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CHAPITRE V MATERIAUX NATURELS, ETUDES GEOTECHNIQUES, CONSTRUCTION GENERALE ET DIMENSIONNEMENT DE LA CHAUSSEE

Matériaux Naturels

Cette partie de notre travail va nous permettre de faire l’analyse des conditions d’acceptabilité et d’accessibilité des matériaux à utiliser pour l’exécution de la chaussée. Pour que les structures proposées aient un comportement satisfaisant, il faut que les matériaux constituants les diverses couches aient des caractéristiques répondant à certaines exigences minimales de qualité ; que les conditions d’exécution de la chaussée aient été conformes aux règles d’art.

            L’un des principaux objectifs poursuivis par l’entreprise qui s’est chargé de faire l’étude de ce projet était celui de pouvoir s’assurer qu’une fois le projet démarré, il sera possible de trouver les matériaux nécessaires en quantité suffisante et de bonne qualité pour la mise en œuvre de différentes couches de la chaussée.

            Etant donné que le tracé de la route est situé sur un graben, le bassin concerné a été depuis longtemps l’objet de dépôts sédimentaires constitués par les sédiments d’origine détritiques, il s’agit d’un mélange d’éléments de nature variée, présentant une granulométrie distribuée, assez intéressante pour matériaux de couche de forme.

            Du PK 0+000 au PK 4+000, nous avons observé un sol granulaire sablonneux, contenant parfois des éléments grossiers sous forme de cailloux, ce matériaux peut être bon pour la plate-forme, de même que pour les zones de remblais. Voir photo ci-après :

 

Figure 35 : Matériau Granulaire Limoneux-sableux (entre PK 0+000-PK 4+000)

Source : Cavicon consultants 2012, 10

Nous avons également pu identifier aux environs du PK 1+500 une carrière en exploitation dont les matériaux peuvent être utiles pour la couche de surface. C’est un mélange de matériaux graveleux avec un limon noir sableux dont les caractéristiques peuvent être intéressantes pour la couche de forme. Voir photo ci-après :

Figure 36 : Carrière de Matériaux Graveleux en Exploitation au PK 1+500 

Source : Cavicon consultants 2012, 10

Investigations Géologiques et Géotechniques

Dans le cadre de la réalisation du projet ci- haut mentionné, une descente sur le terrain a été faite par l’ingénieur géotechnicien rattaché à la Mission de Contrôle dans le but de faire une évaluation des travaux qui seront effectués sur le plan géologique et géotechnique rentrant dans le cadre du projet.

            L’objectif principal de cette tâche est de déterminer d’abord la nature des différentes formations géologiques rencontrées dans la zone du projet, de déterminer et localiser en suivant le tracé de la route toutes les zones qui nécessiteraient une intervention géotechnique plus ou moins particulière, et en dernier lieu, de faire une identification des carrières potentielles devant fournir les matériaux dont on aura besoin pendant l’exécution des travaux.

Contexte Géologique et Géotechnique du Projet

Le projet d’aménagement de la route d’accès au barrage et à la centrale Ruzizi III est situé dans la zone d’effondrement tectonique de l’Afrique des Grands Lacs connu sous l’appellation de Rift-valley. La visite des lieux que nous avons effectuée nous a permis de constater que la rivière Ruzizi traverse une zone de fractures caractérisée par la présence d’un bassin assez étroit bordé des deux côtés par la présence de très hauts reliefs montagneux, les uns se trouvant sur le territoire rwandais et d’autres sur le territoire congolais. Ces reliefs de montagnes de très haute altitude sont affectés par les failles de toute sortes, que ce soit celles de compression ou d’extension. Certains éléments de roche trouvées sur place prouvent que la zone a été dans le passé l’objet de phases de plissements qui ont conduit à l’élévation de ces reliefs(voir figure 34) suivis par une forte fracturation qui a conduit à son tour à la formation du petit bassin au milieu qui est l’objet de la distribution de source de sédiments d’origine détritiques qu’on trouve en abondance dans la vallée de la Ruzizi, zone dans laquelle se trouve le tracé de notre projet.

