angle que forme les deux alignements avec le point d’ intersection A. L’Angle au sommet B : B : c’est l’angle formé par l’intersection de deux rayons du même raccordement tracé à partir des points tangents. Développement D : c’est la longueur totale mesurée sur l’axe horizontal de raccordement mesuré sur les deux alignements. En général, elle vaut approximativement le double de la tangente. La Flèche F : c’est la longueur du déplacement (sur la bissectrice de l’angle au sommet) du sommet vers le raccordement. Il existe ainsi trois types de raccordement : raccordement planimétrie en altimétrie et raccordement parabolique.
b- CALCUL DES CARACTERISTIQUES GEOMETRIES DU RACCORDEMENT : Raccordement en planimétrie Soit à raccorder deux alignements MS et NS, NS, connaissant l’angle au sommet A A et le rayon de raccordement R, R, nous pouvons déterminer les caractéristiques géométriques du raccordement.
OSA est OSA est un triangle rectangle en A
+ + -
+
:
-
()
6
+ )
Une courbe de raccordement normal doit raccorder : Une longueur minimale de gauchissement chaussée bidirectionnelle sens unique
Une longueur minimale de confort optique L2
Longueur minimale de confort dynamique L3 ( )
La longueur à prendre en compte en définitive est celle la plus grande g rande des 3 valeurs.
Le raccordement altimétrique Connaissant le du raccordement généralement très grand, les décrédités et
des alignements
et , on peut déterminer les caractéristiques géométriques selon selon les 2 cas. Les données du problème sont aussi les suivants :
-
Ainsi nous pouvons déterminer les caractéristiques caractéristiques suivant suivant :
-
(+ )
=
(+ )
= [ ()]
est donné par la relation ci-dessus.
-
( ) ) (′)
7
Longueur de raccordement : elle est donnée par :
-
(′)² (−)( − )
-
(− − )
c- TRACER EN PLAN Le tracé en plan d’un réseau de voirie est la projection verticale de l’espace occupé par ce réseau sur le plan horizontal 1- Identification des problèmes : Lorsqu’un automobiliste emprunte un changement de direction (virage), il est soumis aux effets suivants : - Dérapage sous l’effet de l’accélération centre fusé. - Distance insuffisante insuffisante pour opérer un mot face à un obstacle sur la voie. - Affranchissement Affranchissement sur le trottoir des véhicules longs. longs. Afin d’épargner les usagers de ces problèmes, il est recommandé d’exécuter des raccordements circulaires qui doivent vérifier les conditions suivantes : - Stabilité Stabilité du véhicule pendant l’emprunt du virage. - Assurance d’une distance de visibilité dans les virages afin de permettre au véhicule de s’arrêter avant d’atteindre l’obstacle. - Mise en place de sur largeur. 2- Calcul des rayons de raccordement : raccordement : Le rayon de raccordement qui devra permettre les conditions de non dérapage du véhicule peuvent s’exprimer physiquement de la façon suivante : suivante : a- CONDITION DE NON DERAPAGE AVEC DEVERS :(α)
Σ F
.² = . ² R = → R= . ( + ) ( + )
ext = 0 αr P – P sinα +
sinα = δ = devers
(αr) (α r) coefficient de frottement 8
b- CONDITION DE NON DERAPAGE SANS DEVERS : α P
=f
.² =
.²
² → =
3- Vitesse de référence : La vitesse de référence est celle susceptible d’être atteinte en tout point de la section considérée sans danger. Elle est donc imposée par les zones dont les caractéristiques sont contraignantes. La vitesse de référence est ainsi le critère principal dans la conception géométrique de la route. Elle permet de définir les caractéristiques minimales d’aménagement dans les zones critiques comme les courbes. La norme préconise 5 vitesses de vitesses de références (40, ( 40, 60, 80, 100, 120 ) Les vitesses de références sont fortement influencées par la géo de la route. 4- Distances de freinage ou distance d’arrêt : : La distance de freinage est fonction de l’attention du conducteur (concentré ou diffusé) . La distance de freinage permet aux conducteurs de voir aussi loin que possible, les obstacles qui sont en face d’eux et de pouvoir continuer leur manœuvre ou s’arrêter sans les heurter. Le tempst1 tempst1 nécessaire de réflexe d’une attention diffusée et plus importante que le temps t2 d’une attention concentrée. On estime alors t1 = 2t2 . La distance de freinage est donnée par :
= ² = ²
attention concentrée
attention diffusée
²
correspond à la distance di stance nécessaire pour l'arrêt pendant l'opération de freinage.
