ECOLE POLYTECHNIQUE D’ABOMEY-CALAVI
01 BP 2009 Cotonou (République du Bénin) Tél : (+229) 21 36 09 93 Fax : (+229) 21 36 01 99
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DEPARTEMENT DE GENIE CIVIL
Option : Bâtiments et Travaux Publics (BTP) MÉMOIRE DE FIN DE CYCLE
DETERMINATION D’UN MELANGE OPTIMAL DE GRAVIER ROULE ET DE GRAVIER CONCASSE POUR LA REALISATION DES PAVES AUTOBLOQUANTS
PERFORMANTS
M. ASSANI Ismaïl
En vue de l’obtention du diplôme d’Ingénieur de Conception en Génie Civil
Pr. GBAGUIDI AÏSSE L. Gérard
Maître de conférences - CAMES Enseignant - Chercheur à l’EPAC - UAC
7ème Promotion d’Ingénieurs de Conception, EPAC Année Universitaire : 2013 - 2014
Dr. TCHEHOUALI D. Adolphe
Maître Assistant - CAMES Enseignant - Chercheur à l’EPAC - UAC
Sous la direction de:
Travail présenté par:
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Toutes nos connaissances, passées, présentes et à venir ne sont rien au regard de ce que nous ne saurons jamais…
Evgueni Aleksandrovitch
ii
Sommaire
Sommaire ... ii
Certification ... vi
Dédicaces ... vii
Remerciements ... viii
Symboles et Abréviations ... x
Liste des tableaux ... xii
Liste des figures ... xiv
Liste des photos ... xvi
Résumé ... xvii
Abstract ... xix
Avant-propos ... xxi
Introduction générale... 22
Chapitre 1 : GENERALITES ET REVUE BIBLIOGRAPHIQUE ... 25
1.1. Eléments de structure d’une chaussée pavée ... 26
1.1.1. Définition d’une chaussée ... 26
1.1.2. Eléments de structure ... 26
1.2. Dimensionnement structurel des chaussées en pavés de béton ... 28
1.2.1. Transmission des charges dans la structure ... 28
1.2.2. Choix de la classe de trafic ... 37
1.2.3. Choix de la portance ... 40
1.2.4. Choix de l’assise ... 42
iii
1.3. Méthodes de dimensionnement ... 43
1.3.1. Les méthodes empiriques ... 43
1.3.2. Les Méthodes rationnelles ... 44
1.3.3. Les catalogues de structures types ... 44
1.4. Exemples de dimensionnement ... 45
1.4.1. Données caractéristiques ... 45
1.4.2. Dimensionnement selon la méthode empirique ... 46
1.4.3. Méthode de dimensionnement CBR-CETUR ... 47
1.4.4. Méthode de dimensionnement avec le Logiciel VoiriB ... 48
1.5. Théorie sur la conception des pavés ... 48
1.5.1. Différents types de pavés ... 48
1.5.2. Les types d’appareillage des pavés ... 51
1.5.3. Exigences fonctionnelles ... 52
1.6. Normes sur la fabrication des pavés en béton ... 54
1.7. Caractéristiques des pavés (NF EN 1338) ... 56
1.7.1. Caractéristiques géométriques ... 56
1.7.2. Résistance aux agressions climatiques ... 57
1.7.3. Résistance à l’abrasion ... 58
1.7.4. Résistance à la glissance ou au dérapage ... 59
1.7.5. Résistance à la rupture en traction par fendage ... 60
Chapitre 2 : MATERIEL ET METHODES ... 62
2.1. Micro-bétons compactés ... 63
2.1.1. Constituants ... 63
2.1.2. Formulation et confection du micro-béton ... 65
iv
2.1.3. Caractérisation physiques et mécaniques des micro-bétons
compactés………68
2.1.3.1. Caractéristiques physiques ... 68
2.1.3.1. Maniabilité ... 68
2.1.3.2. Masse volumique ... 69
2.1.3.3. Le pourcentage d’absorption en eau ... 70
2.1.3.4. Résistance à la traction par fendage et à la compression ... 71
2.2. Méthode d’analyse de la qualité du micro-béton ... 72
2.2.1. Méthode d’analyse des données ... 73
2.2.2. Estimation des modèles ... 75
2.3. Bétons compactés pour l’application de la formulation des pavés ... 75
2.3.1. Les constituants ... 75
2.3.2. Matériel ... 76
2.3.3. Formulation selon la méthode DREUX-GORISSE ... 77
2.3.4. Caractérisation physique et mécanique des pavés fabriqués ... 85
Chapitre 3 : RESULTATS ET DISCUSSIONS ... 87
3.1. Caractéristiques physiques et mécaniques des micro-bétons compacté ... 88
3.1.1. Caractéristiques physiques ... 88
3.1.2. Caractéristiques mécaniques ... 90
3.1.3. Détermination du mélange optimal ... 93
3.2. Caractéristiques des pavés d’application ... 97
3.2.1. Aspect des pavés fabriqués ... 97
3.2.2. Caractéristiques physique et mécanique ... 98
Conclusion et Perspectives ... 99
Références bibliographiques ... 101
v
Annexes ... 104
Annexe A : Caractéristiques des granulats ... 104
Annexe B : Caractéristiques physiques et mécaniques des micro-bétons compactés... 110
Annexe C : Tableaux et abaques pour la formulation de béton selon Dreux- Gorisse…. ... 112
Annexe D : Caractéristiques physiques et mécaniques des pavés autobloquants fabriqués à base de 50 % de concassé ... 113
Annexe E : Résultats de la modélisation avec le logiciel Eviews5 ... 114
Annexe F : Prix du gravier contenu dans les micro-bétons ... 116
Table des matières ... 117
vi
Certification
Je certifie que ce mémoire a été conduit et réalisé sous ma direction par Monsieur ASSANI Ismaïl au département de Génie Civil de l’Ecole Polytechnique d’Abomey-Calavi (EPAC) à l’Université d’Abomey-Calavi (République du Bénin).
Le Maître de mémoire,
Pr. Gérard L. GBAGUIDI AÏSSE Maître de conférences des universités-CAMES
Dr-Ing en Génie Civil et Industriel Enseignant-Chercheur à l’EPAC-UAC
vii
Dédicaces
© Ismaïl A., 2014
Je dédie ce mémoire…
A mes parents, Ibrahim ASSANI et Justine S. ADJAN, pour l’éducation qu’ils m’ont prodiguée, avec tous les moyens et au prix de tous les sacrifices qu’ils ont consentis à mon égard, pour le sens du devoir qu’ils m’ont enseigné depuis mon enfance.
Quoi que je fasse, je ne pourrais jamais vous récompenser pour les grands sacrifices que vous avez faits et continuer de faire pour moi.
Veuillez accepter ce travail, comme ma reconnaissance ineffable pour avoir été le principal artisan de mon avenir. Que Dieu, l’Alpha et l’Oméga de toute chose, puisse vous combler de bonheur dans vos vieux jours.
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Remerciements
Il n’y a guère au monde un plus bel excès que celui de la reconnaissance …
Ce document a été réalisé grâce à l’appui, à l’engagement, au soutien et à la collaboration de nombreuses personnes physiques et morales à qui je formule ici ma profonde gratitude ;
Dieu Tout-Puissant, notre Créateur, Gloire à Toi pour tous tes bienfaits ;
Professeur Félicien AVLESSI, Directeur de l’Ecole Polytechnique d’Abomey- Calavi, pour le cadre et les moyens mobilisés pour notre formation ;
Professeur Clément BONOU, Directeur adjoint de l’École Polytechnique d’Abomey-Calavi, Maître de Conférences des Universités ;
Professeur Gérard L. GBAGUIDI AÏSSE, mon maître de mémoire, pour avoir accepté encadrer ce travail et le conduire jusqu’au bout. Ce document n’aurait pas pu être réalisé sans vos précieux conseils, votre coaching permanent, votre disponibilité, votre enthousiasme et cette confiance placée en moi ; je vous dis « Merci !» ;
Docteur Adolphe D. TCHEHOUALI, mon co-maître de mémoire, confiance, disponibilité, soutien, compréhension, vous avez tant donné pour que ce travail arrive à son aboutissement. Pour tous les conseils prodigués, pour ces analyses pertinentes qui nous ont remis chaque fois dans la bonne direction, pour cet honneur que vous m’avez accordé en me prenant sous votre houlette, Merci !