Figure 37 : Roche montrant les Phases de Plissement qui ont affecté la Région

Source : Cavicon Consultants 2012, 9

Essais Géotechniques du Projet

Remblai Contigus aux Ouvrages et des Fouilles

            En plus des caractéristiques des matériaux de remblais qui doivent être précisés dans le rapport géotechnique (diamètre maximal des éléments, gonflement CBR maximal, Indice de plasticité Ip Max, Proctor modifié, CBR 95%...) 

            Une mise en forme et un compactage complémentaire sera effectués sur la partie supérieure de l’ensemble de la plate-forme qu’elle soit en déblai ou en remblai, de manière à obtenir une densité sèche γ d’au moins égale à 95% de l’OPM sur une profondeur de 0,30 mètres. L’assise des fondations des ouvrages de soutènement et les fondations des piles de pont doit être traitée de la même façon.

Fondation Profondes

            Pour pouvoir mener à bien sa Mission, la Mission de Contrôle et de Surveillance devrait avoir un rapport géotechnique complet précisant la nature et les caractéristiques mécaniques des couches traversées par les pieux (poids spécifique des sols, cohésion, angle de frottement interne, etc.). Avoir des résultats fournis par les pénétromètres, pour pouvoir juger si d’une part les procédés de forages proposés sont adéquats, si les caractéristiques mécaniques du substratum ne seront pas modifiées si les forages sont arrêtés à des profondeurs suffisantes et si la pointe des pieux repose sur un sol ayant une résistance suffisante pour pouvoir supporter et leur poids propre et les surcharges des ouvrages.

Géotechnique Routière

            La géotechnique peut être définie comme l’étude des propriétés des sols et des roches dans leurs relations avec les ouvrages de Génie-Civil. (Yves, 61,2013)

Elle s’applique plus particulièrement aux sols et aux roches entant que supports et matériaux constitutifs des chaussées et de leurs dépendances. L’objet de cette discipline est de fournir des éléments sur la nature des sols et des roches et sur les essais permettant de les caractériser.

Eau dans le Sol

            Le problème de l’eau dans les sols est fondamental, elle s’y présente sous les formes suivantes :

L’eau de constitution, entrant dans la composition chimique des matériaux constituant les feuillets argileux ;

L’eau liée ou eau absorbée constituant une fin autour des grains ;

L’eau interstitielle remplissant les porcs du sol ;

L’eau capillaire ;

L’eau libre.     

Le taux d’absorption d’eau dans un massif du sol, conditionne le niveau de portance de celui-ci. Plus le taux est élevé plus la portance est faible et vice-versa. Bref, le taux d’absorption est lié à la porosité du massif de sol considéré.

Caractéristiques Physiques du Sol

Poids volumique, c’est le poids d’un massif du sol considéré par unité de volume

La porosité, correspond au volume relatif occupé par les fluides dans le sol.

Le teneur en eau, c’est le taux du % de la concentration de l’eau dans le sol.

Les limites d’ATTERBERG (ou limites de consistances), Les états physiques sont caractérisés par des seuils de teneur en eau, permettant d’en différencier les consistances : solide, élastique et liquide.          

Granulométrie, elle consiste à déterminer la composition dimensionnelle ou diamètre d’un échantillon des matériaux. On l’effectue à l’aide des tamis.

Classification des Sols

            Elle constitue une étape fondamentale dans l’identification et la connaissance des sols. Elles permettent le regroupement des matériaux de caractéristiques physiques semblables et la projection de leur comportement mécanique commun.

Elle facilite aussi le contrôle technique qui s’appuie sur les termes d’acceptabilité définis par les cahiers des charges, par les recommandations ou par les normes.

Caractéristique Mécanique du Sol : Résistance du Sol

Compressibilité du Sol

            Elle est définie comme la faculté que les sols ont de voir leur compacité (c), augmenter. Quant à la compaction d’un sol, c’est le changement de sa compacité au moyen du resourcement mécanique des vides par la diminution du volume à l’air et même de l’eau.

Les études de compaction consistent à chercher les relations entre l’énergie de compactage, la nature du sol, la teneur en eau et la compacité. Ces paramètres sont déterminés à l’aide de l’essai PROCTOR.

Portance du Sol

            C’est la pression maximale que peut supporter un sol donné. Elle permet de déterminer la pression admissible du sol. Elle est déterminée à l’aide de l’essai CBR.

