ETUDE ET MODELISATION DU COMPORTEMENT MECANIQUE DU SABLE SILTEUX COMPACTE NON-SATURE, UTILISE EN COUCHE DE CHAUSSEE POUR FAIBLE TRAFIC

RÉPUBLIQUE DU BÉNIN

MINISTÈRE DE L’ENSEIGNEMENT SUPÉRIEUR ET DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE

UNIVERSITÉ D’ABOMEY – CALAVI (UAC)

ÉCOLE POLYTECHNIQUE D’ABOMEY – CALAVI (EPAC)

DÉPARTEMENT DE GÉNIE CIVIL

OPTION : Bâtiments et Travaux Publics

THEME

ETUDE ET MODELISATION DU COMPORTEMENT MECANIQUE DU SABLE SILTEUX COMPACTE NON-SATURE, UTILISE EN COUCHE DE CHAUSSEE POUR

FAIBLE TRAFIC

Soutenu par : Sous la direction de :

AGAGBE Damien Dr ALLOBA I. Ezéchiel

Maître-assistant des universités

POUR L’OBTENTION DU

DIPLÔME D’INGENIEUR DE CONCEPTION

Année académique 2013-2014 7^ème Promotion

Dédicace

Je dédie ce travail à mon très cher papa Gustave C. AGAGBE et à ma très chère maman Sidonie A. AGBODEDJI Epouse AGAGBE ,

Papa, toi qui m‟as inculqué l‟amour du travail bien fait dès mon jeune âge, je te prie d‟accepter ce travail. Merci pour tes précieux conseils tout au long de mon cursus universitaire. Longue vie à toi et que le Tout Puissant te bénisse, te couronne de bienfaits et te protège.

Maman, femme africaine pleine de vertu, toi à qui nous devons ce que nous sommes ce document est la consécration de tous tes efforts et sache qu‟il est le début d‟une belle épopée. Longue vie à toi et que le Tout Puissant te bénisse, te couronne de bienfaits et te protège.

Votre fils Damien AGAGBE 

Remerciements

Dire « Merci » est et demeure un acte de gratitude envers ceux qui accordent une grâce. Ainsi, je ne saurais commencer la rédaction de ce mémoire sans adresser mes sincères remerciements tout d‟abord à Dieu le Père tout puissant à qui nous devons gloire et honneur et à tous ceux qui ont contribué d‟une manière ou d‟une autre à l‟aboutissement de ce travail.

Une note spéciale de gratitude revient à mon encadreur, le Docteur Ezéchiel I.

ALLOBA pour s‟être rendu aussi disponible qu‟accessible pour m‟orienter dans l‟accomplissement de ce travail. Puisse le Très Haut vous accorde une longévité, vous honore et vous comble de grâces dans toutes vos entreprises.

Je tiens à remercier :

 Monsieur Brice SINSIN, Professeur titulaire, Recteur de l‟Université d‟Abomey- Calavi ;

 Monsieur Félicien AVLESSI, Professeur titulaire des universités de CAMES, Directeur de l‟Ecole Polytechnique d‟Abomey-Calavi ;

 Monsieur Clément BONOU, Maître de conférence de CAMES, Directeur Adjoint de l‟Ecole Polytechnique d‟Abomey-Calavi ;

 Monsieur Martin P. AÏNA, Maître de Conférence des Universités de CAMES ; Chef de département.

 Professeur Edmond ADJOVI, Professeur titulaire des universités de CAMES ;

 Dr Mathias SAVY, Maître Assistant des universités de CAMES ;

 Dr Ezéchiel ALLOBA, Maître Assistant des universités de CAMES;

 Dr Taofic BACHAROU, Docteur Ingénieur en Hydraulique ;

 Professeur François de Paule CODO, Maître de conférence des universités de CAMES

 Dr Léopold DEGBEGNON, Docteur Ingénieur en Géodésie ;

 Dr Noël DIOGO, Docteur architecte

 Professeur Aïssè Gérard GBAGUIDI, Maître de conférence des universités de CAMES;

 Professeur S. Victor GBAGUIDI, Maître de conférence des universités de CAMES ;

