Solutions mises en œuvre

Il apparait, au regard des éléments indiqués dans le chapitre précédent, que la solution aux désordres constatés implique d’intervenir sur la couche de forme en schistes houillers.

La solution la plus évidente consiste à substituer ces matériaux par d’autres, non gélifs, sur une épaisseur suffisante pour s’affranchir du risque lié au gel des schistes houillers. Cette grave non traitée (GNT) peut éventuellement provenir d’une installation de recyclage.

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En premier lieu, il convient de noter que les enrobés actuels devront être démolis et remplacés.

Cette opération de reconstruction de la chaussée et de sa couche de forme peut s’assimiler à un dimensionnement de chaussée neuve, tel que décrit dans le Catalogue des structures type de chaussées neuves (DE BOISSOUDY, et al., 1998).

Ces travaux étant encore à l’état de projet, les paramètres de calcul qui vont suivre ne sont pas encore validés par le maître d’ouvrage, mais sont toutefois susceptibles de lui être présentés.

Les chaussées concernées appartiennent à une zone industrielle et le maître d’ouvrage attend un trafic moyen de 200PL/j/sens au maximum.

En termes de dimensionnement, on décide de considérer que ces voies appartiennent au réseau routier non-structurant (VRNS), et donc que la durée de dimensionnement est de 20 ans. On considère également un accroissement nul du trafic.

Le nombre de poids-lourd cumulé est donné par la relation suivante : 365 ∗ 200 ∗ 20 1 460 000

Équation 4 : Calcul du trafic cumulé sur la plateforme de Noyelles-Godault

La classe de trafic est donc TC420 (trafic inférieur à 2,5 M PL/j).

On émet l’hypothèse que la couche de matériaux rapportés permet d’obtenir une plateforme de type PF3.

Il est à présent nécessaire d’évaluer l’épaisseur de la couche de matériaux bitumineux à même de supporter le trafic décrit ci-dessus, et la couche de matériaux non-gélifs permettant de protéger la chaussée, afin de pouvoir déterminer quelle épaisseur de chaussée devra être terrassée :

Figure 25 : Principe de vérification au gel-dégel selon le catalogue des structures type de chaussées neuves

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A Lille, la station climatique la plus proche de Noyelles-Godault, l’indice de gel d’un hiver exceptionnel (HE) est de IRHE = 250°c*j, tandis que l’indice de gel d’un hiver rigoureux non exceptionnel (HRNE) est de IRHRNE = 90°c*j. D’après le catalogue des structures de chaussée, il est possible de réaliser la chaussée à l’aide d’une couche de 12cm d’Enrobés à Module élevé (EME), surmontée d’une couche de roulement en Béton Bitumineux très Mince (BBTM) de 2,5 cm, soit une couche bitumineuse de 14.5cm au total. On détermine ensuite la quantité de gel qu’il est possible de transmettre à la couche de schiste résiduelle. On se place dans l’hypothèse la plus défavorable, à savoir celle des schistes rouges, très gélifs, dont la pente p = 0.532.

Il vient

!" 1 #$ _{0.532 1.88}1

Équation 5 : calcul et application numérique de la quantité de gel admissible en surface des schistes rouges

La protection thermique apportée par la couche de matériaux non- gélifs rapportée est calculée de la façon suivante :

!'" ' ∗

ℎ

ℎ

Équation 6 : calcul de la protection apportée par la couche non-gélive

Dans le cas d’une grave non traitée, tel qu’il est prévu, An = 0.12 On prend pour hypothèse l’apport de 30cm de matériaux non gélifs, soit une couche non-gélive d’une épaisseur totale hn = 45cm.

Il vient :

!'" ' ∗

ℎ

ℎ

Équation 7 : Application numérique du calcul de la protection apportée par la couche de matériaux non-gélifs (GNT) épaisse de 30cm

Il vient donc :

!+ !"+ !'" 1.88 + 4.42 6.30

Équation 8 : Application numérique du calcul de la quantité de gel admissible par la chaussée avec une couche de GNT épaisse de 30cm

D’après l’abaque du catalogue des structures, l’indice de gel d’un HRNE est de 5.5, tandis que l’indice de gel d’un HE est de 10.5. Par conséquent, la mise en œuvre d’une couche de matériaux non gélifs de 30cm sous 15cm

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d’enrobé permet de protéger la chaussée contre un HRNE mais pas contre un HE.

Figure 26 : extrait de l'abaque de détermination de la quantité de gel admissible IA de la chaussée en EME2

Après essais successifs, on constate qu’une couche de matériaux rapportée de 70cm, soit 85cm de matériaux non-gélifs, sont nécessaires pour permettre une protection contre un hiver exceptionnel, en effet :

!+ 1.88 0.12 ∗ )85 85 10$ * 11.01 , 10.5

Équation 9 : application numérique du calcul de la quantité de gel admissible par la chaussée avec une couche de GNT épaisse de 70 cm.

Il faut donc plus que doubler l’apport de matériaux non-gélifs (hors couche d’enrobés) pour obtenir une protection contre les hivers exceptionnels.

Une autre solution, alternative à la substitution des schistes par une GNT, consiste à traiter en place ces schistes à l’aide de liants hydrauliques, de façon à les protéger du gel, tel qu’indiqué au chapitre 10.2 et en annexe 1.

La protection contre un hiver rigoureux non exceptionnel paraît techniquement faisable, puisqu’elle implique une action sur une couche profonde d’environ 30cm, inférieure aux 50cm possibles avec les matériels de traitement de sols courants.

La protection contre un hiver exceptionnel implique par contre d’agir sur une épaisseur d’environ 70cm, donc de substituer ou traiter à part les 20cm supérieurs de la couche de forme.

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De façon générale, la protection contre les hivers exceptionnels, et donc l’assurance de ne pas devoir mettre en place de barrières de dégel, qui interrompraient l’activité du site, ou de risquer la ruine des chaussées en cas d’évènement de ce type, entraîne un surcoût important.

Il convient de prévoir des études de formulation avant d’entreprendre un traitement aux liants hydrauliques. Il faut également noter que le temps de prise des liants nécessite de fermer certaines voies à la circulation pendant un temps assez long, de l’ordre de plusieurs semaines, et en certains endroits incompatible avec l’exploitation du site, alors que la substitution de la couche de forme existante ne nécessite pas de temps de séchage ou de prise.