Déformations du Sol

            Ces sont les réactions du sol soumises à des sollicitations. Ces déformations sont :

Le retrait correspond à la diminution du volume du sol ;

Le gonflement correspond à l’augmentation du volume du sol, le plus souvent suite à l’imbibition du sol.

Analyse Géotechnique de la Qualité des Matériaux : Condition d’Acceptabilité

Elle consiste à analyser les conditions d’acceptabilité des matériaux à utiliser pour l’exécution de la chaussée. Pour que les structures proposées aient un comportement satisfaisant, il faut :

Que les matériaux constituants les diverses couches aient des caractéristiques répondant à certaines exigences minimales de qualité ;

Que les conditions d’exécution des chaussées aient été conformes aux règles d’art.

Plate-forme

            Il est indispensable de disposer d’une bonne assise pour que le corps de chaussée soit mis en place dans des conditions satisfaisantes et pour qu’il conserve dans le temps une indéformabilité suffisante. Les sols de plate-forme, de caractéristiques géotechniques suivantes sont à éviter, donc il faut les améliorer ou les substituer :

            CBR < 5 ;

            Ip > 40 ;

            Gonflement linéaire dans le moule CBR > 2% ;

            Teneur en matières organiques > 3%.

Il est très capital d’investir beaucoup au niveau de la plate-forme.

Couche de Forme

            Le matériau d’apport ou de substitution à mettre en couche de forme pour pallier l’insuffisance du sol naturel. Il devra être sélectionné en tout état de cause, avoir les caractéristiques suivantes :

            CBR > 5 ;

             Densité optimale d’au moins 95% ;

            Ip < 20 ;

            La granulométrie maximale < 150mm.

Couche de Fondation

            Les matériaux pour couche de fondation, doivent se limiter aux caractéristiques géotechniques suivantes :

            CBR > 30 ;

            Densité optimale d’au moins 95% ;

            Dimension maximale des éléments < 60mm.

Couche de Base

            Etant soumise à des sollicitations importantes, les matériaux qui la constituent doivent avoir des qualités suffisantes :

            CBR > 80 ;

            Densité sèche de 95% de l’OPM.

Couche de Revêtement

            La couche de revêtement, étant la couche de roulement des véhicules c'est-à-dire supportant directement la circulation, le C.E.B.T.P propose les types de revêtements envisageables selon la classe de trafic.

Tableau 23 : Types de Revêtements Envisageables selon la Classe de Trafic par C.E.B.T.P

Classe de trafic

Formule d’aménagement

Aménagement progressif en 2 phases

Aménagement définitif en 1 phase

T1

E.S bicouche puis 8-10 ans après E.S

monocouche d’entretien

Tricouche en 3cm de ED, SA ou BB

T2

ES bicouche puis 7-8 ans après 3cm de ED, SA ou BB

4cm de ED, SA ou BB

T3

ES bicouche puis 3-5 ans après 4cm de BB

5cm de BB

T4

4cm de BB puis 6-7 ans après 4cm de BB

7cm de BB

BB : Béton bitumineux

ES : Enduit superficiel

ED : Enrobe dense

SA : Sand – Asphalte

Source : Mémoire Toyi Yves 2013, 66

Quelques Essais Géotechnique Routière

La géotechnique permet d’apprécier le niveau de portance du sol support de la chaussée, de déterminer les traitements et les dimensions de sous-couches de la chaussée à prévoir.

Ces caractéristiques sont obtenues à l’aide des essais in situ (sur terrain) ou au laboratoire.

Les principaux sont les suivant :

L’essai CBR ;

L’essai PROCTOR ;

Le tamisage (pour l’analyse granulométrique) ;

Etc.

Tamisage

            Il permet à l’aide des tamis de différentes dimensions d’effectuer l’analyse granulométrique.  Laquelle analyse consiste à déterminer les proportions rapportées au poids sec du sol en fraction classées par dimension des grains. La courbe granulométrique est tracée dans un diagramme logarithmique. Bref, il consiste à faire passer l’échantillon du matériau sur une suite de tamis dont les ouvertures ou ailles diminuent progressivement.