 Professeur Mohamed GIBIGAYE, Maître de conférence des universités de CAMES;

 Dr Gossou Jean HOUINOU, Docteur Ingénieur en Génie Minier et Topographie ;

 Dr Adolphe TCHEHOUALI, Maître assistant des universités de CAMES ;

 Dr Tonalémi Epiphane Sonon WANKPO, Docteur Ingénieur en Hydraulique ;

 Dr Crépin ZEVOUNOU, Docteur en Géologie;

 Dr Codjo Luc ZINSOU, Docteur Ingénieur en Mécanique des sols ;

 Dr Agathe SOUROU HOUINOU, Docteur Ingénieur en Mécanique des sols ;

 Monsieur Cosme SEWANOUDE, professeur de comptabilité ;

 Le couple HOUNGAN Aristide & Corine, plein d‟amour, d‟attention et d‟affection à mon égard, recevez ici ma sincère gratitude pour vos soutiens matériels et moraux. Veuillez trouver en ce travail, la sublime éclosion de vos vœux intimes.

 Mes frères et sœurs Frumence, Nazaire, Cosme, Isaïe, Armelle et Nadège HOUNGAN-AGAGBE,

vous qui m‟avez toujours encouragé et soutenu tout au long de ma formation, soyez en remercier ;



Tous mes tantes et oncles sans oublier aussi mes cousins et cousines.

 Monsieur Mendel BOKODE, chef laboratoire à l‟entreprise ADEOTI

 Tous mes collègues de l‟entreprise ADEOTI

 Monsieur Eden CHABI, Ingénieur en génie civil

 Ma chère Triphèse, merci beaucoup pour ton soutien

 Tous les camarades de la septième promotion de l‟EPAC.

Résumé/mots clés

Ce travail porté sur le sable silteux s‟est intéressé à l‟étude de son comportement mécanique lorsqu‟il est compacté dans un état non saturé et utilisé en couche de chaussée pour de faible trafic afin d‟avoir une connaissance un peu plus poussée de sa réponse suite aux sollicitations cycliques induites par le trafic.

Ainsi donc, après les essais classiques d‟identification et mécaniques sur le matériau, nous avons entrepris d‟étudier son comportement mécanique sous chargement cyclique. D‟abord nous avons utilisé une éprouvette CBR (démoulé et ensuite dans le moule) et après des moules de briquette afin d‟obtenir des éprouvettes normalisées de compression sur lesquelles des chargements cycliques ont été réalisés. D‟abord les essais ont été réalisés sous chargement standard de 13 tonnes où après une série de 105 cycles, nous avons pu modéliser les déformations totales, relatives, réversibles et permanentes et après, sous chargement correspondant à un essieu de 18 tonnes, nous avons ainsi mis en évidence les dégradations induites par la surcharge dans les couches de chaussées.

A la fin de cette étude, nous avons proposé des lois mathématiques que suivent ces différentes déformations ce qui pourra nous fournir des paramètres nécessaires au dimensionnement des chaussées souples et de prévenir leur dégradation et aussi de bien décrire la réponse du sol aux chargements du trafic. Nous avons également mis en évidence l‟évolution du module sécant et élastique sous l‟effet du chargement induit par le trafic.

Mots clés : déformations, déformations réversibles, déformations permanentes, module élastique, module sécant, trafic.

Abstract / keys words

This work focused on the silty sand was interested in the study of the mechanical behavior when compacted in an unsaturated state and used in pavement layer for low traffic to have knowledge of a little further following his response to cyclic stresses induced by traffic.

After conventional identification and mechanical tests on the material , we undertook to study the mechanical behavior under cyclic loading. First we used a sample CBR ( unmolded and then into the mold ) and after briquette molds to obtain standardized compression specimens on which cyclic loading were performed. First tests were conducted under standard load 13 tons after which a series of rings 105 , we could model the total strain , relative strain, permanent strain, reversible strain and after , under a load corresponding to 18 tons axle we and highlighted the devastating effect induced by overload on pavement layers .