Professeur Martin AÏNA, Enseignant-chercheur à l’Université d’Abomey- Calavi, Chef du Département de Génie Civil de l’Ecole Polytechnique d’Abomey-Calavi ;
Tout le corps professoral de l’Ecole Polytechnique d’Abomey-Calavi, notamment celui du Département de Génie Civil pour votre encadrement. Sans
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vous, ce travail n’aurait point de sens. Je vous remercie infiniment. « Chaque enfant qu’on enseigne est un homme qu’on gagne ».
Je voudrais aussi remercier d’une façon toute particulière :
Mes amis, NOUHOLIDJI Bienvenu, ACCALOGOUN Descartes, SESSOU Maurice, GOUCLOUNON Juste, AHLE Madi et OGOULOLA Enock, pour les moments inoubliables passés ensemble ;
Mariette, Imeldo, Sévérin, Brice, Anselme, Charles et à travers eux toute la 7ème promotion.
Sans vous, il m’aurait été impossible d’achever ce travail. Soyez assurés que le soutien moral, financier, technologique et pédagogique que vous m’avez apporté a une grande valeur à mes yeux.
A vous tous, merci encore !
Je ne voudrais en aucun cas oublier, mes frères Roufaï et Edgard, mes sœurs Arafatou et Sara.
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Symboles et Abréviations
AASTHO: American Association of State Highway Officials AGETIP : Agence d’Exécution des Travaux d’Intérêt Public AGETUR : Agence d’Exécution des Travaux Urbains
CPJ 35 : Ciment Portland avec ajout donnant, avec du mortier normal, une résistance à la compression, à 28 jours, égale à 35 10MPa.
CAM : Coefficient d’Agressivité Moyen
CBR : Californian Bearing Ratio ou Indice portant Californien CERIB : Centre d’Etudes et de Recherche de l’Industrie du Béton
CETUR : Centre d’Expérimentation des Travaux Urbains et de Revêtement CNERTP : Centre National d’Essais et de Recherches des Travaux Publics DGDU : Direction Générale du Développement Urbain
Dr : Docteur
EN: European Norms
EPAC: Ecole Polytechnique d’Abomey-Calavi FIB : Fédération des Industries de Béton H : Hypothèses
Ing : Ingénieur
LCPC: Laboratoire Central des Ponts et Chaussées
LERGC: Laboratoire d’Essais et de Recherches en Génie Civil MBC : Micro-Béton Compacté
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MCO : Moindres Carrés Ordinaires NF: Norme Française
OBRGM : Office Béninoise de Recherches Géologiques et Minières PLU : Plan local d’Urbanisme
Pr : Professeur
SETRA : Service d’Etudes Techniques des Routes et Autoroutes (de Paris) TP: Travaux Publics
TRRL: Transport and Road Research Laboratory
TUHIMO : Travaux Urbains à Hautes Intensité de Main-d’œuvre UAC : Université d’Abomey-Calavi
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Liste des tableaux
Tableau 1-1 : Classes de trafic définies par la norme NF P 98-082 ... 37
Tableau 1-2 : Coefficient de pondération en fonction de la largeur des chaussées ... 38
Tableau 1-3 : Équivalence en nombre de véhicules sans distinction de charge ... 38
Tableau 1-4 : Valeur de CAM en section courante... 40
Tableau 1-5 : Valeur de CAM au niveau des giratoires ... 40
Tableau 1-6 : Classe de portance des plateformes en fonction du type de sol ... 41
Tableau 1-7 : Classe de portance minimale pour chaussées de revêtement pavé ... 42
Tableau 1-8 : Résultats obtenus pour une chaussée dont la couche de roulement est en béton ... 47
Tableau 1-9 : choix du pavage en fonction du trafic (CERIB-FIB) ... 55
Tableau 1-10 : Épaisseur nominale minimum pour les pavés ... 56
Tableau 1-11 : Ecarts admissibles sur les caractéristiques géométriques ... 56
Tableau 1-12 : Différences maximales ... 57
Tableau 1-13 : Écarts admissibles sur la planéité et la courbure ... 57
Tableau 1-14 : Absorption d’eau ... 58
Tableau 1-15 : Résistance au gel/dégel avec des sels de déverglaçage ... 58
Tableau 1-16 : Classes de résistance à l’abrasion ... 58
Tableau 1-17 : Facteur de correction k ... 61
Tableau 2-1 : Formulation en fonction du taux de substitution ... 66
Tableau 2-2 : Valeurs du coefficient G ... 79
Tableau 2-3 : Correction en pourcentage sur le dosage en eau ... 81
Tableau 2-4 : Valeurs du terme correcteur K1 ... 82
Tableau 2-5 : Valeurs du coefficient de compacité ... 84
Tableau 3-1 : Synthèse des estimations ... 93
Tableau 3-2 : Caractéristiques des pavés à base de 50% de gravier concassé ... 98
xiii
Tableau A-0-1: Résultats de l’analyse granulométrique sur le sable ... 104
Tableau A-0-2 : Résultats de l’analyse granulométrique sur le gravier roulé ... 105
Tableau A-0-3 : Résultats de l’analyse granulométrique sur le gravier concassé... 105
Tableau A-0-4 : Détermination de la masse volumique en vrac du sable ... 106
Tableau A-0-5 : Détermination de la masse volumique en vrac du gravier roulé ... 106
Tableau A-0-6 : Détermination de la masse volumique en vrac du gravier concassé . 106 Tableau A-0-7 : Détermination de la masse volumique réelle du sable ... 107
Tableau A-0-8 : Détermination de la masse volumique réelle du gravier roulé ... 107
Tableau A-0-9 : Détermination de la masse volumique réelle du gravier concassé .... 108
Tableau A-0-10 : Détermination de la valeur d’équivalent de sable ... 108
Tableau A-0-11 : Valeur préconisée pour l’Equivalent de sable et interprétation ... 109
Tableau B-0-1 : Résistances des micro-bétons compactés à la compression ... 110
Tableau B-0-2 : Résistances des micro-bétons compactés à la traction par fendage .. 111
Tableau C-0-1 : Valeurs du coefficient G ... 112
... 112
Tableau C-0-2 : Correction en pourcentage sur le dosage en eau ... 112
Tableau C-0-3 : Valeurs du terme correcteur K1 ... 112
Tableau C-0-4 : Valeurs du coefficient de compacité ... 113
Tableau D-0-1 : Résultats de l’essai d’absorption d’eau sur pavés ... 113
Tableau D-0-2 : Résultats de l’essai de rupture par fendage sur pavés ... 113
Tableau E-0-1 : Résultat de l’estimation du modèle 3 ... 114
Tableau E-0-2 : Test d’hétéroscédasticité des erreurs ... 115
Tableau F-0-1 : Prix du gravier roulé et du gravier concassé ... 116
xiv
Liste des figures
Figure 1-1: Eléments de structure d’une chaussée en pavés ... 27
Figure 1-2 : Schéma de principe illustrant la déflexion et la déformation d'un sol sous l'effet de passage d'une charge ... 30
Figure 1-3 : Effet de la rotation et du déplacement des pavés sous l'effet du trafic pour des pavés rectangulaires et à emboîtement disposés en lignes parallèles discontinues ou en chevrons (adaptée de Shackel (2003)) ... 32
Figure 1-4: Résultats de dimensionnement par le logiciel VoiriB ... 48
Figure 1-5 : Pavés rectangulaires ... 49
Figure 1-6: Pavés à emboîtement ... 50
Figure 1-7: Pavés à emboîtement et épaulement ... 50
Figure 1-8 : Exemples de pavés autobloquants unidirectionnels ... 51
Figure 1-9 : Exemples de pavés autobloquants multidirectionnels ... 51
Figure 1-10: Types d’appareillage de pose de pavés ... 52
Figure 1-11: Principe de la machine d'usure ... 59
Figure 1-12: Pendule de frottement ... 60
Figure 2-1: Courbe granulométrique du sable ... 63
Figure 2-2 : Courbe granulométrique du gravillon ... 64
Figure 2-3 : Courbe granulométrique du gravier roulé et du gravier concassé ... 76
Détermination du rapport C/E ... 78
Figure 2-4 : Abaque donnant la valeur du rapport C/E ... 80