Essai Proctor

Figure 38 : Matériels de l’Essai Proctor

Source : Mémoire Toyi Yves 2013,49

            Il sert à déterminer la relation entre l’énergie de compactage (E), la teneur en eau (W), la nature du sol (N) et la compacité (ϒs). Cette relation permet de définir les conditions optimales de la mise en œuvre d’un sol donné et en fonction de la technique de compaction retenue.

            L'essai Proctor, complètement normalisé, consiste à placer dans un moule de dimensions déterminées, un échantillon humidifié de manière homogène à une teneur en eau donnée, peu élevée au début, et à compacter cet échantillon par couches au moyen d'une dame de poids standardisé tombant d'une hauteur standardisée.

Pour chacune des teneurs en eau considérée, on détermine le poids volumique sec du sol et on établit la courbe des variations de ce poids volumique en fonction de la teneur en eau.

Essai CBR

Figure 39 : Matériels de l’Essai CBR

Source : Mémoire Toyi Yves 2013, 50

            Il permet de déterminer la portance du sol, c’est à dire la tenue du sol compacté sous l’effet des charges, particulièrement des charges le poinçonnement d’un sol donné dans les conditions normalisées.

On calcule l’indice CBR (ou indice de portance californien), qui est le rapport des pressions obtenues sur le sol à étudier et le sol témoin pur.

Essai au Pénétromètre Dynamique

            L’utilisation du pénétromètre dynamique est une pratique courante depuis plusieurs décennies dans divers pays dont les États-Unis, l’Angleterre, Israël, l’Australie, l’Afrique du Sud et la France. Son appellation anglaise est le Dynamic Cone Penetrometer (DCP). Le principe de l’essai consiste à enfoncer dans les sols une tige munie d’un cône à l’aide d’une masse en chute libre, généralement de 8 kg, et de mesurer la profondeur obtenue après chaque caractérisation des sols fins contenant peu de gravier et de cailloux, car ces derniers peuvent limiter la pénétration de la tige et même occasionner un refus.

             Le DCP a toutefois l’avantage d’éviter la réalisation d’excavations ou de trous importants. Il peut être utilisé en complémentarité avec un programme de sondage ou du carottage, mais il ne permet pas de prélever des échantillons. Le pénétromètre dynamique du Service des chaussées est monté sur une remorque et permet l’automatisation des opérations.

L’appareil comporte un système mécanique servant à l’enfoncement des tiges et un autre servant à l’acquisition des données contrôlées par ordinateur.

Figure 40 : Description d’un Pénétromètre Dynamique

Source : Mémoire Toyi Yves 2013, 52

Construction Générale et Dimensionnement de la Chaussée

            Le dimensionnement structurel consiste à la détermination du nombre et de l’épaisseur des différentes couches d’une structure routière. L’objectif d’un dimensionnement est de garantir une durée de vie suffisante à la chaussée.

            Habituellement, les routes à revêtement bitumineux sont dimensionnées pour une durée de vie de 15 ans, celles à revêtement en béton de ciment pour 30 à 40 ans, de manière à ce qu’aucune réparation de type structurel ne puisse être réalisée durant cette période.

            La structure de chaussée est généralement déterminée à partir des données de trafic poids lourds, des caractéristiques du sol support et de la qualité des matériaux constituants la structure de chaussée existante dans le cas de renforcement ou de la chaussée neuve dans le cas d’une nouvelle construction.

Terrassement

Le tracé définitif d’une route résulte d’une combinaison harmonieuse des pentes, rampes et courbes ainsi que le coût économique lié au volume des terres à apporter ou à enlever (les remblais ou les déblais).

Déblais

Déblais de terre arable :

 Enlèvement de la terre arable couvrant l'assiette des ouvrages. L'épaisseur de la terre arable est entre 20 et 30 cm de sol meuble au maximum. Les dépôts de terres arables s’exécutent sans compactage.

La vérification du volume de déblai s'effectue au moyen de piquets témoins et celui des dépôts, par opérations topographiques. Si le mesurage se fait sur dépôts, le foisonnement des terres est, par convention, égal à 1,25.

Déblais généraux :

 Il s’agit de l’opération destinée à réaliser les profils de la forme par excavation de matériaux. Pour la plate-forme, les réglages et les imperfections locales se font par découpage et/ou par apport de matériaux, après scarification de la surface.

