Chapitre 9: Résultats et discussion
4.3 Auscultation de la route Parakou-Béroubouay
4.3.1 Schéma itinéraire des dégradations relevées
Une étude réalisée sur le tronçon d’étude Parakou-Béroubouay en par Charles AVADEME élabore un schéma itinéraire des désordres localisés dans la couche de roulement réalisée en enrobes bitumineux. Des premiers constats de cette étude nous avons pu relever que les désordres directement visibles comprenaient :
- des zones présentant un fort orniérage ;
- des zones présentant des apparitions de nids de poule ; - des zones présentant de faïençage ;
- des zones d’affaissement ;
- des zones présentant le ressuage de l'enrobe.
Les observations récapitulées par ce schéma itinéraires sont présentées en annexe A.
Présenté par TONFFOUSSIE A. Stéphane 58 Chapitre 5: Evaluation de la chaussée
L’étude du comportement de la structure en place, s’est faite sur la base de l’exploitation des résultats de mesures de déflexion et des statistiques de trafic, des relevés de dégradations, d’uni, disponible. Mais avant, intéressons-nous au mode de relevé de ces différents paramètres qui sont pris en compte dans l’évaluation de la chaussée.
5.1 La déflexion
On entend par portance d’une structure, la capacité qu’a cette structure { supporter les charges. La portance d’une structure de chaussée est donc fonction du trafic d’une part, des caractéristiques réelles de la structure de chaussée en place d’autre part. La mesure de la déflexion est l’un des moyens permettant d’apprécier la portance de la structure en place. Le but de cette mesure de déflexion est de pouvoir comparer les relevés avec les seuils critiques de déflexion.
Dans l’espace CEDEAO, le principal appareil utilisé pour effectuer ces mesures de déflexion est la poutre Benkelman.
5.1.1 La poutre de Benkelman ( )
5.1.1.1 Description
La poutre BENKELMAN est composée de deux parties :
- le bâtie en partie fixe, constitué d’une poutre de 𝑚 environ ;
- le fléau en partie mobile qui se compose d’une poutre de 𝑚 environ pouvant osciller autour de l’axe porté par le bâti. Elle est également munie d’un comparateur dont le palpeur s’appuie sur une extrémité du fléau.
Photo 5.1:Poutre de Benkelman
Présenté par TONFFOUSSIE A. Stéphane 59
Figure 5.1:Description de la poutre Benkelman
La poutre Benkelman est un dispositif mécanique qui permet de mesurer la déformation verticale élastique de la chaussée en un point et sous l’action de la charge { l’essieu standard qui vaut 𝑡 dans la zone CEDEAO. Elle permet des mesures ponctuelles de déflexion (d) nous renseignant sur l’état du corps de la chaussée. La valeur de la déflexion dépend d’un certain nombre de facteurs que sont :
- l’environnement climatique et géologique ; - la nature des matériaux constituant la chaussée ; - la portance de la plate-forme ;
- le poids de l’essieu servant { la mesure.
Du fait d’une éventuelle sensibilité du sol support { l’imbibition pouvant ainsi être une cause principale de la variation des résultats, il est recommandé que les campagnes de mesures de déflexion soient effectuées pendant la période la plus défavorable, c’est { dire peu après la saison des pluies. Cela est la preuve que la déflexion est sensible à l’environnement géologique et climatique et { la nature des matériaux constituant les chaussées et principalement leur sol support.
5.1.1.2 Principe de mesure
Les déflexions sont mesurées sur les rives à environ un mètre ( 𝑚) du bord de la chaussée et sur l’axe en quinconce, avec un essieu chargé { 𝑡. Le principe de mesure consiste { déterminer la valeur de l’ordonnée maximale de la courbe d’influence représentant la déformation verticale du sol, menée au droit d’un palpeur, croissant { l’approche d’un jumelage.
Les mesures sont lues sur le comparateur.
Présenté par TONFFOUSSIE A. Stéphane 60
Figure 5.2:Principe de mesure de la poutre Benkelman
Par similitude, les triangles AOB et DOE donnent la relation suivante :
est la valeur lue sur le comparateur et est celle de la déflexion réelle.
Une fois la déflexion réelle obtenue, on procède aux différents calculs pour apprécier l’évolution de la déflexion.