correspond à la distance parcourue par le véhicule pendant la réflexion du
conducteur au freinage.
5- La distance de dépassement : La distance de dépassement est celle qui permet sur une route bidirectionnelle de terminer le mouvement de dépassement sans ralentir le véhicule qui vient en sens inverse dont sa hauteur conventionnelle est fixée à 1,2m. 1,2m. La norme donne une distance de dépassement = : On définit la distance de visibilité de dépassement celle qui permet, en tout sécurité d’ abandonner le dépassement en freinant ou de le poursuivre en accélérant si le véhicule opposé freine. 6- Sur largeur dans les virages : 9
Lorsque les véhicules longs franchissent les virages leurs essuiesarrièredébordent de la chaussée. On envisage une sur largeur si le sens est unique et une sur largeur si le sens est double.
² de part et d’autre de la chaussée
² = ² =0,004 0,55 φ=PIEV .
Exemple 1 : Pour une vitesse de référence de 100km/h. 100km/h. 1°)- Quelle 1°)- Quelle sera la distance de freinage d’un chauffeur ayant aperçu un obstacle à 15m si 15m si le PIEV = 2,5 secondes. secondes. 2°)- Comparer Comparer les valeurs des distances de freinage. 3°)- Le Le conducteur heurtera-t-il heurtera-t-il l’obstacle pourquoi ? ?
Solution 1 :
=100.10/3600 = ? = 2,5 ² = 120 1°)- = .: = 2°) - =0,004 =0,004 ² , AN:=0,004 ² , ,=
≠ 3°)- Le conducteur heurtera l’objet car 120 m > 15 m Exemple 2 : tonnes roule une surface en Un véhicule automobile type semi-remorque dont le poids total est de 28 tonnes roule 90km/h. terre gravillonnée à une vitesse de 90km/h. 5m. On considère que la section frontale du véhicule en écoulement de l’air est 4m2 et et sa longueur = 5m. Le véhicule roule sur une déclivité ascendante de 3% et qu’il n’a pas de courbe dans la section de la route considérée. 1°)- Donner 1°)- Donner l’expression des différentes forces qui s’exercent sur le véhicule en mouvement. 2°)- Calculer 2°)- Calculer l’ Σ Σ des forces définies en 1°). 3°)- En En supposant le conducteur à un PIEV = 2,5 secondes et secondes et que les frottements longitudinales avec la chaussée des roues = 0,5N , le véhicule s’arrête à une distance de 100m sur 100m sur la chaussée lorsque le conducteur tente d’éviter un obstacle en freinant. Calculer la vitesse de roulement du véhicule. 4°)- Calculer Calculer la distance de freinage si le conducteur est dans une attention concentrée.