 Pour les talus, le réglage des déblais se fait par découpage et non par apport de matériaux.

Les réparations des talus s'exécutent par découpage jusqu'à une profondeur minimale de 20 cm sous la surface de glissement, puis apport de matériaux.

Si le trafic de chantier emprunte la forme, l'entrepreneur prend toutes les dispositions pour que les matériaux gardent leurs caractéristiques mécaniques, notamment du point de vue portance. Si la restitution de la portance naturelle ne peut être atteinte par compactage, il est procédé au traitement ou au remplacement du matériau constituant le fond de coffre, suivant une des techniques de stabilisation ou de remplacement de sols impropres.

Si la portance naturelle du fond de coffre est inférieure à la valeur requise, il est procédé à l'amélioration du fond de coffre suivant une des techniques précitées.

Remblais

Remblais de terre arable :

Recouvrement de terre arable des surfaces à gazonner ou à planter. L'épaisseur des remblais de terre arable est de 20 cm après compactage. La terre arable ne peut être circulée par les engins de chantier.

Les remblais sont compactés par cylindrage léger (pneus ou chenilles) ou à la batte.

Remblais généraux :

Opération destinée à réaliser les profils de la forme par épandage et compactage de matériaux.

L'épandage s'effectue en couches successives qui ont, après compactage, une épaisseur uniforme sous une pente transversale suffisante pour éviter la stagnation des eaux et permettre l’évacuation de celles-ci sans provoquer de ravinements, glissements et affouillements.

L’épaisseur des couches successives dépend des caractéristiques des matériaux ainsi que des caractéristiques des engins de compactage de l'entrepreneur. Elle ne dépasse pas 50 cm sauf pour les couches inférieures d'un remblai réalisé par mélange de terrain meuble et rocheux, où cette épaisseur est limitée à 90 cm. Les irrégularités de surface sont corrigées après scarification.

 Si la portance imposée n’est pas atteinte, les remblais sont ré-compactés jusqu’à l’obtention de la valeur prescrite. Il convient de répartir la circulation des véhicules de chantier uniformément sur toute la largeur des remblais.

Théorie sur le Compactage

Objectif du Compactage

Les objectifs du compactage sont les suivants :

Supprimer les déformations ultérieures : tassements du remblai,   tassements différentiels, déformation de chaussées, orniérage de couche de surface ;

Augmenter les caractéristiques mécaniques : augmenter la portance et la traficabilité des couches de forme ou de remblai, augmenter les modules des assises non traitées, augmenter la résistance des assises traitées et des couches de roulement, permettre aux matériaux de résister au trafic routiers ;

Assurer l’imperméabilité : le compactage est la première des protections contre l’agression de l’eau. Objectif important pour la couche de roulement, évitant les désordres sur les couches inférieures.

Action du Compactage

            Etant donné que les sols et les matériaux routiers sont constitués de solides (grains de sol, granulats, sables,..), de liquides (eau, bitume, émulsion,…) et d’air (emprisonner entre solide et liquides) ; l’action du compactage se traduit par :

Un rapprochement des grains ;

Une expulsion d’air.

Figure 41 : Effet de toute Charge en Déplacement sur le Sol

Source : investigation personnelle

            Le poids du véhicule est transmis au sol sous forme de pressions par l’intermédiaire des pneumatiques. Dans une manière générale, les sols ne peuvent pas supporter sans dommage de telles pressions. Si le sol ne pas assez porteur, le pneu comprime le sol et il se forme une ornière.

Figure 42  : Formation d’une Ornière sous Effet d’une Charge se déplaçant sur le Sol

 Source :  Investigation personnelle 

En revanche, si le sol est porteur, il se passe deux choses imperceptibles :

Le sol s’affaisse sous le pneu. C’est la déformation totale :

Lorsque le pneu s’éloigne, le sol remonte mais pas totalement, il reste une déformation résiduelle :

La différence d= -  qu’on appelle la déflexion

Figure 43 : Schéma de Principe illustrant la Déflexion d’un Sol sous Effet de Passage d’une Charge

 

Source : Investigation  personnelle

Action des Roues et de Revêtement Routier

Les dégradations de revêtement routier sont dues aux actions normales des roues, action tangentielle des roues, patinage des roues motrices, freinage,… ce qui causent les chocs résultant des irrégularités de la surface de roulement.