At the end of this study , we proposed mathematical laws that follow these deformation which may provide parameters needed for flexible pavement and prevent their degradation and also a good description of the ground response to loads of traffic. We also highlighted the evolution of secant and elastic modulus as a result of loading induced by traffic.

Keywords: deformations, reversible deformations, permanent deformations , elastic modulus , secant modulus , traffic.

Sommaire

Dédicace ... i

Remerciements ... ii

Résumé/ mots clés ... iv

Abstract/ keys words ... v

Sommaire ... vi

Liste des figures ... vii

Liste des tableaux ... x

Liste des Photos ... xi

Liste des sigles et abréviations ... xii

Liste des Annexes………xiii

Introduction ... 1

Problématique ... 1

Objectifs ... ………. 2

Hypothèses ... 2

Méthodologie ... 2

1^ère PARTIE : SYNTHESE DE LA LITTERATURE ... 4

Chapitre I :Glossaire sur les chaussées ... 5

Chapitre II :Comportement mécanique des matériaux granulaires ... 36

Chapitre III :Modélisation du comportement mécanique ... 57

2^ème PARTIE : MATERIAUX, MATERIELS ET METHODES, RESULTATS ET DISCUSSIONS ... 69

Chapitre IV : Matériaux ; matériels et méthodes ... 70

Chapitre V : Résultats et discussions ... 90

Conclusion ... 122

Bibliographie ... 124

Chapitre VI : Annexes ... 127

Table des matières……….………..144

Liste des figures

Figure 1.1 : Schéma de formation d‟une ornière sous l‟effet d‟une charge se déplaçant sur un

sol [13] ... 5

Figure 1.2 : Schéma de principe illustrant la déflexion et la déformation d‟un sol sous l‟effet de passage d‟une charge [13] ... 5

Figure 1.3 : Schéma de la structure type d‟une chaussée revêtue ... 7

Figure 1.4 : Schéma de la structure type d‟une chaussée souple [1] ... 11

Figure 1.5 : Schéma de la structure type d‟une chaussée semi-rigide [1] ... 12

Figure 1.6 : Schéma de la structure type d‟une chaussée rigide [1] ... 12

Figure 1.7 : Schéma de la structure type d‟une chaussée mixte [1] ... 13

Figure 1.8 : Schéma de la structure type d‟une chaussée inverse [1] ... 13

Figure 1.9 : Schéma de la structure type d‟une chaussée bitumineuse épaissse[1] ... 14

Figure 1.10 : Schéma des chaussées à assise traitée aux liants hydrauliques [1] ... 14

Figure 1.11 : Schéma des structures en dalles non goujonnées avec fondation[1] ... 15

Figure 1.12 : Schéma des structures en dalles goujonnées avec fondation [1] ... 15

Figure 1.13 : Schéma des structures en dalles sans fondation [1]. ... 15

Figure 1.14 : Schéma des structures en béton armé continu (1) [1] ... 15

Figure 1.15 : Schéma des structures en béton armé continu (2) [1] ... 15

Figure 1.16 : Schéma de la distribution de charge dans une structure souple ... 16

Figure 1.17 : Schéma de la distribution de charge dans une structure rigidifiée ... 17

Figure 1.18 : Courbe d‟évolution des chaussées ... 27

Figure 2.1 : Courbes d‟essais triaxiaux sur un sable lâche ou dense[14] ... 38

Figure 2.2 : Schéma illustrant les différents types de module de déformation ... 40

Figure 2.3 : Courbe de la loi de comportement élastique linéaire ... 41

Figure 2.4 : Courbe de la loi de comportement élastique, parfaitement plastique de Mohr- Coulomb. ... 43

Figure 2.5 : Courbe illustrant l‟évolution du module d‟élasticité avec la déformation ... 44

Figure 2.6 : Courbe du comportement cyclique non linéaire des GNT [14] ... 46

Figure 2.7 : Courbe illustrant la réponse d‟un matériau granulaire à un chargement cyclique. ... 47

Figure 2.8 : Courbe de la stabilisation des déformations permanentes ... 48

Figure 2.9 : Courbe d‟évolution des déformations permanentes axiales et radiales en fonction du nombre de cycle lors d‟un TCR d‟après Gidel. [18] ... 49