Solution2 : 10
= 90 /ℎ = 4 ² = 2,5 1°)- L’expression des différentes forces Px = - P sinαfx = - fRx = 0 2°)-
PP
R
Py = - Pcosα Pcosα fy fy = 0
ma = ma
Ry = R
0
=(cosα cosα α α) = = 10 28 000 = 280 ² = 90² = 3 857,14 = = ²R = g(φfor) 10(0,030,18) 90² = 283000 857,14 f = P = 0,18 x 280 = 50,4 KN La vitesse de roulement du véhicule 3°)- La
=0,004 ²φ 0,55 55 → 100=0,004 2,²5 0,55 55 1,375 0, 0 04 100= 2,5 250 = 0,004² 004² 1,375 375 é é é ééé =5,89 → √ Δ =2,43 1,375 75 2,43 43 = 131,875 /ℎ = − 1,3 2 x 0,004 4°)- La La distance de freinage ² = 131,875 131,875² =200,29 = 5 100 5 100 Δ
7- Trottoir et bordure :
Chaussée
Trottoir Bordure Fossé 11
Chaussée Accotement
5m
Talus
Les accotements dans une voie urbaine sont remplacés par les trottoirs dans la fonction n’est pas seulement d’assurer une certaine fluidité rapide des piétons mais aussi pour les permettre de faire des promenades et d’admirer les expositions dans les vitri nes. Alors que les bordures servent principalement de protection. a- LES TROTTOIRS : : Les Les normes exigées que la largeur minimale du trottoir soit déterminé par le fait qu’un piéton et une voiture d’enfant peuvent se croiser sans se gêner. On obtient ainsi les largeurs de trottoirs suivantes : - 1,5 m lorsque le trottoir ne comporte pas d’obstacle. - 2 m lorsque le trottoir comporte des candélabres d’éclairage public. Lorsque le trottoir est aménagé tel qu’implanter une ou plusieurs rangés d’arbres, les normes permettent d’augmenter les largeurs de 5 m jusqu’à m jusqu’à 9 m. m. b- LES BORDURES : : La La séparation physique entre le trottoir et la chaussée est matérialisé par les bordures qui qui constituent un obstacle par l’envahissement du trottoir par des véhicules surtout pendant les manœuvres de stationnement. La hauteur est fixée selon l’endroit de son implantation : - Au droit d’un garage H = 7 cm. cm. - Sur un pont H = 18 à 20 cm. cm. - Sur une voirie tertiaire H = 14 cm. cm.
CHAPITRE II
STRUCTURE ROUTIERE 12
CONSTITUTION DE LA CHAUSSEE :
Couche de roulement Couche de liaison superstructure
Couche de surface
Couche de base Couche de fondation
Sous couche infrastructure
I-
Couche de transition
Couche de forme
DEFINITION ET NOMENCLATUDE :
1- Infrastructure : L’infrastructure d’une voie de circulation peut être définie comme le résultat des travaux de terrassement nécessaire à la construction de l’assise de la superstructure. Le sol d’infrastructure peut être soit le terrain naturel, soit le sol du fond du tranché, soit le sol de remblai. 2- Superstructure : La superstructure est constituée par l’ensemble des couches de matériaux mise en œuvre au -dessus de l’infrastructure pour constituer const ituer la surface de roulement et les accotements. La couche de transition mise en œuvre exclusivement dans le cas d’un déblai, constitue la 1 ère couche de la superstructure et fait partie de la fondation. A défaut de cette couche on peut utiliser au firme plastique ou géotextile posé sur la plateforme ou traiter le sol d’infrastructure au ciment ou à la chaux.
II-
CONSTITUTION DE LA CHAUSSEE :
Les chaussées se présentent comme des structures multicouches mise en œuvre sur le sol support. Parmi ces couches on a généralement la couche de surface, la couche de base, la couche de fondation etc. (voir dessin de dessus) . 1- Le sol de plateforme : Le sol support ou plateforme correspond au terrain occupant les parties de terrassement (30cm ( 30cm à 100cm). 100cm). Elle doit être suffisamment rigide pour permettre le passage des engins de terrassement insensible à l’eau et aux intempéries. Sa portance exprimée par son sévère ( Californian, Bearing Ratio ) influence très fortement l’épaisseur des couches de chaussée. Une bonne portance permet d’éviter les déformations sur chargement lourd ou répété entrainant une dégradation prématuré de la chaussée.