Figure 2-5 : Détermination des pourcentages en volumes absolus de matériaux ... 83
Figure 3-1 : Variation de la fluidité du micro-béton en fonction du taux de gravillon concassé ... 88
Figure 3-2 : Variation de la masse volumique du béton en fonction du taux de gravillon concassé. ... 89
xv
Figure 3-3 : Variation du pourcentage d’absorption d’eau des micro-bétons en fonction du taux de gravillon concassé ... 90 Figure 3-4 : Evolution de la résistance à la traction par fendage en fonction du taux de ... 91 Figure 3-5 : Evolution de la résistance à compression en fonction du taux de gravillon concassé ... 92 Figure C-0-1 : Abaque donnant la valeur du rapport C/E ... 112 Figure E-0-1 : Test de normalité des erreurs ... 116
xvi
Liste des photos
Photo 2-1 : Presse hydraulique ... 71
Photo 2-2 : Moule pour pavés TRIEF ... 77
Photo 2-3 : Essai de traction fendage sur pavés ... 86
Photo 3-1 : Aspect des pavés ... 97
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Résumé
La fabrication des pavés TRIEF autobloquants en béton pour la réalisation des projets de pavage connaît un grand essor en République du Bénin avec la dynamique de développement des communes à travers le pavage des voies secondaires. L’utilisation du gravier roulé (matériau non routier) dans ce domaine s’est répandue à cause de son coût bas comparativement au gravier concassé, réduisant ainsi la résistance des pavés aux diverses sollicitations.
La présente étude vise à apporter une contribution à la fabrication des pavés autobloquants en béton à travers l’incorporation du gravier concassé dans le béton afin d’en améliorer les paramètres physiques et mécaniques. L’influence de la substitution partielle et progressive du gravier concassé au gravier roulé, a été étudiée par l’analyse des caractéristiques physique et mécanique sur des micro-bétons compactés fabriqués à base de gravillon roulé et de gravillon concassé. Le mélange optimal de gravier roulé et de gravier concassé est déterminé grâce à une étude statistique par l’utilisation du logiciel Eviews 5. La méthode de DREUX relative à la formulation des bétons a été exploitée pour la mise au point des pavés en béton à base du mélange « Roulé- Concassé » retenu.
Il ressort des présents travaux que les graviers concassés permettent d’avoir des pavés autobloquants en béton de masse volumique croissant de 0 % à 5,49 % par rapport aux pavés ordinaires (à base de gravier roulé uniquement). La résistance à la traction à 7 jours augmente de 0 % à 36,58 % par rapport au témoin selon le taux de substitution du gravier concassé au gravier roulé.
La présente étude a permis d’identifier comme mélange optimal, le mélange de gravier roulé et de gravier concassé dans des proportions égales de 50% pour une formulation optimale de béton de pavé dosé à 400 kg/m3 et une résistance souhaitée de 3,6 MPa en traction par fendage selon la norme NF EN 1338. L’application de cette
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formulation a permis de fabriquer des pavés TRIEF autobloquants d’épaisseur 11 cm.
Ces pavés ont une masse volumique égale à 2310,01Kg/m3, une résistance à la traction par fendage de 2,97 MPa à 7jours et un coefficient d’absorption égale à 3,01%.
Mots clés : Pavés autobloquants – Gravier roulé – Gravier concassé – Mélange– Masse volumique – Résistances mécaniques
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Abstract
The manufacturing of the interlocking concrete paving stones TRIEF for the projects accomplishment of pavement has an important development in Benin Republic with the evolution process of the communes through the pavement of secondary roads.
The use of rolled gravel (Not road material) in this domain spread because of its low cost compared with the crushed gravel, so reducing the resistance of pavements to the various requests.
This study is to make a contribution to the manufacturing of the interlocking concrete paving stones through the blend of crushed gravel in the concrete to improve the physical and mechanical parameters. The influence of the partial and progressive replacement of crushed gravel was studied by the analysis of the physical and mechanical characteristics on compacted micro-concretes made with rolled and crushed bit of gravel. A statistical study helped to make the optimal mixture of rolled gravel and crushed through the software Eviews 5. The DREUX method relative to the formulation of concretes was exploited for the settling of concretes pavements using the blend «Rolled gravel- Crushed gravel» chosen.
According to these works, the crushed gravels allow to have interlocking concrete paving stones with density growing from 0 % to 5.49 in comparison to the ordinary paving stones (only to rolled gravel base). The traction resistance in 7 days increases from 0 % to 36.58 % according to the replacement rate of the rolled.
This study has identified as the optimal mixture, the blend of gravel rolled and crushed gravel in equal proportions of 50% for an optimal formulation with concrete dosed at 400 kg/m3 and a desired resistance of 3.6 MPa tensile splitting according to standard NF EN 1338. The application of this formulation allowed to manufacture TRIEF interlocking paving stones 11 cm thick. These paving stones have a density equal
xx
to 2310,01Kg/m3, a traction resistance by splitting of 2.97 MPa to 7days and an absorption coefficient equal to 3.01%.
Keywords: Interlocking Paving stones - Rolled Gravel - Crushed Gravel - Blend- Density- Mechanical Resistances.
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Avant-propos
près deux années de Classes Préparatoires aux Etudes d’Ingénieurs (CPEI), nous avons fait notre entrée au département de Génie Civil de l’Ecole Polytechnique d’Abomey-Calavi en 2011. Pendant 5 semestres de cours, nous avons appris à être des ingénieurs, concepteurs d’ouvrages de génie civil. Nous avons eu des enseignants qualifiés, à la fois théoriciens et praticiens, qui n’ont ménagé aucun effort pour nous apprendre l’essentiel.
La fin de ce parcours est marquée par un stage pratique d’insertion professionnelle de six (6) mois, obligatoire, nous permettant de confronter la théorie de l’ingénieur à la pratique sur le terrain. A la fin de ce stage, un mémoire de fin de cycle est soutenu publiquement devant un jury. Dès lors, l’EPAC met à la disposition des entreprises et bureaux d’études, des Ingénieurs compétents, capables de piloter la conception et l’exécution des projets de Génie Civil (bâtiments, routes, ponts, barrages, châteaux d’eau, etc.)
Le présent document est un mémoire de fin de cycle. Il aborde la recherche de solutions constructives optimales (en coût et en technique) pour le revêtement des chaussées en pavés de béton au BENIN.
A travers l’application des résultats issus des études menées, les concepteurs de projets de pavage de chaussées pourront sans inquiétude majeure, projeter des options de fabrication des pavés en béton de bonnes résistances et à moindre coût en utilisant un mélange optimal de gravier roulé et de gravier concassé.
