Conception et exécution des terrassements

Les ouvrages de terrassement se composent de déblais et remblais pour servir à supporter les structures de chaussées.

Le déblai est constitué soit d’un matériau naturel en place, soit d’un matériau extérieur si la nature du matériau en place est inadaptée (trop sensible aux variations hydrauliques par

exemple). Le remblai est construit sur un sol support appelé assise de remblai. Cette dernière doit avoir des caractéristiques mécaniques suffisantes pour supporter l’ouvrage sans se déformer [Hoang, 2005]. Le remblai est constitué (figure 33) :

- du pied de terrassement - du corps de terrassement

- de la partie supérieure des terrassements (PST) qui est constituée par le dernier mètre supérieur du remblai [SETRA et LCPC, 2000]. La surface supérieure de la PST constitue l’arase des terrassements. Cette dernière est recouverte à la suite par une couche de forme dont la surface constitue la plate-forme support de la chaussée.

Figure 33 : Constitution du terrassement. D’après Hoang, 2005

Selon les cas de chantier, la couche de forme peut être [Hoang, 2005]:

- inexistante lorsque les matériaux constituant le remblai ou le sol en place ont eux-mêmes les qualités mécaniques requises;

- limitée à l’apport d’une seule couche d’un matériau ayant les caractéristiques nécessaires; - constituée d’une superposition de couches de matériaux différents, répondant à des fonctions distinctes, qui permettent de former une structure d’adaptation dont la surface présente les caractéristiques requises pour une plate-forme support de chaussée. Ces matériaux sont de type géotextile, matériaux grossiers, enduit, gravillonné, etc.

Cette couche de forme répond d’une part à des objectifs de court terme, vis-à-vis de la phase de réalisation de la chaussée [Hoang, 2005] : on cherche à aplanir la plate-forme support de chaussée (permettant de réaliser la couche de fondation dans les tolérances d’épaisseurs fixées) et à permettre une circulation dans de bonnes conditions des engins approvisionnant les matériaux de la couche de fondation et éventuellement supporter le trafic généré par le chantier. D’autre part, à long terme, la couche de forme a principalement pour fonction d’homogénéiser la portance du support pour concevoir des chaussées d’épaisseur constante et le maintien dans le temps.

Selon le guide technique de la réalisation des remblais et des couches de forme [SETRA et LCPC, 2000], l’épaisseur de la couche de forme varie en fonction de ‘la partie supérieure du terrassement’(PST) selon les cas de chantier (annexe 7). De même, sept types de PST sont distingués en fonction de la géotechnique et des conditions hydriques des sols. Ensuite, chaque PST est associé à une ou deux classes de ‘l’arase de terrassement’ (AR). Enfin, pour chaque cas de PST et pour les différents matériaux, il est préconisé une certaine épaisseur de couche de forme (annexe 7).

Exécution des terrassements :

L’activité des terrassements concerne la mise en œuvre des déblais, remblais et couches de formes en matériaux traités ou non [Hoang, 2005]. Après enlèvement de la terre végétale, soit les matériaux utilisés en déblai/remblai (du sol considéré) n’ont pas besoin de traitement et

dans ce cas il faut juste régler et compacter le sol, ou soit ces matériaux sont sensibles à l’eau et dans ce cas on les enlève pour les traiter ou les remplacer.

La réalisation de la couche de forme, selon le cas du chantier considéré, fait appel à un grand nombre d’opérations élémentaires exigeant un ordonnancement précis et des matériels spécifiques variés. Quatre types de chantiers courants sont illustrés par la figure 34 [LCPC et SETRA, 2000]. Ainsi, les matériels utilisés dans ces travaux sont présentés dans le tableau 22.