13
Un terrain naturel, un déblai ou un remblai devant servir d’assise à la superstructure peut se présenter dans l’un des trois états suivants suivan ts : - Sol convenant, sans traitement entre que l’enlèvement de la terre végétale et un compactage, par exemple un sol graveleux. - Sol à consolider par exemple un traitement avec du ciment. - Sol trop mauvais pour être conservé et devant être remplacé sur une certaine profondeur par un apport de bon matériaux : c’est le cas des argiles gonflantes et des sols de plateformes dont portance est inférieur à 5. Dans les pays tropicaux et plus particulièrement au Sénégal on distingue cinq classes de portances des sols de plateforme. CLASSE DE SOL S1 S2 S3 S4 S5
VALEUR CBR
≤5 ≤10 10 ≤ 15 15 ≤ 30 >30
2- Couche de forme : Elle est réalisée dans le but de faire reposer la chaussée sur une plateforme homogène de bonne qualité. Elle doit avoir une épaisseur suffisante et constitué de matériaux de bonne portance enfin de faciliter le passage des engins de chantier. Ainsi elle assurera une transition entre le sol en place et la chaussée. Elle doit rester insensible pour variation hydrique et participer au drainage de la chaussée. 3- Couche de fondation : Couche sus- jacente jacente à la plateforme, la couche de d e fondation permet d’assurer une répartition homogène des contraintes sur la couche de forme ou sur la plateforme. Pour cela elle doit présenter une certaine résistance mécanique et les matériaux qui la composent doivent avoir en CBR ≥ 30 selon selon le trafic et ne doivent pas être friable. La couche de fondation doit assurer aussi un bon drainage et doit avoir une (OPM). Les principales compacité optimale dont la valeur minimum est de 90% de l’optimum Proctor (OPM). exigences auxquels doivent répondre une couche de fondation sont : - La rigidité qui exprime sa qualité à diminuer les contraintes de la couche de base. - Rugosité (résistance amélioré à cause du frottement entre les le s grains). - Appuis. 4- Couche de base : Elle constitue avec la couche de fondation l’assise de la chaussée. Elle est soumise à des contraintes verticales effet des poinçonnages dû à la pression des pneumatiques et des contraintes de cisaillement dans le cas des matériaux traités aux liants. Ces dernières sont autant plus importantes que la couche de surface mince. La couche de base doit être constitué de matériaux suffisamment dur pour résister aux poinçonnements c’est-à-dire c’est -à-dire avoir un grand indice portant ou indice de stabilité. Les matériaux de qualité faisant de plus en plus défaut, les couches de base sont souvent en matériaux traités au ciment. Il est spécifié que le matériau présent d’abord un CBR > 60 et 60 et le mélange d’un CBR > 160 après après traitement. 14
Les principales exigences doivent répondre sont l’homogénéité, l’ homogénéité, la compacité, la continuité, reposé sur un appui et avoir une épaisseur suffisante. 5- La couche de surface : La couche de surface peut être constituée de revêtement souple (enduit superficiel en monocouche ou multicouche, béton bitumineux, enrobé dense etc.) ou d’une simple dalle de béton dans les cas des chaussées rigides. La couche de surface doit être : - Plane pour assurer le confort des usagers. - Rugueux pour assurer une bonne adhérence entre les pneumatiques et la chaussée. - Imperméable pour lutter contre les infiltrations d’eau dans le corps de chaussée. - Résister aux efforts normaux et de cisaillement dû aux pneumatiques.