L’auteur
A
22
Introduction générale
ers la fin des années 80, le Bénin s’est retrouvé dans une situation difficile caractérisée par une détérioration du tissu économique, une dégradation très avancée des infrastructures des transports et un fort taux de chômage urbain. Les voies de sorties de cette porte passaient par une réconciliation des acteurs politiques du pays et la mise en œuvre d’une nouvelle politique basée sur la libéralisation de l’économie et l’instauration d’un système politique démocratique.
Dans le domaine spécifique de la réhabilitation des infrastructures de voirie et d’assainissement et à la faveur du renouveau démocratique des initiatives ont été prises par le gouvernement pour investir dans ce secteur de ressources importantes.
C’est dans ce cadre que les TUHIMO (Travaux Urbains à Hautes intensité de Main-d’œuvre) ont été mises en œuvre en créant de l’emploi afin de participer à la lutte contre la pauvreté. Ainsi, avec la faible portance des sols de Cotonou et de par sa position par rapport au niveau de la mer, les études ont révélées que les chaussées en pavées TRIEF autobloquants étaient mieux adaptées pour les sols de Cotonou, ce qui explique le grand nombre de projets de pavage déjà réalisés et en cours de réalisation dans la ville.
Cette tendance à aller vers les revêtements pavés s’est généralisée dans toutes les communes du Bénin avec l’avènement de la décentralisation en vogue dans les pays de l’Afrique Subsaharienne impliquant le transfert des compétences aux élus locaux dans certains domaines socio-économiques et particulièrement le domaine routier. Face à des ressources financières très limitées, les municipalités ont opté pour les projets de pavage qui ont un faible coût de réalisation comparée au bitumage. Leur domaine d’emploi est vaste puisqu’ils sont utilisés pour des applications diverses telles que l’aménagement urbain (passages pour piétons, couloirs d’autobus, trottoirs, etc.) ou encore dans des
V
23
zones soumises à de lourdes charges (zones portuaires ou aéroportuaires). Le grand choix de forme, de texture et de couleur de ce type de revêtement permet de structurer les espaces urbains de manière esthétique. De plus, leur performance structurale dans des zones très sollicitées mécaniquement ainsi que leur durabilité offrent aux ingénieurs de multiples possibilités techniques.
Les pavés sont fabriqués avec du gravier roulé ou du gravier concassé selon la disponibilité du matériau à proximité de la zone du projet promouvant ainsi les matériaux locaux. Mais quand on sait que le gravier concassé est le plus utilisé en construction routière et qu’il offre de meilleures caractéristiques physico-mécaniques face au gravier roulé, on se pose la question de savoir s’il est bénéfique de continuer par utiliser le gravier roulé pour la fabrication des pavés.
En outre, des études de l’Office Béninoise de Recherches Géologiques et Minières (OBRGM) et de la Direction Générale des Mines (DG/Mines) ont montré que certains sites (Sè, Comé, Oumako, Drè, etc…) sont pratiquement épuisés. Ces zones dont le gisement de graviers est presque épuisé connaissent un ralentissement des activités d’exploitation de graviers. Ce ralentissement des activités autre fois source de revenus des exploitants oblige ces derniers à migrer vers les autres sites encore disponibles dans les autres communes. Actuellement, c’est surtout les gisements des arrondissements de la commune de Dogbo qui sont plus en activité, et chaque trimestre en moyenne 21,834 m3 de graviers, sortent de ces arrondissements en destination de diverses villes du Bénin (Guichet de Gadomè, 2008).
Le volume exploité de graviers croît considérablement dans le temps. Mais, il est à noter que cette croissance n’est pas stable sur toute la période. Elle a connu une croissance remarquable dans le dernier trimestre de l’an 2006, année de lancement des grands chantiers de l’État béninois.
A cette allure que prend la situation, il importe d’orienter les recherches vers d’autres possibilités d’utilisation des agrégats dans la fabrication des pavés au Bénin. Il apparaît donc important d’identifier un mélange optimal de gravier roulé et de gravier concassé pour la fabrication des pavés.
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Des études antérieures à la nôtre ont montré que le gravier roulé offre moins de performances que le gravier concassé. Mais au fait :
Quelle est l’influence de la substitution du gravier concassé au gravier roulé, sur les caractéristiques mécaniques des pavés ?
Comment déterminer et quel est le mélange optimal de gravier roulé et de gravier concassé ?
Quelles sont les caractéristiques des pavés fabriqués à base du mélange optimal ?
Voilà une liste non exhaustive d’interrogations qui nous amène à axer notre recherche sur le thème intitulé : Détermination d’un mélange optimal de gravier roulé et de gravier concassé pour la réalisation des pavés autobloquants performants.
25
C
hapitre 1GENERALITES ET REVUE BIBLIOGRAPHIQUE
26
1.1. Eléments de structure d’une chaussée pavée 1.1.1. Définition d’une chaussée
D’un point de vue structurel, « la chaussée » est une succession de couches de matériaux (repris schématiquement à la figure 1-1) dont généralement la qualité décroît de la surface (face sur laquelle circulent normalement les véhicules) vers la profondeur (sol naturel).
Un revêtement de pavés de béton est un revêtement discontinu constitué de pavés de béton séparés par des joints, généralement remplis de sable qui permet de combler les vides laissés entre les pavés. Cet ensemble repose sur un lit de pose.
La fonction d’une chaussée est de transmettre les efforts ou sollicitations (via la couche de forme) en garantissant des déformations dans les limites admissibles.
Les chaussées en pavées se prête au sol instable où des réparations périodiques sont nécessaires. Elles ont l’avantage de suivre les mouvements différés du sol et de ne pas rompre sous charges répétées.
1.1.2. Eléments de structure
D’une façon générale, une chaussée est composée du bas vers le haut : de la plate-forme, des assises et de la couche de surface ou revêtement.
27
Figure 1-1: Eléments de structure d’une chaussée en pavés
1.1.2.1. La plate-forme
Elle constitue le support des assises de la chaussée. Son rôle essentiel est d’assurer une portance minimale.
Elle comprend :
o soit le sol naturel stabilisé par de la chaux ou du ciment ; o soit le sol naturel décapé, terrassé ou compacté ;
o soit le sol naturel décapé ou compacté et surmonté d’une couche de forme (en cas d’insuffisance de portance).
Par ailleurs, cette forme joue le rôle de couche anti-contaminante en cas de remontée de fines d’argiles (Zones marécageuses).
1.1.2.2. L’assise
Elle a pour rôle de répartir les contraintes correspondantes au niveau de la plate- forme. Lorsque les assises sont nécessaires, elles comportent :
o une couche de base sous le revêtement ;
28
o une couche de fondation entre la plate-forme et la couche de base.
1.1.2.3. La couche de surface Elle est composée :
o du lit de pose (sable) ;
o du revêtement de pavés de béton
1.2. Dimensionnement structurel des chaussées en pavés de béton
1.2.1. Transmission des charges dans la structure
La surface de la chaussée (que l'on peut considérer comme la partie émergeante de l'iceberg), doit permettre d'assurer une circulation en tout temps avec sécurité et confort. Pour ce faire, elle doit résister à un certain nombre de sollicitations :
Les sollicitations (mécaniques) provenant du trafic
Aux termes du Code de la Route, la charge maximum autorisée sur un jumelage isolé est de 6,5 tonnes, soit un essieu standard de 13 tonnes. Il arrive également que cette charge maximale soit dépassée à cause des phénomènes de surcharge.
La chaussée doit donc prendre en compte cette contrainte et répartir suffisamment les efforts pour qu'il n'y ait pas de déformations permanentes dans le sol support. A cette action verticale des charges peut s'ajouter un effet dynamique qui peut contribuer à modifier les forces qui s'exercent sur la chaussée, qu'il s'agisse des effets dus à l'uni ou encore d'efforts dus à la géométrie même de la chaussée et du véhicule.
Les mesures qui ont été faites font apparaître l'existence de surcharges très brèves de durée inférieure au dixième de seconde.