Actions Normales des Roues

            Elle dépend de poids normaux des roues, de la largeur de bandage et de la nature de bandage. Il est donc nécessaire de limiter le poids de roues enfin que le revêtement ne soit pas défoncé.

Actions Tangentielles des Roues

            Le véhicule avance sous l’action de couple moteur appliqué à l’essieu. L’action tangentielle développée entre les roues motrices et le revêtement tend à repousser les éléments constructifs du revêtement dans le sens inverse de la marche du véhicule.

Patinage des Roues Motrices

Les roues motrices patinent lorsque l’effort moteur est supérieur à l’adhérence.

A=Pm.f           A : Adhérence

                        Pm : poids de l’essieu moteur

                        f : frottement

F est l’effort moteur qui est égal à R. les roues patinent lorsque f est supérieur à A et elles roulent lorsque f est inférieur à A.

Le patinage est surtout fréquent lors du démarrage et pour ce faire, le revêtement est meulé et les éléments constructifs du revêtement sont rejetés dans le sens inverses.

Action du Freinage du Véhicule

            Lors du freinage du véhicules, les roues motrices et les non-motrices sont toutes bloquées ; le revêtement laminé, ses éléments sont repoussés à la fois sur  les roues motrices et les non-motrices.

Actions des Pneus

            Au passage du véhicule, des matières d’agrégation et de pierraille du revêtement de la chaussée sont repoussées vers l’arrière du véhicule et dispersées par la suite de déplacement d’air provoqué par le véhicule se déplaçant rapidement ; suite à la rotation des pneus fonctionnant comme ventilateur ; suite aussi à la pression exercée par les pneus.

Dégradation due aux Irrégularités à la Surface de Revêtement

Figure 44 : Dégradation due aux Irrégularités à la Surface de Revêtement

Source : Syllabus du Cours de voirie, 2013

Position 1 : la roue va aborder le trou

Position 2 : la roue rencontre un revêtement en A

Lorsqu’il y a choc de la roue avec le revêtement, les éléments constitutifs du revêtement sont repoussés vers l’avant et se déchaussent. Il en résulte donc une dégradation en A et un agrandissement de trou.

Position 3 : la rue rebondie à cause de choc en A et n’exerce pas de forte pression sur le revêtement et la roue tourne plus rapidement.

Position 4 : la roue retombe en B, il y a donc un choc et les éléments constitutifs de revêtement sont repoussés vers l’avant ce qui implique l’amorcement d’un nouveau trou en B.

Méthodes de Dimensionnement

Méthode CBR

La méthode part de la relation de Boussinesq.

Figure 45 : Relation de Boussinesq

Source : Mémoire Toyi Yves 2013,63

=Po[1- ], on en deduit h=Z=

-charge  verticale concentrée de la roue

-contrainte au point M due à la charge Po

-composante verticale de la contrainte

τz –composante horizontale de la contrainte

Z=h-épaisseur de la couche considérée

R-distance du point M par rapport à l’axe vertical de Po

Prie au bas de la couche considérée

Le corps des ingénieurs américains propose des abaques dont l’expression générale est :

h=

P -charge par roue en KN ou en T

I -l’indice portant CBR en %

h - hauteur (épaisseur) de la chaussée en cm

Les abaques fournissent l’épaisseur théorique à placer sur la couche considérée, c'est-à- dire on procède par régression jusqu’à définir l’épaisseur de chacune des couches.

Si on tient compte du nombre des poids lourds, la relation devient :

h=

P : Charge par roue en kN ou en t

N: Nombre de véhicules de plus de 3T par jour

I: Indice portant CBR

â„Ž : Epaisseur de la chaussée

Méthode du C.E.B.T.P

            Cette méthode peut être considérée comme étant d’une application quasi-générale dans les pays tropicaux, son objectif à long terme est de faire réaliser pour chaque pays un catalogue de structure de chaussées adaptée à son propre environnement économique, climatique et géotechnique.