5.1.1.3 Matériels
Pour la réalisation de l’opération, on emploie :
- une équipe composée d’un conducteur, et de techniciens ; - une poutre BENKELMAN ;
- un comparateur pour faire la lecture de la déflexion ; - un camion chargé { l’essieu standard ( 𝑡) ;
- des plots de signalisation, gilets réflectorisés, sifflets pour la sécurité des opérateurs.
5.1.1.4 Mode opératoire
Après repérage du PK origine tronçon objet de la campagne, les opérateurs procèdent :
- au positionnement de la poutre au point de mesure ;
- au fixage du petit bras de la poutre, ensuite au réglage du comparateur (mettre l’aiguille { zéro) ;
- au positionnement du camion ;
- au positionnement du petit bout de la poutre entre les deux pneus arrière de façon à permettre de rouler librement sans passer sur le bout de la poutre.
Présenté par TONFFOUSSIE A. Stéphane 61 Une fois ces dispositions prises, le technicien alerte le conducteur de camion afin qu’il puisse effectuer le déplacement.
La déformation constatée au niveau de l’essieu est lue grâce au comparateur, la déflexion étant la lecture sur le comparateur multipliée par deux ( ). On répète la même opération avec une mesure en quinconce (droite et gauche) tous les 𝑚. Pour des études plus approfondies, les sections de mesure peuvent être de 𝑚 𝑚 𝑚.
5.1.1.5 Traitement des mesures
La déflexion caractéristique est la valeur de la déflexion ayant une probabilité de dépassement prédéterminée, avec laquelle on procède au tracé de la courbe d’évolution de la déflexion le long des sections homogènes de route. Elle s’exprime comme suit :
où
Il existe une corrélation entre le niveau des dégradations sur un itinéraire ou plutôt sur un ensemble d’itinéraires et le niveau de la déflexion. L’exploitation statistique de ces deux paramètres pour un réseau situé dans une unité géologique et climatique, donne les valeurs des seuils de déflexions critiques. Les valeurs 𝑑 et 𝑑 permettront d’apprécier le type d’entretien { exécuter sur les différents axes :
- 𝑑 est la valeur en déca de laquelle on considère que la structure se comporte d’une façon satisfaisante ;
- 𝑑 est la valeur au-dessus de laquelle on considère que la structure présente de sérieux défauts de portance.
Ces mesures sont mentionnées sur le graphe suivant :
Présenté par TONFFOUSSIE A. Stéphane 62
Figure 5.3:Déflexion caractéristiques Parakou-Béroubouay du PK9+400 au PK151+753 (côté droit et côté gauche)
Présenté par TONFFOUSSIE A. Stéphane 63 L’analyse de ce graphe nous montre que :
- les valeurs minimale et maximale exprimées en centième de millimètre sont respectivement de e . Elles sont obtenues sur la demi-chaussée côté droit sens Parakou - Béroubouay et permet de ressortir quatre zones avec des valeurs moyennes de référence représentant l’ensemble des valeurs caractéristiques du tronçon ; comportement plus ou moins bon de la chaussée dans cette section ;
- du , nous relevons des valeurs relativement élevées passent dans une section donnée de la route, dans une direction et pendant une unité de temps donnée. L'étude des volumes de circulation mène à une bonne conception de la route. Le trafic est l’un des éléments de justification technico-économique tant au plan de la conception, de la programmation des stratégies d’entretiens courant et périodique que de la mise en œuvre d’une politique d’investissement.
5.2.1 Méthode d’estimation du trafic
L’évaluation du trafic permet de quantifier les déplacements existants sur une route. Les volumes de circulation peuvent être estimés de différentes manières :
- par comptage automatique ou manuel de circulation, pour une la route déjà construite ;
- par l'analyse des statistiques, des enquêtes et des tendances dans le cadre d’une route en projet.
Le mode d’évaluation du trafic par comptage manuel est la principale méthode utilisée au Bénin pour l’estimation du volume de circulation dans le cadre des projets de renforcement du réseau routier.
Présenté par TONFFOUSSIE A. Stéphane 64 Des campagnes de comptages sont organisées pour l’évaluation du trafic et les données issues de ces campagnes nous permettent non seulement de déterminer la composition du trafic par catégorie de véhicule, mais aussi le calcul du trafic moyen journalier (TMJ) pour chaque catégorie de véhicule.
On distingue deux types de trafic à savoir : - le trafic des poids légers ;
- le trafic des poids lourds qui est celui pris en compte pour le dimensionnement des chaussées du fait de l’importance de son impact.