Figure 2.10 : Courbe de l‟essai à chargement cyclique par paliers. ... 50

Figure 2.11 : Courbe d‟évolution du coefficient de poisson avec le niveau de contrainte, Kolisoja [23] ... 51

Figure 2.12 : Courbe illustrant la dégradation du module réversible avec la teneur en eau[24] ... 52

Figure 2.13 : Courbe illustrant l‟influence du pourcentage de fines sur l‟évolution du module réversible[19] ... 53

Figure 2.14 : Courbe d‟évolution des déformations permanentes avec la teneur en eau ... 55 Figure 2.15 : Courbe illutrant l‟influence de la teneur en fines sur les déformations

permanentes, d‟après Barksdale[31] ... 55 Figure 2.16 : Courbe illustrant l‟influence de l‟histoire du chargement sur les déformations permanentes[18] ... 56 Figure 4.1 : Courbe contrainte-déformation moyenne d‟après la norme NF P98-231-1……..86 Figure4.2 :Schéma illustrant l'action de contrainte sur une éprouvette ……….………...88 Figure 4.3 :Cellule triaxiale de l‟appareil TCR d‟après Hornych ………....89 Figure 5.1: Courbe granulométrique ... 90 Figure 5.2 : Courbe Proctor modifié ... 93 Figure 5.3 : Courbes contrainte- déformation de compression de compression sur trois(03) éprouvettes normalisées,déplacement latéral permis ... 97 Figure 5.4 : Courbe moyenne de contrainte- déformation de compression ... 98 Figure 5.5 : Détermination du module d‟élasticité en compression sur les trois éprouvettes avec déplacement latérale permis ………..100 Figure 5.6 : évolution du module d‟élasticité en compression ... 101 Figure 5.7 :Courbe contrainte déformation sur une éprouvette avec déplacement latéral

empêché ... 102 Figure 5.8 : Courbe d‟évolution du module d‟élasticité en compression ... 103 Figure 5.9 : Courbe évolution des déformations en fonction des contraintes, déplacement latéral empêché, 55 coups ... 1064 Figure 5.10 : Courbe évolution des déformations en fonction des contraintes, déplacement latéral empêché, 25 coups ... 105 Figure 5.11 : Courbe évolution des déformations en fonction des contraintes, déplacement latéral empêché, 10 coups………. ………...100 Figure 5.12 : Courbe évolution contraintes-déformations en fonction de l‟énergie de

compactage, 1^er cycle … .……….……….……….101

Figure 5.13: Courbe évolution contraintes-déformations en fonction de l‟énergie de

compactage, 5^ème cycle ………..108

Figure 5.14: Courbes de la compression répétée sous contrainte correspondant à ES13 ... 109 Figure 5.15: Courbes de la compression répétée sous contrainte correspondant à18 tonnes . 109 Figure 5.16 : Courbes des différentes déformations observées sur une éprouvette soumise à la compression répétée sous contrainte standard...……….………111 Figure 5.17: Courbe de variation de la déformation totale en fonction du nombre de cycles, sous essieu standard...113 Figure 5.18: Courbe variation de la déformation totale en fonction du nombre de cycles, sous E18………..113 Figure 5.19 :Courbe d‟influence du niveau de contraintes sur la déformation totale en

fonction du nombre de cycles……….114

Figure 5.20 :Courbe de variation de la déformation relative totale en fonction du nombre de cycles………...114 Figure 5.21: Courbe de variation de la déformation relative totale en fonction du nombre de cycles, sous E18………..114 Figure 5.22 : Courbe d‟influence du niveau de contraintes sur la déformation relative totale en fonction du nombre de cycles……….………116 Figure 5.23: Courbe de variation de la déformation réversible en fonction du nombre de cycles……...116 Figure 5.24 : Courbe de variation de la déformation réversible en fonction du nombre de cycles sous E18……… ………..117 Figure 5.25 : Courbe d‟influence du niveau de contraintes sur les déformations réversibles en fonction du nombre de cycles ... 118 Figure 5.26 : Courbe de variation de la déformation permanente en fonction du nombre de cycles…...119 Figure 5.27 : Courbe de variation de la déformation permanente en fonction du nombre de cycles sous E18…….………..120 Figure 5.28: Courbe d‟influence du niveau de contraintes sur les déformations permanentes en fonction du nombre de cycles…….………120 Figure 5.29: Courbe granulométrique du matériau après les 105 cycles de chargement répété...