III-
DIFFERENTS TYPES DE CHAUSSEES :
Selon le mode de fonctionnement mécanique de la chaussée on distingue généralement trois grandes familles de chaussées : - Les chaussées souples ou flexibles. - Les chaussées semi-rigides. - Les chaussées rigides. a- LES CHAUSSEES SOUPLES OU FLEXIBLES : Elles sont constituées d’une couche d’une couche bitumineuse en surface et d’une couche granulaire ou matériau granulaire pour l’assise. Elle présente l’aptitude de se déformer sans se fissurer. Une chaussée souple distribue les efforts de surface à travers les couches de base et de fondation de façon à ce que l’effort sur la plateforme soit compatible avec la résistance du sol d’infrastructure. b- LES CHAUSSEES SEMI-RIGIDES : : Elle Elle est une chaussée avec une couche de surface en béton bitumineux, une couche de base améliorée au ciment et une couche de fondation granulaire. Le dimensionnement des structures semi-rigides portent sur la rupture par fatigue à la base de la couche liée et l’orniérage du sol support. c- LES CHAUSSEES RIGIDES : : Une Une chaussée rigide est comme une dalle de béton, elle est peu défor mable mable et absorbe la charge afin d’éviter une déformation sur la fondation ou l’infrastructure susceptible de causer la rupture.
15
CHAPITRE III
CLASSIFICATION DES ROUTES
I-
BUT DE LA CLASSIFICATION :
La classification des routes est un regroupement méthodique, suivant le service rendu, pour déterminer le niveau de responsabilité, la réglementation à appliquer, les normes de construction et d’entretien. Elle facilite ainsi la tache au planificateur, à l’urbaniste et concepteur des routes. Un bon systè me de classification classification doit permettre : - d’établir des réseaux logiques et intégrés comportant toutes les routes et rues qui en raison de leur fonction doivent être administré par la même juridiction. - De fournir une base pour déterminer la responsabilité de chaque niveau du gouvernement approprié pour chaque classe de routes et de rues. - De regrouper les routes et les rues qui ont les mêmes normes de construction d’entretien et de fonctionnement.
II-
CLASSIFICATION DES ROUTES AU SENEGAL : Au Sénégal la classification des routes est définit par la loi n°74-20 du 24 juin 1974 . Cette loi porte sur le classement du réseau routier national. On distingue ainsi dans le réseau placé du Sénégal : - Les routes nationales ( RN ) permettent de faire la liaison à grande distance entre région administratives. La RN1 qui qui permet de relier Dakar à Thiès. - Les routes régionales assurent la liaison entre département. - Les routes départementales liaison interne aux départements. - Les pistes répertoriées ou pistes cyclanes relient les communes d’arrondissement au village. - Les voies urbaines permettant de faire la liaison à l’intérieur d’une ville. Il faut noter que toute taxe de classement est accompagnée d’un dossier précisant les dessins et les plans (le tracé de la route avec indication du kilométrage ou profil en long). - Le profil à travers type de chaque section. - L’emprise réservée à la route. - Et éventuellement le plan d’alignement. Actuellement dans le réseau routier du Sénégal il faut y rajouter rajouter la présence de l’autoroute à péage.
III-
CLASSIFICATION DES ROUTES AU CANADA Au Canada on distingue distingue suivant le milieu (urbain ou , rural ou ) quatre classes de routes. - Les Locales ( ( ) permettent l’accès au riverain. - Les Collectrices ( ) permettent la circulation entre les Locales et les Artères en milieu rural et assurent la fonction de trafic et d’accès aux propriétés riverains en milieu urbain. - Les Artères ( ( ) assurent une fonction de circulation, reçoivent une force débits à des vitesses élevées. - Les autoroutes ( ( ) assurent de grands débits de trafic roulant à grande vitesse à des conditions d’écoulement libre. On note aussi suivant le type de chaussée : comme voie divisée et comme voie non divisée suivi de la vitesse de référence. Une route correspondra alors à une Collectrice en zone rurale à voie séparée et dont la vitesse de référence est de . 16
IV-
CIRCULATION ROUTIERE ET TRAFIC :
La circulation se définit comme étant un fluide de trafic dans un réseau routier. Il existe 2 types de circulation la circulation et la circulation gênée. On parle de circulation libre par opposition à la circulation gênée lorsque la charge est assez faible pour ne pas réagir pratiquement sur le volume qui l’emporte. Le trafic, il sera subdivisé en trois trafics : - Trafic normal on parle d’accroissement normal du trafic lorsque la croissance est due au développement économique de la région non à des aménagements nouveaux. - Trafic dérivé,il est causé par la construction d’une nouvelle route. - Trafic induit dû aux conditions nouvelles accessibilité (baise de coût, amélioration des conditions de vie etc…) - Etude de trafic. La détermination du trafic se fait à partir d’étude statique de la demande actuelle et passée. Ces études permettront de déterminer le taux d’accroissement d’ accroissement et d faire la prédiction p rédiction du trafic futur. Elles seront basées sur des enquêtes et des comptages. Le trafic en prendre en compte dans le dimensionnement des chaussée et le trafic cumulé de poids lourd N donné par :
= ( − )
= coefficient d’agressivité = taux d’accroissement annuel = nombre d’année de dimensionnement Le trafic considéré dans les études de dimensionnement et le trafic cumulé poids lourd sur la durée de vie escompter. Dans les pays tropicaux francophones on distingue 5 classes de trafic : les essuies équivalent et celui de 13 tonnes et la durée escomptée est de 15 ans.