5.2.1.1 Le trafic poids lourds
C’est le coefficient d’agressivité qui traduit le niveau d’impact du trafic sur la structure. En ce qui concerne les véhicules poids légers, ce coefficient d’agressivité vis-à-vis de la chaussée est moindre.
Les poids lourds sont des véhicules dont le poids total autorisé en charge est supérieur à 𝑡. Ils sont essentiellement constitués de camion, de semi-remorques comportant des roues jumelées { l’arrière, des citernes et des autocars pour transports en commun.
5.2.1.2 L’agressivité des poids lourds
Le nombre de poids lourds recensés ou pris en compte au cours de l’année de mise en service doit être affecté d’un coefficient qui traduit l’agressivité du trafic sur l’itinéraire concerné. Cette agressivité dépend { la fois de la composition même du trafic poids lourds et de la vocation de la route.
Le coefficient d’agressivité moyen est exprimé par le nombre d’essieux standard auquel équivaut le poids lourd « type » qui circule sur la route. Pour le déterminer, il est nécessaire de réaliser une campagne de pesage, essieu par essieu, des véhicules lourds circulant sur le tronçon et d’établir le spectre d’essieux correspondant { la population de ces poids lourds. Ce coefficient d’agressivité moyen se calcule à partir de la relation
Présenté par TONFFOUSSIE A. Stéphane 65
- coefficient dépendant du type de chaussée ;
pour les structures souples ;
pour les structures semi-rigides ;
pour les structures rigides.
5.2.1.3 Le trafic moyen journalier annuel (TMJA)
C’est celui que l’on détermine { partir des mesures de comptages. Il concerne exclusivement les poids lourds et est relatif, généralement, à un sens de circulation. Pour l’estimer, on a recours soit au moyen classique de comptage manuel par catégorie de véhicules, soit au moyen de procédés plus modernes, mais de conception simple, rapides et peu coûteux.
5.2.1.4 Le trafic cumulé
Pour le calcul des structures de chaussée, le trafic à prendre en compte doit finalement être exprimé par le nombre cumulé d’essieux standard qui sont passés ou qui passeront sur la voie la plus sollicitée de la chaussée. L’estimation de ce nombre cumulé NE se fait grâce à la formule suivante:
( )
- TMJA : le trafic moyen journalier en nombre de poids lourd (PL) { l’année de mise en service ;
- n : la durée de service de la route en nombre d’années ; - i : le taux de croissance annuel du trafic en pourcentage ;
- CAM : le coefficient d’agressivité structurelle moyen des poids lourds en termes d’essieu standard.
5.2.1.5 Le taux de croissance
Dans les pays en voie de développement, le taux de croissance du trafic peut varier considérablement jusqu’{ l’ordre de En règle générale et lorsqu’on ne dispose pas d’informations précises sur l’évolution du trafic, on retient un taux moyens de pour l’ensemble du trafic.
Présenté par TONFFOUSSIE A. Stéphane 66 5.2.1.6 Classe du trafic
La classe de trafic est déterminée à partir :
- du trafic des poids lourds journalier moyen annuel (TMJA) de la voie la plus chargée, pendant l'année de mise en service de la route.
Tableau 5.1:Classification du trafic à partir du trafic poids lourd
- Du nombre équivalent d’essieu standard NES qui fait l’objet de la classification du CEBTP illustrée ci-dessous
Tableau 5.2:Classification du trafic selon CEBTP
Catégorie de trafic proposé Nombre cumulé d’essieux équivalent de 13 T
T1
T2
T3
T4
T5
A l’issu des multiples enquêtes de trafic organisées sur le tronçon d’étude, une synthèse de données disponibles et hypothèses adoptées depuis l’origine du projet est récapitulée dans le tableau ci-après.
Présenté par TONFFOUSSIE A. Stéphane 67
Tableau 5.3:Tableau récapitulatif des hypothèses adoptées pour le trafic Parakou-Béroubouay (6)
Phase/ Document Trafic CAM Croissance
annuelle Trafic cumulé sur 15 ans Essieu 13 t
APD (ETRICO-GIC)/ janvier ?
TR Eng. Optimisation/juin
TR Eng. Origine dégradation/ juillet
DGTP BENIN/ mai -
Dossier d'expertise /
Sogea Satom/
Des résultats issus des différentes campagnes de ce tableau nous constatons :
- une variation assez considérable du trafic selon la période de campagne correspondant à un taux de croissance moyen de ;
- une variation relative { l’année de campagne du coefficient d’agressivité traduisant ainsi le majeur problème que pose le choix de ce coefficient pour notre réseau routier ;
- les travaux de renforcement du tronçon d’étude s’effectuent donc pour un trafic de classe T4 conformément à la classification du CEBTP.