Les sollicitations climatiques
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Les variations de température (surtout lorsqu'elles sont brusques) peuvent engendrer dans les solides élastiques des champs de contrainte.
Dans le domaine des chaussées, ce phénomène a des conséquences qui intéressent surtout les assises traitées aux liants hydrauliques et en particulier les chaussées en béton.
Les sollicitations de fabrication et de mise en œuvre
Les effets de l’environnement
La structure doit assurer la diffusion des efforts induits par spécifiquement le trafic dans le sol de fondation. L’application d’une charge roulante induit ainsi une déformation en flexion des couches de la structure. Cette flexion entraîne des sollicitations en compression au droit de la charge et des sollicitations en traction à la base des couches d’enrobés.
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, les sols ne peuvent supporter sans dommage de telles pressions. 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 passe deux choses imperceptibles mais qu’il faut bien comprendre :
le sol s’affaisse sous le pneu : c’est la déformation totale Wt ;
lorsque, la roue s’éloigne, le sol remonte mais pas totalement : il reste une déformation résiduelle Wr.
La différence d =Wt-Wr s’appelle la « déflexion ». L’orniérage est la déformation résiduelle Wr qui s’accroît au fur et à mesure des passages des véhicules et proportionnellement à leur charge. Ce processus est schématisé à la figure suivante :
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Figure 1-2 : Schéma de principe illustrant la déflexion et la déformation d'un sol sous l'effet de passage d'une charge
Le transfert de charge d’un pavé à l’autre est assuré par la présence de ces joints et permet à la structure d’avoir un comportement de chaussée souple. La dégradation principale pour ce type de structure de chaussée est l’orniérage. Il paraît donc important de déterminer comment se fait le transfert de charge et comment chaque partie du revêtement et de la chaussée intervient dans ce phénomène afin de limiter l’orniérage du revêtement de la chaussée.
Les pavés : La hauteur des pavés joue un rôle important dans le transfert de charge et donc dans le développement de l’orniérage. Plusieurs auteurs ont montré que plus la hauteur des pavés est faible et plus l’orniérage du revêtement augmente. Ce phénomène est d’autant plus marqué avec des pavés de 60 mm de hauteur.
Une étude sur l’effet de la surface en contact entre les pavés et le lit de pose a été réalisée par des chercheurs[19]. Pour se faire, trois types de pavés carrés ayant tous la même hauteur ont été utilisés, ce sont les aires des faces supérieures et inférieures qui différaient : 150×150 mm², 106×106 mm² et 75×75 mm². La forme du bassin de déflexion résultant est identique dans les trois cas, mais la déflexion mesurée diminue avec l'augmentation de la surface. En effet, comme le nombre de joints est moins important pour de grandes surfaces, les pavés sont moins susceptibles de subir des rotations ou des translations. De la même manière, la forme des pavés a une influence sur la déflexion[14]. Le fait que les pavés sont autobloquants ou qu'ils ont une forme complexe, avec ainsi une plus grande surface de contact, implique une diminution de la déflexion. En effet, comme l'aire de friction est plus élevée, la déflexion
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diminue. De ce fait, il est normal que la hauteur des pavés influe sur la déflexion, puisque plus la hauteur est élevée et plus la friction est grande, impliquant ainsi un meilleur transfert des charges.
Sous l'effet du trafic, les pavés ont en général un mouvement combiné de rotation et de translation [20]. Le mouvement des pavés les uns par rapport aux autres est donc aussi dépendant du type d'appareillage utilisé. L'appareillage en chevron des pavés semble être le meilleur choix pour limiter la déflexion de la chaussée.
Lors du passage de la roue, le pavé subit une rotation qui entraîne le déplacement des pavés alentour. On propose une explication illustrée du phénomène, reproduite à la Figure 1-3. Dans le cas de l'appareillage en lignes parallèles discontinues, pour les pavés rectangulaires, lorsque le pavé B est en rotation selon l'axe horizontal, il entraîne uniquement les pavés qui sont dans le sens de la rotation. Dans le cas des pavés à emboîtement, la rotation du pavé B selon l'axe horizontal entraîne quant à lui le déplacement de tous les pavés autour de lui. Dans le cas de l'appareillage en chevrons, pour les pavés rectangulaires, la rotation du pavé B selon l'axe horizontal entraîne une rotation selon l'axe vertical du pavé D qui subit alors un déplacement horizontal. Dans le cas des pavés à emboîtement appareillés en chevrons, la rotation du pavé B implique à la fois des rotations selon l'axe vertical des pavés alentour, mais aussi le déplacement des pavés selon l'axe horizontal. Dans le cas de l'appareillage en chevrons, le nombre de pavés alentour sollicité est plus important, permettant ainsi un meilleur transfert des charges. De plus, en ce qui concerne la tenue des pavés, les ruptures en coin affectent les 4 coins dans le cas de la disposition en parallèle et ne sont concentrées que sur un seul coin dans le cas de l'appareillage en chevrons[21].
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Figure 1-3 : Effet de la rotation et du déplacement des pavés sous l'effet du trafic pour des pavés rectangulaires et à emboîtement disposés en lignes parallèles discontinues ou en chevrons (adaptée de Shackel (2003))
De la même manière, des études à l'aide d'essais en laboratoire ont permis de voir le transfert de charges d'un pavé à l'autre et l’autoblocage[19]. Il en résulte qu'une charge verticale statique appliquée partiellement sur un pavé le fait tourner, provocant alors un déplacement latéral des pavés voisins (translation horizontale).
L’appareillage en chevrons et l'utilisation de pavés autobloquants donnent de très bons résultats[2].
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Les joints : Les joints ont un rôle prépondérant dans la bonne tenue des revêtements de pavés de béton car ce sont eux qui permettent le transfert des charges d'un pavé à l'autre.
Différents auteurs ont réalisé des essais pour des revêtements de pavés de béton pour lesquels les joints ont été laissés vides. Les résultats ont alors montré qu'en l'absence de sable dans les joints, l'effet d'entraînement du pavé sur lequel est appliquée la charge vers les autres est très mauvais et que la déflexion engendrée est considérablement plus élevée que dans le cas d'un joint rempli [11], [19], [15]. Un chercheur présente des essais réalisés sur des plaques de pavés sur lesquels est appliquée une charge cyclique de 66,4 KN (jusqu'à un million de cycles) avec un angle de 30° par rapport à la verticale. Plusieurs formes de pavés et d'appareillages ont été testées. Les résultats des séries d'essais montrent que les joints ont une influence majeure. En effet, la déformation est maximale lorsque le joint est vide et pour un joint rempli à moins de 75% de la hauteur de pavé la déformation verticale relevée est élevée. De plus, cette étude montre que lorsque les joints sont dans la direction de la charge horizontale, la chaussée a un très mauvais comportement[2].
En ce qui concerne la granulométrie, pour obtenir une bonne performance de la chaussée, un joint large nécessite un sable grossier et un joint fin un sable fin[17].
D’autres chercheurs ont étudié des sables de différentes sources et ont montré que la taille de joint optimale dépend de la qualité du sable utilisé. L'existence de contraintes de cisaillement dans les joints entre le pavé chargé et les pavés adjacents entraîne la rotation de ceux-ci et donc le transfert de charge [19].
Selon le sable considéré, une augmentation de la taille des joints n'implique pas forcément une augmentation de la déflexion. Pour une taille de joint donnée, la déflexion varie selon la granulométrie : plus le sable est grossier et plus la performance est bonne car la contrainte de cisaillement diminue.