NOMBRE DE POIDS LOURD
<5.10 5.10 ≤ ≤1,5.10 1,5.10 ≤ ≤4.10 4.10 ≤ ≤10 10 ≤ ≤2.10
CLASSE DE TRAFIC T1
NOMBRE EQUIVALENT DE VEHICULES JOURNALIERS
T2
300 véhicules < t< 1 000 véhicules / jours
T3
1 000 véhicules < t< 3 000 véhicules / jours
T4
3 000 véhicules < t< 6 000 véhicules / jours
T5
6 000 véhicules < t< 12 000 véhicules / jours
t< 300 véhicules / jours
17
CHAPITRE IV
DIMENSIONNEMENT DES CHAUSSEES
1- ACTION D’UN VEHICULE SUR LE SOL : Lorsqu’un véhicule se déplace sur un sol, son poids est transmis au sol sous forme de pression par l’intermédiaire des pneumatiques. D’une manière générale des sols ne peuvent supporter sans dommage de telle pression. Si le sol n’est pas assez porteur le pneu le comprime et il se forme une ornière. Par contre si le sol est porteur il se pas se deux choses interceptibles mais qu’il faut bien comprendre : - Le sol s’affaisse sous le pneu c’est la déformation totale . - Lorsque la roue s’éloigne le sol remonte mais pas totalement : il reste une déformation résiduelle . La différence d entre et s’appelle déflexion.
d = Wt – Wr Wr = déflexion Essieu de dimensionnement = 13T
Circulation
base
fondation
6,5 roue = π²
δ
6, 5 δ = S = Surface Σ ≤ Σadm
δ ≤ δadm
18
Méthode d’indices de groupe
Méthodes empiriques Méthode du CBR Méthode du TRRL (US Army) Méthode du CEBTP Méthode des Rationnelles L’orniérage et la déformation résiduelle et proportionnellement à leur charge.
qui s’accroit au fur et à mesure des passages des véhicules
2- PRINCIPE DU DIMENSIONNEMENT : Le principe de dimensionnement est de limiter la charge transmise par la roue au sol support afin de minimiser ces déformations et éviter de l’amener à la rupture. Ce dimensionnement passe par la détermination sous l’effet du trafic des contraintes et déformations à travers le corps de chaussée et le sol support puis les comparer aux contraintes et déformations admissibles. DIMENSIONNEMENT T : 3- LES METHODES DE DIMENSIONNEMEN
La réalisation des différents types de chaussées passe d’abord par un dimensionnement adéquat. Pour cela différentes méthodes ont été proposées suivants deux approches : - L’approche empirique qui établit des relations entre la durée de vie et les propriétés mécaniques des matériaux. La méthode la plus utilisée au Sénégal est celle du CEBTP . A côté de cette méthode on a aussi la méthode d’indices de groupe , la méthode du CBR et et celle du Transport And Road Reseach Laboratory (TRRL) . - L’approche théorique ou rationnelle qui qui établit un modèle représentant le mieux possible le comportement mécanique mécanique du corps du chaussée basé sur la rhéologie du matériau. On distingue dans cette approche le modèle du Boussinesq , le modèle du Bicouche , le modèle de Hogg , le modèle de Westergoard et et le modèle de multicouche de Burmuster .