Figure 34 : Opérations élémentaires pour quatre cas de chantier type

Couche Travaux Matériel Enlèvement de la terre végétale Tracteur sur chenille

Extraction du déblai Pell mécanique, Bulldozer Transport du déblai Bulldozer, motorscraper, camion Epandage du remblai Bulldozer, motorscraper, niveleuse

Réglage Bulldozer

Fermeture Compacteur

Préréglage Niveleuse

Epandage du produit de traitement Epandeur

Malaxage Pulvérisateur

Arrosage Arroseuse

Compactage partiel Compacteur

Réglage fin Niveleuse

Cloutage Epandeur, compacteur, gravillonneur porté

Compactage final Compacteur

Sols support et couche de

forme

Protection superficielle Epandeur, compacteur, gravillonneur porté

Tableau 22: Matériels utilisés pendant les travaux des terrassements

[LCPC et SETRA, 2000] 1.1.2 Conception et construction de la chaussée

Précédée par la phase de terrassement, la chaussée se présente sous la forme d’une structure multicouche (figure 35). A la surface de la couche de forme (sur la plate-forme support), on trouve la couche d’assise, constituée d’une couche de fondation et d’une couche de base, qui permet une répartition des contraintes verticales sur la plate-forme support afin d’éviter des déformations trop importantes de celle-ci. Ensuite, on trouve la couche de surface, composée d’une couche de roulement et éventuellement d’une couche de liaison, qui donne à la chaussée les propriétés nécessaires pour son utilisation par les véhicules et qui assure un rôle d’étanchéité vis-à-vis du corps de la chaussée, contribuant ainsi à sa durabilité [LCPC et SETRA, 1998].

Figure 35 : Structure générale de la chaussée

[LCPC et SETRA, 1998] Il existe sept types de structures de chaussée [Hoang, 2005] :

1- La chaussée bitumineuse épaisse qui se compose d’une couche de surface bitumineuse sur une assise en matériaux traités aux liants hydrocarbonés.

2- La chaussée à assise traitée aux liants hydrauliques qui comprend une couche de surface bitumineuse sur une assise en matériaux traités aux liants hydrauliques.

3- La structure mixte qui comporte une couche de surface et une couche de base en matériaux bitumineux sur une couche de fondation en matériaux traités aux liants hydrauliques.

4- La chaussée en béton de ciment dans laquelle la couche de béton et ciment (couche de roulement) repose sur une couche de fondation en matériaux traités aux liants hydrauliques, soit sur une couche drainante en matériaux granulaires (ce qu’on appelle ‘‘dalle épaisse’’), soit sur une couche d’enrobé reposant elle-même sur une couche de forme traitée aux liants hydrauliques.

5- La structure souple qui comporte une couverture bitumineuse relativement mince, reposant sur une ou plusieurs couches de matériaux granulaires non traités.

6- La structure inverse qui comporte une couche de surface et une couche de base en matériaux bitumineux, sur une couche en grave non traité de faible épaisseur, reposant elle-même sur une couche de forme traitée aux liants hydrauliques.

7- La structure expérimentale qui comporte une couche de surface se composant d’une couche en béton bitumineux très mince et d’un enduit superficiel. Cette couche de surface se pose sur une couche de base en BAC (couches en béton de ciment ainsi qu'en béton armé) et une couche de fondation en GB3 (trois couches en grave bitume) [DR, 2000].

Pour tous les cas, les conditions climatiques locales ainsi que les types de trafics considérés interviennent dans le dimensionnement et le choix de la structure de chaussée, selon des règles proposées par le guide [LCPC et SETRA, 1998]. Le dimensionnement de la chaussée peut être effectuée en utilisant le logiciel Alizé [Alizé-LCPC-routes] développé par LCPC [Hoang, 2005], ou le catalogue des structures types de chaussées neuves [LCPC et SETRA, 1998].

La présentation des paramètres du ‘‘profil en travers’’ se limite à deux catégories qu’on voit souvent pour les autoroutes et routes nationales en France [Hoang, 2005] : le profil en travers d’une route à 2 ou 3 voies (figure 36) et le profil en travers d’une route à 2x2 voies (figure 37).