……….…120

Liste des tableaux

Tableau 1-1 : Classe de portance du sol de plate-forme ... 24

Tableau 1-2 : Classe de trafic ... 24

Tableau 1-3 : Epaisseur des différentes couches en fonction du CBR et de la classe du trafic………..…25

Tableau 1-4 : Matériaux de couches d‟assise ... 29

Tableau 1-5 : Matériaux routiers du Bénin répertoriés par le CNERTP ... 35

Tableau 5-1 : Résultats de l‟équivalent de sable ... 91

Tableau 5-2 : Récapitulatif de la teneur en matière organiques ... 91

Tableau 5-3 : Récapitulatif de l‟essai de détermination du poids spécifique ... 92

Tableau 5-4 : Caractéristiques des éprouvettes CBR ... 94

Tableau 5-5 : Valeurs obtenues au poinçonnement ... 94

Tableau 5-6 : Mesure du gonflement ... 95

Tableau 5-7 : détermination du module d‟élasticité en compression simple ... 100

Tableau 5-8 : évolution du module d‟élasticité en fonction de la contrainte appliquée ... 101

Tableau 5-9 : évolution du module d‟élasticité en fonction de la contrainte appliquée ... 103

Liste des photos

Photo 4.1 : échantillon en tas ………..……….70

Photo 4.2 : échantillon étalé ……….………70

Photo 4.3 : lieu de prélèvement du matériau ………70

Photo 4.4 : échantillon démoulé………...84

Photo 4.5 : pieds à coulisse pour la mesure des dimensions de l‟éprouvette………84

Photo 4.6 : pesée d‟une éprouvette Proctor ……….84

Photo 4.7 : corps d‟épreuve sollicité avec déplacement latéral empêché……….84

Photo 4.8 :corps d‟épreuve sollicité avec déplacement latéral permis à la rupture………….84

Photo 4.9 : affichage de la force exercée……….85

Photo 4.10 : comparateur mesurant le déplacement effectué…………...……….85

Liste des sigles et abréviations

BTP Bâtiments et Travaux Publics CBR Californian Bearing Ratio

CEBTP Centre Expérimental de Recherches et d‟Etudes du Bâtiment et des Travaux Publics

GNT Grave Non Traitée

ES Essieu Standard

I_CBR Indice CBR

IPI Indice Portant Immédiat

EPAC Ecole Polytechnique d‟Abomey-Calavi LCPC Laboratoire Central des Ponts et Chaussées NES Nombre équivalent d‟Essieu Standard OPM Optimum Proctor Modifié

USACE US Army Corps of Engineering

SETRA Service d‟Etudes Techniques des Routes et Autoroutes

Liste des annexes

Annexe 6.1 : Résultats de l‟analyse granulométrique……….…127

Annexe 6.2 : Tableau de détermination du poids spécifique……….…….127

Annexe 6.3 : Tableau de détermination de l‟équivalent de sable………...128

Annexe 6.2 : récapitulatif des résultats de l‟essai Proctor……….….128

Annexe 6.5 : Résultats de l‟essai de compression simple sur éprouvette normalisée, déplacement latéral permis………..………...129

Annexe 6.6 : Résultats moyen de l‟essai de compression simple sur éprouvette normalisée, déplacement latéral permis……….129

Annexe 6.7 : Résultats moyen de l‟essai de compression simple sur éprouvette normalisée, déplacement latéral empêché………..130

Annexe 6.8 : Evolution des déformations en fonction des contraintes, déplacement latéral empêché, 55 coups………..131

Annexe 6.9 : Evolution des déformations en fonction des contraintes, déplacement latéral empêché, 25 coups………..132