Pour ce qui est de la taille des joints, pour des joints trop larges, l'effet du remplissage des joints sur le transfert de charges n'a que peu d'effet. Ainsi, la diminution
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de la taille des joints permet un meilleur transfert et donc un meilleur comportement du revêtement[11]. L’autoblocage, qui est un phénomène important quant à la transmission des charges, dépend de l'épaisseur des joints[13]. Les joints doivent être suffisamment larges pour permettre au revêtement d'avoir un comportement flexible, mais pas trop larges afin d'éviter le déplacement des pavés l'un par rapport à l'autre. Globalement, la largeur doit être comprise entre 2 et 4 mm[6].
Le taux d'enlèvement évolue avec l'orniérage et la rupture dans les pavés. Ainsi, il est très important que les joints soient examinés régulièrement afin de prévenir des dégradations plus conséquentes. Une autre possibilité pour contrer le vidage des joints est l'utilisation de sable stabilisé[21].
Enfin, une étude réalisée montre que l'influence des modules E et G du sable des joints est négligeable vis-à-vis de la déflexion[9].
Les bordures : Les bordures doivent être correctement installées afin de prévenir les déplacements latéraux des pavés et ainsi éviter au sable des joints et du lit de pose d'être évacué, ce qui provoquerait une perte structurale au niveau du revêtement. Pour une même taille de joint, l'absence de bordures augmente grandement la valeur de la déflexion, du fait que les pavés ne sont pas retenus et peuvent tourner et bouger [19].
Le lit de pose : Étant donné que l'orniérage est la principale dégradation relevée en ce qui concerne les chaussées revêtues de pavés de béton, le lit de pose joue un rôle prépondérant quant à la tenue du revêtement et au comportement de ce type de chaussée.
Une hauteur de lit de pose adéquate est un facteur important. Si l'épaisseur du lit de pose est trop faible, les pavés risquent de subir du poinçonnement sous l'effet de la charge alors qu'une épaisseur trop élevée risque d'engendrer un tassement différentiel.
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La couche du lit de pose (généralement comprise entre 30 et 50 mm) doit être au moins de 3 à 4 fois supérieure à la taille du grain maximum[5]. Selon de nombreux auteurs, plus l'épaisseur du lit de pose est grande et plus la contrainte verticale à la base du revêtement est grande et donc plus le tassement à la base du revêtement est élevé. De même, plus la hauteur de lit de pose est élevée et plus la déformation initiale, c'est-à-dire lors de la mise en service, est élevée [14], [20], [9], [10].
Une grande épaisseur du lit de pose ne permet pas toujours d'assurer la bonne dispersion des contraintes[11]. Une étude réalisée sur des hauteurs de lit de pose entre 20 et 80 mm a montré que pour une augmentation de l'épaisseur de lit de pose entre 20 et 50 mm, la déflexion du pavage décroît doucement d'environ 20%. Par contre, pour une augmentation de l'épaisseur de lit de pose entre 50 et 80 mm, la déflexion du pavage augmente rapidement et la compaction du lit de pose sous l'effet du trafic n'est pas entièrement effective[19]. Des chercheurs ont étudié l'orniérage pour des structures de chaussées revêtues de pavés de béton avec fondation stabilisée au ciment ou au bitume et lit de pose granulaire dans les deux cas sous l'effet du trafic.
L'étude de la déformation générale des différentes couches a montré que la déformation du revêtement suit celle du lit de pose. Il apparaît alors que le choix du matériau de lit de pose (la qualité) est très important pour maintenir la structure dans de bonnes conditions [21].
Les assises : La distribution de contraintes sous l'effet de la charge est différente selon le type de fondation considérée. De manière générale, la déflexion mesurée dans le cas de fondations granulaires est plus importante que dans le cas d'une fondation stabilisée pour un même chargement[3]. Le déplacement vertical de la fondation granulaire sous l'effet de la charge est 1/3 plus élevée que dans le cas d'une fondation stabilisée [9].
Dans le cas de trafics lourds, les fondations stabilisées apportent une meilleure portance à la structure. Cependant, la différence de module avec le lit de pose
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requiert un bon choix de matériaux de joint et de lit de pose. Les résultats de leur expérimentation montrent qu'une structure stabilisée au bitume subit moins d'orniérage et de ruptures dans les pavés qu'une structure stabilisée au ciment.
De plus, l'état de la face supérieure des fondations a montré que dans le cas de la stabilisation au ciment, la surface présente des fissures pouvant provoquer une perte de sable du lit de pose[21]. De même, dans le cas d'une fondation stabilisée au ciment, la fissuration ou l'érosion du matériau peut entraîner une perte de sable du lit de pose [5]. Les contraintes verticales relevées sous les pavés et sur la face supérieure de la fondation sont plus importantes dans le cas de la fondation en béton par rapport à la fondation stabilisée au ciment. Ainsi, l'augmentation de rigidité de la fondation n'est pas forcément le meilleur moyen de diminuer les contraintes à la base du revêtement [11].
Conclusion : La principale détérioration relevée pour les revêtements de pavés de béton est l'orniérage.
Pour que le transfert de charges d'un pavé à l'autre et vers les couches inférieures de la structure soit optimal, il faut que les différents composants de la chaussée soient choisis adéquatement et que la mise en place soit correctement réalisée. En ce qui concerne les pavés, l'orniérage sera plus faible pour des épaisseurs élevées, des surfaces de contact entre les pavés élevées, un appareillage en chevron. Les joints doivent être d'une épaisseur entre 2 et 5 mm afin d'avoir un transfert de charge et un autoblocage optimal. Pour les joints en sable, la granulométrie doit être respectée et une fois la chaussée mise en service ils doivent être contrôlés pour vérifier qu'ils ne se vident pas sous l'effet du trafic. En ce qui concerne le lit de pose, la hauteur doit se situer entre 20 et 50 mm et la granulométrie doit être respectée. De plus, le sable utilisé doit être suffisamment résistant pour ne pas se concasser sous l'effet du trafic. Les bordures sont essentielles au bon maintien du revêtement, notamment pour prévenir les déplacements latéraux. Enfin, en ce qui concerne les assises, les assises en matériaux granulaires induisent un orniérage plus important que des assises stabilisées.
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1.2.2. Choix de la classe de trafic
Les forces exercées par le trafic (forces dynamiques, statiques, au démarrage, au freinage et au braquage) doivent être absorbées par le revêtement et transmises à la couche de fondation.
Une bonne connaissance du trafic est nécessaire en vue, d’une part de faire le choix des revêtements et d’autre part d’effectuer le dimensionnement mécanique de la structure de la chaussée.
Conformément à la norme NF P 98-082, un poids lourd est au sens de la mécanique des chaussées, un véhicule de poids total autorisé en charge au moins égale à 35 KN (3,5 t). Le trafic est défini par classes sur la base du nombre de poids lourds par jour.
Tableau 1-1 : Classes de trafic définies par la norme NF P 98-082 Classes de trafic Nombre PL(1)/jour/Sens
T5 0 < PL ≤ 25
T4 25 < PL ≤ 50
T3 50 < PL ≤ 150
T2 150 < 𝑃𝐿 ≤ 300
T1 300 < 𝑃𝐿 ≤ 750
Source : [8]
Pour la définition du trafic effectif sur l’ouvrage, lorsque la largeur de la chaussée est inférieure à 6 m, il faut tenir compte du trafic possible dans les deux sens et appliquer au résultat les coefficients pondérateurs suivants pour obtenir l’équivalent par sens de circulation et pour les deux sens cumulés.
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Tableau 1-2 : Coefficient de pondération en fonction de la largeur des chaussées Largeur chaussée (m) Coefficient
pondérateur par sens de circulation
Coefficient pondérateur pour les deux sens de
circulation cumulés
𝐋 ≤ 𝟓 1 2
𝟓 < 𝐋 < 𝟔 0,75 1,5
𝐋 ≤ 𝟔 0,5 1
Source : [8]
Ce coefficient prend en compte les effets transversaux des voies contiguës.