            Elle présente des tableaux des différentes structures possibles et des épaisseurs des

Courbes à mettre en œuvre, compte tenu des trafics et de la nature des sols du projet.

Les tableaux proposent l’épaisseur des revêtements à mettre en place pour l’aménagement définitif des chaussées, pour une durée de service de 15 ans, avant le renforcement.

Les paramètres d’entrée du dimensionnement sont :

Indice de portance de la plate-forme :

La valeur à retenir est la portance CBR des sols mis en œuvre dans les 30cm supérieurs de la plate-forme. Il peut s’agir :

            Des terrassements en déblais ;

            De la couche supérieure des remblais ;

            Du terrain naturel ;

            D’une couche de forme.

La portance CBR sera diminuée en fonction dans condition de densité et de teneur en eau les plus défavorables subis à long terme par la plate-forme. Cinq classes de sols ont été retenues, qui correspondent à une réparation assez constante dans divers types de sols rencontrés en pays tropicaux.

Tableau 24 : Classe de Portance CBR

S1

CBR < 5

S2

5 < CBR < 10

S3

10 < CBR < 15

S4

15 < CBR < 30

S5

CBR > 30

Source : Setra 2006, 45

Trafic : Classe du Trafic

Durée de Vie

            Dans le cas général, on admettra que la chaussée devra être conçue pour une période de 15 ans avant que ses caractéristiques progressivement altérées ne rendent nécessaire son renforcement.

Répartition du Trafic sur l’Itinéraire

            Si la route à moins de 7m de largeur, on prendra en compte l’ensemble du trafic dans les deux sens de circulation. Si la route à plus de 7m ou si les voies sont à circulation unidirectionnelle, le trafic dans le sens le plus chargé sera considéré.

Poids Maximal de l’Essieu

            Les structures proposées sont prévues pour supporter les essieux simples dont la charge maximale est de 13 tonnes. Le pourcentage de surcharge n’excédant pas 10%.

Classes de Trafic

            Les classes de trafic retenues sont définies de plusieurs façons en fonction du degré de précision des données disponibles :

Trafic journalier, toutes catégories de véhicules confondues ;

Trafic cumulé de poids lourds (véhicules définies comme ayant un poids total, en charge, supérieur à 3,5 tonnes) ;

Trafic calculé selon l’équivalence d’essieux tirés des essaies AASHO par Liddle.

Trafic en nombre de véhicules par jour :

Il est défini par son intensité journalière moyenne sur une durée de vie de l’ordre de

15 ans, toutes les classes de véhicules incluses. Le pourcentage moyen de poids lourds est supposé de l’ordre de 30% du trafic total.

Cinq classes de trafic sont à distinguer :

Tableau 25 : Classe du Trafic pour toutes les Classes de Véhicules Confondues

T1           <     3000

T2  300  à  1.000

T3  1.000  à  3.000

T4  3 000  à  6 000

T5  6 000  à  12 000

Source : Setra 2006,45

Trafic en nombre de passage cumulé de poids lourds :

Si l’estimation du trafic cumulé en nombre de poids lourds, de véhicule de charge totale supérieure à 3,5t est possible, l’appréciation de ce paramètre sera meilleure que dans le premier cas.

La durée de vie est aussi de 15 ans et le pourcentage de poids lourd voisin de 20%.

Les classes sont les suivantes :

Tableau 26 : Classe du Trafic en Fonction du Nombre Cumulé de Poids Lourds

Trafic en nombre cumulé de poids lourds.

0,00  T1  5,00.

5,00.  T2   1,50.

1,50.  T3  4,00.

4,00.  T4  1,00.

1,00.  T5  2,00.

Source : setra 2006, 46

Calculs des Croissances du Trafic 

            Cas des croissances exponentielles :

= -1

            Cas de croissance linéaire :

Avec : t1 - trafic moyen journalier de la première année ;

tn- trafic moyen journalier de la première année n ;

n- Nombre d’années (durée de vie) ;

i-taux d’accroissement cumulé pendant la durée de vie n.

 - trafic cumulé des poids lourds pendant la durée de vie de la route

Trafic en nombre de passage d’un essieu standard :

Il est proposé d’adopter l’équivalence donnée par Liddle et définie par rapport à un essieu standard de 8,2 t :

C =

P = poids de l’essieu simple estimé en t

α - Pour les chaussés souples = 4

Pour les chaussés rigides varie de 4 à 8

Chaussés en béton = 8.