5.3 Analyse de la portance résiduelle du tronçon d’étude par la méthode du centre de recherches routières
5.3.1 L’enquête
Elle est résumée au paragraphe du chapitre précédent.
5.3.2 L’examen visuel
Confère paragraphe du chapitre précédent.
Présenté par TONFFOUSSIE A. Stéphane 68 5.3.3 L’auscultation
Les mesures de déflexions ont été faites sous la charge { l’essieu de afin d’apprécier l’état de la chaussée compte tenu du rapport ⁄ . Les résultats de l’analyse effectuée du PK 9+400 au PK 29+400 { un pas de 5 km sont consignés dans le tableau ci-dessous.
Tableau 5.4:Déflexion caractéristiques des sections du tronçon étudié
Profil Déflexion moyenne
5.3.4.1 Calcul de nombre d’année de service futur de la chaussée
Une brève étude du trafic est nécessaire pour la détermination du degré de saturation, afin de déterminer le nombre d’année de service futur .
Des informations reçues de la DPSE pour les campagnes de comptage récentes effectuées, le nombre moyen de véhicule toute catégorie dans les deux sens de circulation est estimé à .
Des résultats du dossier d’expertise de , on retient un trafic journalier poids lourd dans les deux sens égal à pour un taux de croissance annuelle de qui correspond à un trafic cumulé sur ns de essieux de 𝑡𝑜𝑛𝑛𝑒𝑠.
Présenté par TONFFOUSSIE A. Stéphane 69 En considérant ces données pour une durée de vie de la chaussée réduite à ns, on obtient une capacité
( ) . On obtient ainsi un degré de saturation
En se référant { l’abaque de la variation du nombre d’années de service futur en fonction du degré de saturation, le nombre d’année de service futur de la chaussée pour un taux d’accroissement 𝑡 est de ns. Pour un taux d’accroissement de , on a un nombre d’année de service futur de ns.
De ce calcul, on remarque une réduction d’environ ns de la durée de service de la chaussée après deux années de mise en circulation précoce.
5.3.4.2 Evaluation de la durée de vie résiduelle
Le nombre d’essieu équivalent tiré du dossier d’expertise pour une durée de vie de 15 ans avec un taux d’accroissement du trafic de est essieux équivalent de 𝑡𝑜𝑛𝑛𝑒𝑠 soit une classe de trafic T4 selon le classement du CEBTP.
En considérant la loi de LIDDLE pour une structure semi-rigide ( ), on a essie de nnes es nd essie de nnes, on obtient un nombre d’essieu équivalent de de :
.
Le trafic cumulé ’ supporté durant la durée de service allant de à dans un sens de circulation sous une charge { l’essieu de 13 tonnes se calcule comme suit :
( ) ( )
Ce qui correspond à essie de . La durée de vie résiduelle de la chaussée est de :
𝑛 essie de
Présenté par TONFFOUSSIE A. Stéphane 70 5.3.4.3 Evaluation de la cause des dégradations
5.3.4.3.1 Caractérisation de l’état global du tronçon
- Calcul du rapport ⁄
- Calcul de la profondeur d’ornière 𝑤 (
)
𝑚𝑚
Le positionnement du point représentatif calculé ci-dessus à savoir le rapport ⁄ et la profondeur d’ornière 𝑤 sur l’abaque de la figure 3.4, montre que ledit point se trouve au-dessus de la courbe limite de variation de la profondeur d’ornière en fonction du rapport ⁄ .
Conformément à la méthode d’auscultation, la position du point traduit un état non satisfaisant de la chaussée.
5.3.4.3.2 Evaluation de la portance résiduelle
La portance résiduelle est évaluée à partir de la valeur du rapport ⁄ qui dans notre cas d’étude est égal { ; donc la portance du cas analysé est considérée comme suffisante.
5.3.4.3.3 Formulation du diagnostic
Par confrontation de l’état non satisfaisant du tronçon avec la portance résiduelle jugée suffisante, les causes probables des d’gradations sont les suivantes :
- l’épaisseur de revêtement hydrocarboné est insuffisant ; - faiblesse des couches de la structure.