S’il n’est pas possible d’obtenir un comptage pertinent du nombre de poids lourds, l’estimation de la classe de trafic peut se baser sur un comptage des véhicules sans distinction de charge :
Tableau 1-3 : Équivalence en nombre de véhicules sans distinction de charge Classe de
trafic
Equivalence en nombre de véhicules sans distinction
de charge Type de trafic
T5 0 < 𝑉 ≤ 500
Voies piétonnes avec accès de véhicules de service et/ou livraison- Parkings résidentiels
ou urbains T4 500 < 𝑉 ≤ 700
Voies urbaines - Parkings poids lourds T3 700 < 𝑉 ≤ 1500
T2 1500 < 𝑉 ≤ 3000
T1 𝑉 > 3000
Source : [8]
L’effet destructeur d’un véhicule, à chaque passage sur une chaussée, dépend grandement du poids total du véhicule, du nombre de ses essieux et du nombre des roues qui transmettent la charge totale à la chaussée, ainsi que de leurs dispositions relatives.
Pour ces raisons, on convient que ce sont les véhicules lourds de marchandises qui sont les plus dommageables pour la chaussée et les ouvrages.
L’étude du trafic en vue du dimensionnement des chaussées comporte trois phases :
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- la détermination de l’intensité des charges de la circulation ;
- la détermination de la composition du trafic et du nombre d’application des charges ;
- la prévision de l’accroissement du trafic initial.
Pour déterminer la composition du trafic en charges diverses et en nombres de répétitions présents et futurs, il est nécessaire d’effectuer des enquêtes de la circulation telles que les comptages automatiques ou périodiques, des études origine-destination et des enquêtes sur la composition et le poids des véhicules. Dans le cas où de telles enquêtes ne peuvent pas être effectuées, on peut baser l’étude sur des résultats d’enquêtes antérieures concernant des routes et des rues de même importance que le nouvel ouvrage à construire.
Plusieurs modèles permettent d’évaluer le trafic cumulé.
Les deux modèles les plus connus sont : le modèle linéaire et le modèle exponentiel. Le modèle qui approche le plus l’évolution du volume de la circulation reste le modèle exponentiel.
Le modèle exponentiel est donné par la formule ci-dessous :
Formule 1 : Trafic cumulé en nombres d'essieux standard après n années 𝐍𝐞 = 𝟑𝟔𝟓 ∗ 𝐧 ∗ 𝐭 ∗ 𝐂𝐀𝐌 ∗[(𝟏 + 𝐢)𝐧− 𝟏]
𝐢
Ne désigne le trafic cumulé en nombre d’essieux standard après n années n désigne la durée de service en nombre d’années
t désigne le trafic moyen journalier en nombre de poids lourds CAM désigne le coefficient d’agressivité moyen
i désigne le taux de croissance annuelle du trafic en %
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La valeur du CAM dépend de la composition du trafic, de la configuration des essieux (isolé, tandem, tridem), du type de roues (simples ou jumelées), de la charge des essieux, mais aussi de la nature des matériaux constituant la structure (un PL donné ne provoque pas le même endommagement selon qu'il circule sur une chaussée bitumineuse ou hydraulique). Une valeur de CAM est proposée par défaut en fonction de la nature de l'aménagement (section courante ou giratoire), du type de voie et du type de structure.
Tableau 1-4 : Valeur de CAM en section courante Section courante Chaussée souple ou
bitumineuse (*= 0,2 pour les ch.souples)
Chaussées hydrauliques, béton ou mixte
Voie de Mini Par
défaut Maxi mini Par défaut Maxi
Desserte 0,05 0,1 (*) 0,4 0,05 0,1 0,4
Distribution 0,05 0,1 (*) 0,6 0,1 0,2 0,6
Principale 0,1 0,2 0,8 0,2 0,4 1
Bus 0,2 0,5 1 0,2 0,5 1
Parking VL _ 0,1 (*) _ _ 0,1 _
Source : [16]
Tableau 1-5 : Valeur de CAM au niveau des giratoires Giratoires Chaussée souple ou
bitumineuse Chaussée hydrauliques, béton ou mixte
Voie de Mini Par défaut Maxi mini Par défaut Maxi
Distribution 0,2 0,5 1 0,2 0,5 1
Principale 0,5 1 1,5 0,5 1 1,5
Source : [16]
1.2.3. Choix de la portance
Par définition, la portance d’un sol ou d’une plate-forme caractérise son aptitude à supporter des charges sans déformation excessive.
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L’évaluation de cette aptitude s’effectue soit directement sur le chantier par des essais de chargement à la plaque (module EV2, module de réaction du sol K), soit en laboratoire sur la base d’un échantillon de sol (Indice CBR). Dans le cas de surface de faibles dimensions, il est possible d’appréhender la portance de manière empirique, tout simplement en examinant l’orniérage résultant du passage d’un camion.
Dans tous les cas, la portance peut être traduite en classes variant de P0 à P5 sur la base du tableau 6
Tableau 1-6 : Classe de portance des plateformes en fonction du type de sol Classe de
portance Type de sol
P0 Sols très déformables, Sols fins argileux et à faible densité sèche en place, sols tourbeux, sols contenant des matières organiques.
P1 Sols déformables Sols fins, sols sableux ou graveleux avec fines, sol comportant des fines et des gros éléments à teneur en eau élevée P2(PF1)
De faibles variations de teneur en eau peuvent néanmoins provoquer des qualités de portance assez différentes, d'où la distinction entre P1
et P2
P3(PF2) Sols peu déformables, Sols fins ou matériaux graveleux à forte
proportion de fines à teneur en eau moyenne à faible.
P4(PF3) Sols très peu déformables, Matériaux insensibles à l'eau: sables et graves propres, matériaux rocheux sains.
P5(PF4)
Sols très peu déformables ou pas déformables, Matériaux insensibles à l'eau: sables et graves propres, matériaux rocheux sains,
chaussée anciennes.
Source : [18]
Caractéristiques minimales requises d’une plate-forme
42
La plate-forme support d’un revêtement pavé ou dallé doit avoir une portance minimale fixée en fonction de la nature des assises. Le tableau 2-7 donne les classes de portance minimale à respecter pour les natures d’assises.
Tableau 1-7 : Classe de portance minimale pour chaussées de revêtement pavé
Source : Guide de dimensionnement des chaussées de revêtement en pavé et en dalle de béton (LCPC) Nature des assises Classe de portance minimale
Grave Ciment et
Grave bitume P3
Autres matériaux P2
En fonction de la nature du sol support, des améliorations de la portance sont nécessaires chaque fois que la qualité du sol après compactage (lorsque celui- ci est possible) est insuffisante par rapport aux exigences définies dans le tableau précédent.
1.2.4. Choix de l’assise
Lorsque la mise en place d’une assise est nécessaire, le choix du matériau constitutif doit tenir compte du trafic et de la portance du sol. Le coût est aussi un élément à considérer lors du choix, compte tenu des disponibilités locales des matériaux. On envisage :
- soit une structure souple qui peut comporter une couche en grave non traitée, ou une couche en grave bitume éventuellement sur une couche de grave non traité ;
- soit une chaussée rigide constituée de grave ciment, de béton de ciment, de grave laitier, de sable ciment ou de sable laitier.
Le choix du matériau d’assise devra aussi considérer le type de revêtement.
En particulier, pour les revêtements dallés soumis à un trafic de véhicules, il convient d’orienter son choix sur une structure rigide.
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1.3. Méthodes de dimensionnement
Il n'y a pas de méthodes simples et exactes pour dimensionner une chaussée comme il en existe pour dimensionner une poutre ou une pièce de construction. Cela tient au fait qu'il est difficile de formuler des hypothèses de calcul précises relatives aux paramètres de base pris en compte (sols, matériaux, trafic) à cause de leur diversification.
On est alors amené à utiliser des méthodes basées sur des expériences.