C= coefficient réducteur (ou d’agressivité)

Les classes de trafic exprimé en nombre cumulé de passage d’un essieu équivalent sont les suivantes :

Tableau 27 : Classes de Trafic exprimé en Nombre Cumulé de Passage d’un Essieu

Essieu équivalente de 13t

Essieu équivalent de 8,2t

T1 < 5.

T1 < 3.

5. < T2 <1,5.

3. < T2 <

1,5. < T3 < 4.

< T3 < 2,7.

4. < T4 <

2,7. < T4 < 6.

< T5 < 2.

6. < T5 <

Source : setra 2007, 47

            Le calcul du trafic cumulé en essieux équivalents pendant la durée de vie choisie se fera à partir du trafic initial en utilisant les mêmes formules de sommation que pour le trafic en nombre cumulé de poids lourds.

Choix de la Méthode de Dimensionnement

            Comme notre cas d’étude, se trouve dans la zone tropicale, nous avons opté d’utiliser la méthode C.E.B.T.P, du fait qu’elle est la mieux indiquée vis-à-vis de notre zone de projet.

Commentaire sur les Résultats de la Plateforme

            Selon le guide pratique de dimensionnement des chaussées dans les pays tropicaux, les caractéristiques géotechniques de la plate-forme doivent remplir les conditions suivantes :

            CBR à 95 % ≥ 5 ;

            IP ≤ 40 ;

            WL< 70 ;

            Gonflement en moule CBR ≤ 2 %.

Dimensionnement proprement dit de la Chaussée Projetée

Classe de l’Indice de Portance

            Selon l’étude géotechnique effectuée sur la plate-forme du tracé de la chaussée le sol présent des caractéristiques mécaniques se conformant aux classes de portance suivantes :

Tableau 28 : Classe de Portance de la Chaussée projetée

PK

CBR

Classe de portance

90%

95%

98%

1+000

7,0

8,2

10,0

S2

2+000

-

-

-

-

3+000

8,0

8,9

9,3

S2

4+000

-

-

-

-

5+000

16,0

20,0

22,3

S4

6+000

13,5

22,0

27,0

S4

7+000

-

-

-

-

8+000

9,8

14,2

17,0

S3

9+000

5,0

10,0

15,0

S3

Source : Cavicon consultants, 2012

Nous adoptons la classe de portance S2 pour le dimensionnement de notre chaussée.

Trafic

Durée de vie : la durée de vie est de 15ans.

Poids maximal de l’essieu :

La méthode propose des structures, pouvant supporte les essieux simples avec comme charge maximale de 13T.

Classe de trafic :

D’après le rapport final de Civicon Consultants, le trafic de la chaussée est de 420 véhicules par jour (tout véhicule confondu), pris  sur base du trafic dans le réseau routier où se trouve notre chaussée, précisément la chaussée Bugarama - Kamaniola. Nous allons déterminer la classe de trafic selon le nombre cumulé des poids lourds. Or les statistiques du trafic ont donnés un pourcentage des poids lourds égal à20%. Le taux de croissance annuel est estimé à 7%.

Le nombre des poids lourds =  = 84PL

Calcul de croissance de trafic :

Trafic moyen journalier annuel :

= -1

= -1 =230, 75 veh/jr

Trafic cumulé des poids lourds pendant la durée de vie de la route :

                          =0,77× PL

Nous adoptons la classe de trafic T2.

Détermination des Couches constitutives de la Chaussée

            D’après le résultant de la classe de l’indice de portance pour avoir la portance du sol qui est S4 et après le calcul de la classe du trafic qui est T2, nous allons devoir nous fixer les valeurs des épaisseurs du corps de la chaussée de la manière suivante :

Tableau 29 : Tableau Récapitulatif des Résultats du Dimensionnement

Trafic

Portance

Couches de

la chaussée

Matériaux

Epaisseur

T2

S4

Couche de fondation

Graveleux latéritique naturel

20cm

Couche de base

Graveleux latéritique naturel

15cm

Couche de roulement

Enrobé

5cm

Source : Investigation personnelle

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