DEVOIR N° 02 : EXERCICE1 : ITESSE DU V EHICULE EHICULE V ITESSE Distance de freinage Distance d’arrêt (droite) en m Distance d’arrêt (courbe) en m Distance de visibilité au sol (15cm) : Rv (m) Distance de visibilité au sol (1m) : Rv (m)
40 15 40 40 580 200
60 35 70 72 1500 680
80 60 105 121 3000 1400
90
100 105 160 187 6000 3200
110 135 190 230 9000 4500
1°)Les 1°)Les distances de freinage, d’arrêt et rayon de courbure sont -ils sont -ils conformes aux vitesses données ? 2°) Pour 2°) Pour la vitesse v = 90km/h remplir le tableau.
EXERCICE2 : 19
1°) Citer 1°) Citer les méthodes de dimensionnement des chaussées ? 2°) Quels 2°) Quels sont les paramètres de base utilisés par la méthode du CEBTP et du CBR. Donner leurs différences. 3°) Donner 3°) Donner la définition de : UFD 140 ; RCU 70 ; UAU 100 ; RLD 40. Donner leur distance de freinage. 4°) Si le PIEV d’un conducteur est de 2,5 secondes ; secondes ; calculer le temps à mettre pour freiner afin de ne pas heurter un objet à 35 3 5 m pour une vitesse de 40km/h ? 5°) Citer 5°) Citer les matériaux utilisables pour les couches de chaussées.
4- LES METHODES EMPIRIQUES : Ce sont des méthodes basées pour la plus part sur des essais accélérés et des observations effectuées sur des routes d’expérimentales. Ces d’expérimentales. Ces approches empiriques ont apporté de nombreux renseignements sur l’action des charges de trafic et des sollicitations thermiques sur les propriétés des matériaux constitutifs de la chaussée ainsi que sur le comportement à long terme des structures routières. Leur principal désavantage est qu’elle ne qu’elle ne peut être appliquée que pour les conditions climatiques et de trafic pour lesquels elles ont été établies. a- METHODE DU CBR : APPLICATION : Pour : Pour une couche de base de CBR 85, une couche de fondation de CBR 25 et une plateforme de CBR 7, calculer les épaisseurs de chaque couche de chaussée et l’épaisseur globale de la chaussée selon la méthode du CBR. OLUTION : S OLUTION : - L’épaisseur totale : totale :
√ P = 100150 CBR5 100150 6,6,5 =40,2 ℎ:45 = 100150 75 - L’épaisseur de la couche de surface surface : : 100150 6,6,5 =5,36 ℎ:6 = 100150 855 - L’épaisseur de la couche de surface surface et et de la couche de base : 100150 6,6,5 =16,08 ℎ:17 = 100150 255 - L’épaisseur de la couche de base : base : =− = 17−6=11 - L’épaisseur de la couche de fondation : fondation : =− = 45−17=28
Elle considère la résistance au poinçonnement du sol de plateforme et la transmission des charges selon la méthode de Boussinesq . Elle a été créée par la Californian Division Highway et s’appuie s’appuie sur l’essai Californian Bearing Ratio . Elle donne en fonction du CBR de la plateforme l’épaisseur de la 20
+√ √ , = + +
couche sus-jacente à partir de la
roue en tonne
est égal à la charge par
b- METHODE DU TRRL : La méthode du TRRL communément communément appelée méthode du CBR modifiée prend en compte l’ensemble des paramètres de la méthode du CBR en en plus du paramètre durée de vie . Après les travaux du TRRL qui ont abouti à des abaques, la formule a été améliorée pour tenir compte du trafic réel
+ (+ (+10 . +
=
étant le nombre moyen journalier de véhicules de plus de 3tonnes à vide.