Annexe 6.10 : Evolution des déformations en fonction des contraintes, déplacement latéral empêché, 10 coups………..133

Annexe 6.11 : Evolution contraintes-déformations en fonction de l‟énergie de compactage, 1^er cycle………134

Annexe 6.12 : Evolution contraintes-déformations en fonction de l‟énergie de compactage, 5^ème cycle………135

Annexe 6.13 : compression répétée sous éprouvette cylindrique sous contrainte standard...136

Annexe 6.14 : compression répétée sous éprouvette cylindrique sous contrainte standard...137

Annexe 6.15 : compression répétée sous éprouvette cylindrique sous contrainte standard...138

Annexe 6.16 : compression répétée sous éprouvette cylindrique sous contrainte standard...139

Annexe 6.17 : compression répétée sous éprouvette cylindrique sous contrainte standard...140

Annexe 6.18 : compression répétée sous éprouvette cylindrique sous contrainte standard...141

Annexe 6.19 : compression répétée sous éprouvette cylindrique sous contrainte standard...142

Annexe 6.20 : Résultats de l‟analyse granulométrique sur le matériau après les 105 cycles de chargement sous un essieu standard………..143

INTRODUCTION Problématique

Les voies d‟accès en général et les infrastructures routières en particulier sont des facteurs importants de communication qui servent de support aux transports par voie terrestre. Elles constituent à ce titre un facteur important de développement des pays surtout ceux en voie de développement comme le Bénin. Pour jouer pleinement son rôle de transit, la route se doit d‟être dans un bon état de praticabilité et cela passe par une bonne construction et une bonne connaissance des matériaux routiers.

Si dans les années 1950 les voies de communication africaines étaient essentiellement constituées de quelques routes en terre, aujourd'hui le linéaire a considérablement augmenté.

Les routes bitumées ont fait leur apparition ainsi donc les techniques et les méthodes d'exécution ont évolué avec la technologie routière. Les structures de chaussées sont dimensionnées non seulement pour supporter les contraintes dues au trafic, mais aussi pour les transmettre au sol en place. La principale sollicitation au quelle doit résister le sol support est celle du trafic . Les méthodes de dimensionnement de chaussées utilisées se basent sur les résultats d‟essais en fatigue sur les matériaux routiers à mettre en œuvre et sur l‟expérience acquise dans l‟étude du comportement des chaussées déjà réalisées.

La plupart des routes réalisées au Bénin sont conçues suivant la méthode française de dimensionnement des chaussées. Conçue par le Laboratoire Central des Ponts et Chaussées en République Française, elle se base sur des résultats obtenus principalement sur les Graves Non Traités, matériaux dont l‟usage y est fortement répandu. Dans les pays tropicaux, les matériaux de construction routière diffèrent afin non seulement de prendre en compte nos richesses géologiques mais aussi de minimiser le coût des constructions. Ces matériaux ne sont pas soumis aux mêmes essais que les Graves Non Traités et l‟on ne connaît que très peu leurs comportements. On ne dispose donc pas aujourd‟hui de moyens précis d‟étude et des lois pour prédire les déformations dans les couches de chaussées réalisées. On se base simplement sur la loi du cause à effet oubliant que les causes les causes des dégradations n‟ont jamais été les mêmes car le sol de fondation n‟est jamais le même d‟un projet routier à un autre, les matériaux utilisés n‟ont jamais exactement les mêmes caractéristiques, il n‟est pas évident que les trafics et leurs évolutions soient les mêmes, les projets ne sont pas

forcément prévus pour les mêmes durées de vie, …, ainsi donc, à chaque projet routier sa spécificité.

La détermination des propriétés mécaniques des matériaux granulaires non traités soumis à des chargements cycliques permet de fournir des paramètres nécessaires au dimensionnement des chaussées souples et de prévenir leur dégradation. L‟objectif de l‟étude de ces propriétés est de trouver le modèle mathématique qui permet de bien décrire la réponse du sable silteux sous des chargements cycliques induits par le trafic.