Les principales méthodes employées sont :
les méthodes empiriques ;
les méthodes rationnelles ;
les catalogues de structures types.
1.3.1. Les méthodes empiriques
. Les méthodes empiriques sont basées essentiellement sur les expériences acquises au niveau du comportement des planches d'essais ou bien sur celui des réseaux routiers existants. Pour dimensionner les routes par cette méthode, on se sert des abaques qui permettent de déterminer les épaisseurs des différentes couches de la chaussée en fonction des matériaux utilisés de la nature du sol support et du trafic.
Parmi les méthodes empiriques on peut citer la méthode de l’AASTHO, de l’Asphalt Institute, de Californie au CBR, Transport and Road Research Laboratory (TRRL).
La méthode la plus répandue et la plus célèbre reste la méthode de l’AASTHO qui est la seule basée sur des essais routiers qui ont permis de relier la dégradation des chaussées sous le trafic au comportement. Cette méthode est bien adaptée aux chaussées souples et tient compte du climat de la zone par un paramètre correctif appelé facteur régional.
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1.3.2. Les Méthodes rationnelles
Pour ces méthodes, on assimile le comportement des couches de matériaux à celui de corps solides ; des logiciels sont élaborés qui prennent en compte : le trafic, la nature du sol support et les types de matériau à utiliser. Parmi ces logiciels, on peut citer :
ALIZE III
C'est une méthode utilisée pour dimensionner les chaussées. Elle permet de calculer les contraintes et les déformations induites dans les différentes couches d'une chaussée par deux charges circulaires pouvant modéliser une roue ou un jumelage
PROGRAMME ECOROUTE
Ce programme est utilisé pour une optimisation économique d'une structure de chaussée.
Pour le dimensionnement des chaussées pavées, il a été mis au point un logiciel voiriB pour la détermination de l’épaisseur des assises de chaussées revêtues de pavés ou de dalle en béton à la méthode de dimensionnement française des chaussées du SETRA et du LCPC complétée par une étude expérimentale réalisée au CERIB.
1.3.3. Les catalogues de structures types
Pour dimensionner une chaussée on peut utiliser aussi des catalogues préalablement établis qui correspondent à un certain état de la technique à l'époque considérée. Il faudra donc réactualiser périodiquement ces catalogues.
Les catalogues donnent directement l'épaisseur de la couche en fonction des paramètres de base choisis. Comme catalogue nous pouvons citer :
Le "Guide pratique de dimensionnement des chaussées pour les Pays Tropicaux"
Ce guide est élaboré par le Centre Expérimental des recherches et d'Etude de Bâtiment et des TP. Il fournit des fiches de dimensionnement basées sur la portance CBR des
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sols, le trafic. Dans ce guide, on considère cinq classes de trafic T1à T5 et cinq classes de sol S1à S5.
La fiche de dimensionnement des chaussées en béton de ciment. C'est un tableau à double entrée qui donne les épaisseurs des chaussées en béton de ciment en fonction du taux de croissance annuel et de la durée de vie ;
le catalogue 1977 des structures types de chaussées neuves.
1.4. Exemples de dimensionnement 1.4.1. Données caractéristiques
Le dimensionnement proprement dit passe par la fixation des différents paramètres entrant dans le dimensionnement du corps de chaussée. Il s’agit du nombre t de véhicules lourds enregistrés par jour, du coefficient d’agressivité moyen CAM, du taux d’accroissement i du trafic.
L’hétérogénéité du nombre d’essieux dans nos villes fait varier le nombre de véhicules lourds par jour et par sens entre quarante (40) et quatre-vingt-dix (90). Ceci correspond à la classe T3 selon la classification de la norme NF P 98-082. Il est retenu t=90 pour la suite pour rester dans les conditions extrêmes.
La valeur du coefficient d’agressivité moyen retenu est CAM=0.5 pour tenir compte des valeurs proposées dans le tableau N°2-4 en considérant une section courante, une chaussée en béton et une voie de bus.
Le taux d’accroissement considéré est 4%5.
L’échéance de dimensionnement de la chaussée est n=20 ans.
En utilisant la formule exponentielle de calcul du nombre cumulé de poids lourds, il est obtenu : 𝐍 = 𝟒, 𝟗. 𝟏𝟎𝟓.
On conviendra que l’assisse à une bonne portance. De ce fait, on prend CBR>15.
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Par ailleurs, les épaisseurs minimales recommandées pour le corps de chaussée par les différentes directions (AGETUR, AGETIP, CNERTP, DGDU) intervenant dans le domaine de la pose des pavés se présentent comme suit :
Pavée pour chaussée : 11 cm environ Lit de pose : 3 cm environ
Couche de base : 20 cm environ.
Dans ces conditions, le corps de chaussée aura une épaisseur totale de 34cm.
1.4.2. Dimensionnement selon la méthode empirique Parmi les méthodes empiriques énumérées plus haut, on utilisera la méthode du TRRL. Elle donne en fonction du CBR de la plate-forme et du nombre moyen N journalier de véhicules, l'épaisseur de la couche sus-jacente à partir de la formule :
Formule 2: Epaisseur du corps de chaussée suivant la méthode TRRL On trouve une épaisseur E=35,56cm à partir des données suivantes :
CBR=20 ; N= 4,9.105 et P = 6,5 tonnes en considérant un essieu standard de 13t 𝐄 =
𝟏𝟎𝟎 + (𝟕𝟓 + 𝟓𝟎𝒍𝒐𝒈 (𝑵
𝟏𝟎)) . √𝑷 𝐂𝐁𝐑 + 𝟓
E désigne l’épaisseur du corps de chaussée CBR désigne la portance de la plateforme
N désigne le trafic moyen journalier en nombre de poids lourds P désigne la charge par roue en tonnes
i désigne le taux de croissance annuelle du trafic en %
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Tableau 1-8 : Résultats obtenus pour une chaussée dont la couche de roulement est en béton
1.4.3. Méthode de dimensionnement CBR-CETUR
La méthode de dimensionnement utilisée est la méthode de dimensionnement CBR-CETUR. C’est une méthode qui fournit des fiches ou des grilles de dimensionnement basée sur la portance CBR, des sols de plateforme et sur le trafic escompté pendant la durée de vie prévisible de la chaussée.
D’après le manuel « Dimensionnement des chaussées », CETUR, on obtient à partir des données :
N= 4,9.105 correspondant à une classe de trafic T4 (selon le Guide Pratique de dimensionnement des chaussées pour les pays tropicaux) (A),
CBR>15 et pour une plateforme en matériaux pulvérulent on a, selon la classification LCPC- CBR, un sol de portance P4 (B).
A partir de ces deux données (A) et (B), le CETUR recommande par simple lecture : Couche de base : 15cm
Couche de roulement : 8cm Les dimensions pratiquées sont Couche de base : 20cm
Couche de roulement : 11cm
Ces dimensions sont suffisantes donc pour le dimensionnement de la chaussée.
N CBR P (tonnes) E (cm)
4,9.105 20 6,5 35,56
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1.4.4. Méthode de dimensionnement avec le Logiciel VoiriB
En considérant les mêmes données de base, le logiciel dimensionne la structure comme suit :
Figure 1-4: Résultats de dimensionnement par le logiciel VoiriB
NB : L’épaisseur nominale minimale spécifiée par la norme 98-335 est 8 cm.
1.5. Théorie sur la conception des pavés
1.5.1. Différents types de pavés 1.5.1.1. Définition
Un pavé est un bloc en pierre ou en béton utilisé comme revêtement de chaussée et tel que le rapport surface en cm² sur épaisseur en cm (S/e) soit inférieur à 100. Au- delà de ce rapport, on ne parle plus de pavés, mais de dalles ou de dallages.
1.5.1.2. Les types de pavé Selon la nature du matériau constitutif, on distingue :