En définitive, nous retenons de cette évaluation de la structure de la chaussée : - une diminution de la durée de vie de la chaussée ;
- un état d’endommagement non satisfaisant causé soit par une insuffisance de l’épaisseur du revêtement ou une faiblesse des couches inférieures ;
- les désordres enregistrés sont en partie les signes de l’inadaptation de matériaux des différentes couches qui, engendre des déformations permanentes sous l’effet conjugué des sollicitations induites par le trafic.
Présenté par TONFFOUSSIE A. Stéphane 71 Chapitre 6: Les enrobés bitumineux
Les Enrobés bitumineux utilisés dans les chaussées routières sont des matériaux à faible pourcentage de vide résultant d'un mélange de composants minéraux que sont les granulats et d’un liant hydrocarboné qui est généralement le bitume.
Suivant la procédure de fabrication, la couche { laquelle est destiné l’enrobé, on distingue différents types d’enrobés bitumineux illustrés sur la figure ci-dessous.
Figure 6.1:Les différents types d'enrobés bitumineux
BBME : Béton Bitumineux Module Elève ;
BBA : Béton Bitumineux Aéronautique ;
BBSG : Béton Bitumineux Semi Grenu ;
BBM : Béton Bitumineux Mince ;
BBTM : Béton Bitumineux Très Ultra Mince ;
BBUM : Béton Bitumineux Ultra Mince ;
EME : Enrobé à Module Elevé ;
GB : Gave Bitume.
Présenté par TONFFOUSSIE A. Stéphane 72 6.1 Les enrobés bitumineux à module élevé
Apparus en France il y a une trentaine d’années, les enrobés { module élevé (EME) initialement conçus pour des usages en renforcement des chaussées, se sont majoritairement développés dans les agglomérations où le trafic lourd était important.
Les Enrobés bitumineux à module élevé sont des enrobés hydrocarboné à chaud caractérisés par un module de rigidité relativement plus élevé que celui de la grave bitume. Les caractéristiques et les propriétés mécaniques des enrobés bitumineux sont fonction de la granulométrie des composants minéraux, de la qualité du liant (pénétrabilité, température de ramollissement), teneur en liant et de la teneur en vides du mélange.
6.2 Les composants de base
Un mélange bitumineux est constitué principalement de composants minéraux (agrégats, de fines d'apport), de liant hydrocarboné et éventuellement des dopes d'adhésivité
.
6.2.1 Les composants minéraux
Les agrégats constituent le squelette du mélange et assure en grande partie sa stabilité. Ils représentent plus de en poids de l’enrobé, Le choix des composants minéraux est important et il affecte directement les caractéristiques mécaniques et les performances du mélange bitumineux.
La provenance pétrographique est la base de différenciation des composants minéraux.
- Les roches éruptives proviennent de la solidification de la matière en fusion (granite, basalte,…). Elles se présentent sous la forme de massifs et constituent en général de bons matériaux pour la construction routière.
- Les roches sédimentaires sont issues de la lente superposition des dépôts. Leur qualité est variable, les roches siliceuses (sables, grès,…) convenant en général pour les usages routiers.
- Les roches métamorphiques résultent du changement de la nature des roches sédimentaires sous l’effet de la pression et de la température. Ce sont en général de bons matériaux routiers.
La provenance des composants minéraux peut varier :
- Extraction { partir d’une roche mère compacte en carrière : il s’agit alors de matériaux concassés.
Présenté par TONFFOUSSIE A. Stéphane 73 - Creusage d’un gisement de type gravière, alluvion fluviale ou lacustre : on parle dans ce cas de matériaux roulés ou semi-concassés.
Les granulats sont classifiés en différentes classes granulaires selon la taille des éléments. Une classe granulaire (𝑑 ) est répertoriée par la taille du plus petit grain 𝑑 et du plus gros grain , toutes deux exprimées en 𝑚𝑚. On distingue les classes provient du dépoussiérage de granulats ou de la production industrielle par mouture de roche. Le filler a une surface spécifique très élevée et il absorbe une part importante du
Les granulats sont classifiés en différentes classes granulaires selon la taille des éléments. Une classe granulaire (𝑑 ) est répertoriée par la taille du plus petit grain 𝑑 et du plus gros grain , toutes deux exprimées en 𝑚𝑚. On distingue les classes provient du dépoussiérage de granulats ou de la production industrielle par mouture de roche. Le filler a une surface spécifique très élevée et il absorbe une part importante du