Cette étude, qui vient apporter une contribution dans le sens de la maîtrise du comportement des sables silteux, s‟intitule :

« Etude et modélisation du comportement mécanique du sable silteux compacté, non- saturé, utilisé en couche de chaussées pour faible trafic. »

Objectifs

Objectif général

L‟objectif général de ce travail est de modéliser le comportement mécanique du sable silteux sous chargement cyclique.

Objectifs spécifiques

L‟atteinte de l‟objectif général passe par un certain nombre d‟étapes appelés objectifs spécifiques qui sont:

 déterminer les caractéristiques tant physiques que mécaniques du sable silteux ;

 définir une méthode d‟étude du sable silteux sous chargement cyclique ;

 faire une série d‟essais de compression à chargement répété sur le sable silteux ;

 modéliser le comportement mécanique du sable silteux en couche de base.

Hypothèses

 Matériau isotrope

 Conditions d‟essai conforment à celles du chantier Méthodologie

L‟étude est menée sur trois axes principaux que sont :

 synthèse de la littérature ;

 étude du matériau et de son comportement mécanique ;

 modélisation du comportement mécanique.

Synthèse de la littérature

Notre étude bibliographique se concentrera sur les points suivants :

 glossaire sur la route ;

 les généralités sur les matériaux non liés utilisés en couches de chaussée ;

 étude du comportement mécanique sous chargement cyclique du sable silteux ;

 la modélisation du comportement mécanique sous chargement cyclique du sable silteux.

Nous disposons à cet effet des cours et livres de route, les anciens mémoires et thèses ainsi que des informations sur le net.

Etude du matériau et de son comportement mécanique

Etudier le matériau revient à déterminer ses caractéristiques physiques ainsi que ses caractéristiques mécaniques.

Pour étudier le comportement mécanique du sable silteux, nous allons effectuer sur ledit matériau une série d‟essais afin de déterminer sa réaction (déformation) en fonction du chargement (contrainte) auquel il est soumis.

Modélisation du comportement mécanique

Il s‟agit ici de modéliser le comportement mécanique du sable silteux soumis à un chargement cyclique. Pour cela nous disposerons :

 des résultats d‟essais de compression simple sur le sable silteux ;

 des résultats d‟essais de compression simple sur le sable silteux soumis à un chargement cyclique.

1

PARTIE : SYNTHESE DE LA LITTERATURE

C ^{hapitre I}

1.1. Nécessité d’une structure de route

Les pressions transmises au sol par l‟intermédiaire des pneumatiques d‟un véhicule qui se déplace sont relativement importantes : 1 à 2 kg/cm² soit 10 à 20 t/m² pour un véhicule léger, 6 à 7 kg/cm² soit 60 à 70 t/m² pour un poids lourd.

Le sol ne peut supporter généralement de telles pressions sans dommages. Ainsi, si le sol n‟est pas résistant, le pneu le comprime il se forme une ornière .

Figure 1. 1 : Schéma de formation d'une ornière sous l'effet d'une charge se déplaçant sur un sol [13]

Par contre, si le sol est résistant, deux phénomènes imperceptibles se produisent 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.

Figure 1. 2 : Schéma de principe illustrant la déflexion et la déformation d'un sol sous l'effet de passage d'une charge [13]

d

Glossaire sur les chaussées

Glossaire sur les chaussées

Cette déflexion „‟d‟‟ est proportionnelle à la charge appliquée de même que l‟orniérage.

Il est donc nécessaire d‟interposer entre le véhicule et le sol, un écran qui aura pour but de répartir les charges sur une plus grande surface et de réduire ainsi les pressions transmises au sol jusqu‟à une valeur admissible. La chaussée constitue cet écran.

La diffusion des pressions diffère par sa nature et son intensité selon que l‟on a affaire à une couche granulaire non traitée, à une couche granulaire traitée (au ciment ou au bitume) ou à une dalle de béton de ciment. Toutefois, cette diffusion n‟est obtenue qu‟avec une épaisseur convenable de matériaux adéquats. Ces couches de matériaux constituent la structure de la chaussée.