Figure 36 : Profil en travers sur une route nationale

[SETRA, 1994].

Figure 37 : Profil en travers d’une route à 2x2 voies

[SETRA, 1994].

On définit ci-après, selon le Service d’Etudes Techniques des Routes et Autoroutes (SETRA), les éléments des deux profils en travers figurant dans les schémas ci-dessus :

- BD:Bande dérasée87_;

- S: Surlargeur structurelle de chaussée supportant le marquage de rive (m) ; - m: marquage de rive;

- BDD: Bande dérasée de droite; - BDG: Bande dérasée de gauche; - BM: Bande médiane;

- Chaussée: Au sens géométrique, la chaussée est limitée par le bord interne du marquage de rive (et ne comprend pas les surlargeurs de structure de chaussée portant le marquage de rive). Les autoroutes comportent deux chaussées séparées unidirectionnelles. Chacune d’elles est divisée par une signalisation horizontale appropriée; en voies élémentaires d’une largeur de 3,5 m; le nombre de ces voies peut varier de 2 à 4 [SETRA, 1985].

- TPC (Terre-plein central): D’une largeur qui varie de 2,5 à 3,5 m [SETRA, 1985], le TPC permet la séparation des deux sens de circulation. Il se compose de deux bandes dérasées de gauche (BDG) et la bande médiane. En général, la largeur de la BDG est de 1 m pour le cas d’une autoroute. Elle peut être réduite dans le cas où il y a présence de séparateurs en béton par exemple [SETRA, 1985], concernant la bande médiane, si sa largeur est inférieure à 3 m, elle est généralement stabilisée et revêtue pour faciliter l’entretien, mais dans le cas contraire, une berme engazonnée de 1 m est maintenue en bordure de la BDG [SETRA, 1985] (une berme est une zone qui se trouve entre les structures stabilisées et les talus qui sert à participer aux dégagements visuels et à porter certains panneaux de signalisation et équipements). En cas de nécessité, des interruptions du TPC (ITPC), d’une longueur moyenne d’une trentaine de mètre (dans le cas d’une autoroute), existent pour permettre le passage de la circulation d’une chaussée sur l’autre.

- Accotement: il comprend une partie dégagée de tout obstacle appelé bande dérasée droite (BDD), bordée à l’extérieur d’une berme engazonnée. Pour l’autoroute, cette partie est appelée bande d’arrêt d’urgence (BAU). La largeur normale de BAU est de 2,50 m si le trafic poids lourds est inférieur à 1500véh/j l’année de mise en service, et de 3 m si le trafic poids lourds est supérieur à 1500véh/j l’année de mise en service.

La technique de la mise en œuvre d’une chaussée dépend principalement du type de matériaux utilisés dans la structure considérée ainsi que des matériels utilisés lors de la construction. Le tableau 23 présente les travaux de la mise en œuvre des couches de la chaussée, y compris l’accotement, pour trois principaux types de matériaux (le béton bitumineux (BB), le béton de ciment (BC) et le granulat non traité (GNT) utilisé dans l’accotement).

Couche Travaux Matériel Référence

Fabrication du mélange Centrale d’enrobage Transport du mélange Camion, semi-remorque Répandage de la couche d’accrochage Epandeuse des liants

hydrocarbonés Répandage du mélange Finisseur BB

Compactage Compacteur

[NF P 98-150]

Fabrication du mélange Centrale d’enrobage Transport du mélange Véhicules à bennes

métalliques Répandage du mélange et installation

des joints, de l’acier

Machines à coffrage glissant

BC

Entretenir la surface Equipement

[NF P 98-170] Transport du GNT GNT Répandage du GNT Camion, gravillonneur porté, niveleuse [LCPC et SETRA, 2000] 87

Compactage du GNT Compacteur

Tableau 23: Travaux et matériels de la mise en œuvre de la chaussée [Hoang, 2005]