Il circule sur la chaussée. c- METHODE DU CEBTP : Le guide du dimensionnement du CEBTP a été établi en 1972npar le Centre Expérimental du Bâtiment et des Trafics Publics (CEBTP) . Il fait suite aux études réalisées en 1969 sur le comportement et le renforcement de 7000 km de chaussées bitumées en Afrique Tropicale et au Madagascar.La méthode de calcul du CEBTP tient tient compte de 2 critères, l’intensité l’int ensité du trafic et la portance de la plateforme. Si la chaussée a des couches traitées au liant hydraulique il faut en plus vérifié que les contraintes de traction à la base des matériaux traités presque compatibleà la performance de la chaussée. Ce guide présente sous forme de tableau les épaisseurs des couches de chaussées granulaires ou traitées en fonction du trafic et du CBR du du sol de plateforme. En rassemblant l’expérience africaine sur l’utilisation de la formule de Peltier et en se basant sur les observations visuelles détaillées du réseau, les nombreux renseignements techniques relatifs à la construction, à l’âge, l’âge, à la déformation de la chaussée et à la nature du trafic, le CEBTP a a proposé le tableau suivant donnant les épaisseurs recommandées et le revêtement type en fonction du trafic et du CBR de de la plateforme.
20 15 10 0 0
15 15 15 15 0
Monocouche + Monocouche d’entretien (2cm)
25 20 15 0 0
15 15 15 15 0
Bicouche sablé + Monocouche 3cm) d’entretien ( 3cm)
25 20 15 0 0
20 20 20 20 0
30 25 20 0 0
20 20 20 20 0
Bicouche sablé +
Bicouche sablé +
2,5cmd’enrobés
3cmd’enrobés
denses (4cm)
denses (4cm)
Il s’agit de dimensionner la structure de chaussée souple d’un tronçon de route nationale entre PK 10 + 250 et PK 75 + 350 . La couche de roulement est en bicouche en émulsion de bitume à 69% avec avec deux coupures 4/6 et et 10/14 . La mise en service est prévue en 2017 et et la durée de vie escomptée est de 15 ans avec un taux d’ accroissement accroissement de 8% . Le sol support à un CBR immédiat immédiat de 16 et et un CBR après après imbibition de 5 . Vue les matériaux locaux existant dans la région, la chaussée a dimensionné sera former par une couche de base en grave 21
concassé de 0/20 et et une couche de fondation en grave tout venant 0/31,5 . Pour estimer le trafic routier un comptage de la circulation effectué sur la voie la plus chargée a donné les valeurs suivantes :
200
50
30
45
15
5
1- Retrouver les classes du trafic et du sol support. 2- Proposer la structure de la chaussée. 3- Déterminer l’épaisseur globale selon la méthode du CEBTP et et la méthode du CBR . Faire un commentaire. 4- Déterminer les quantités nécessaire démuction en bitume et de granulat pour cet itinéraire. .
les classes du trafic et du sol support : Nombres de poids lourd / jour : 200 + 50 + 30 + 45 + 15 + 5 = Trafic : car 300 < N < 1000 Classe plateforme : CBR plateforme = _______ La structure de chaussée proposée : Revêtement en bicouche + bitume Couche de base en grave concassé 0/20
Couche de fondation en grave tout venant 0/31,5
er eb
ef
L’épaisseur selon la méthode du CEBTP :
-
er = 3cm eb = 25cm ef = 15cm _________
L ’épaisseur ’épaisseur selon la méthode du CBR
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√ P = 100150 CBR5 100150 6,6,5 = 100150 55 =, volume revêtement : PK 10 + 250 – PK PK 75 + 350 = 65,100 km ≈ 65 100 100 m 65 100 m x 0,03 m = Volume bitume :0,69 x 1 953 m³ /ml = Volume fondation :(65 100 x 0,15) x 0,315 = Volume base : (65 100 x 0,25) x 0,20 =
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