1.2. Les différentes couches d’une chaussée revêtue (NF P 98-080-1)

Les chaussées se présentent comme des structures multicouches mises en œuvre sur un ensemble appelé plate-forme support de chaussée constituée du sol terrassé dit sol support surmonté généralement d'une couche de forme.

D‟une manière générale, la structure type d‟une route revêtue est composée de bas en haut de :

 La plate-forme ou sol support

 La couche de forme

 La sous-couche de fondation (éventuellement)

 couche de fondation

assise de la chaussée ou corps de chaussée couche de base





 La couche de surface

Figure 1. 3 : Schéma de la structure type d’une chaussée revêtue 1.2.1. La plate-forme

Elle est d'une importance capitale car la plupart des méthodes de dimensionnement s'appuient sur la résistance au poinçonnement du sol de plateforme. Elle est généralement constituée :

 d'un sol support c'est-à-dire le sol terrassé devant recevoir la route et pouvant être en remblai ou en déblai ;

 d'une couche de forme (éventuelle).

1.2.2. La couche de forme

La couche de forme est rattachée au terrassement dont elle constitue la partie supérieure. Cette couche de transition entre le sol support et le corps de chaussée, qui ne fait pas partie intégrante de la chaussée n‟est mise en place que dans des cas particuliers. La couche de forme a une double fonction :

- pendant les travaux, elle protège le sol support, établit une qualité de nivellement et permet la circulation des engins de chantier (zones marécageuses ou sableuses en l‟occurrence) pour l'approvisionnement des matériaux et la construction des couches de chaussée. Elle permet également le compactage de la couche de fondation (qui serait impossible si le support était très compressible).

- vis-à-vis du fonctionnement mécanique de la chaussée, elle permet de rendre plus homogènes et éventuellement d'améliorer les caractéristiques dispersées des matériaux de remblai ou du terrain en place ainsi que de les protéger du gel.

1.2.3. La sous-couche de fondation

Le rôle de la sous-couche est de constituer, dans un but bien défini, une interface ou un écran entre les matériaux mis en œuvre dans les terrassements et ceux qui sont employés en couche de fondation ou en couche de base.

On distingue deux types de sous-couche :

 La sous-couche anti-contaminante

Le but de cette sous-couche est d‟empêcher la remontée (contamination) des matériaux fins, l‟argile par exemple, de la plate-forme à travers les vides d‟une couche de fondation à structure ouverte.

 La sous-couche drainante et anti-capillaire

Elle a un double but, d‟une part, assurer un drainage efficace des couches supérieures de la chaussée et d‟autre part, empêcher les remontées capillaires au niveau de la forme des terrassements. Cette sous-couche est le plus souvent utilisée dans les zones marécageuses ou les zones dans lesquelles la nappe phréatique est peu profonde.

La sous-couche drainante et anti-capillaire est généralement constituée de sable grossier et de gravier, mais d‟autres matériaux peuvent également être utilisés avec succès ; il s‟agit notamment des scories pouzzolaniques ; des mâchefers (résidus ferrugineux) ; des géotextiles, etc.

1.2.4. Les couches d’assise

Encore appelée corps de chaussée, l'assise de la chaussée est généralement constituée de deux couches, la couche de fondation surmontée de la couche de base. Ces couches en matériaux élaborés, le plus souvent liés pour les chaussées à trafic élevé, apportent à la chaussée la résistance mécanique aux charges verticales induites par le trafic. Elles répartissent les pressions sur la plate-forme support afin de maintenir les déformations à ce niveau dans des limites admissibles. Pour les chaussées à faible trafic, le rôle de couche de fondation peut être, dans certains cas, assuré par un traitement du sol en place.

La couche de fondation repose directement sur une sous-couche ou sur la plateforme support.

Le corps de chaussée assure la diffusion des contraintes afin de les ramener à un taux compatible avec la portance du sol de forme. Les matériaux de la couche de fondation doivent

être de qualité satisfaisante, sinon on doit recourir à un traitement (amélioration ou stabilisation).

La couche de base est soumise à des contraintes verticales de compression plus élevées que dans la couche de fondation, ainsi qu‟aux efforts de cisaillement d'autant plus importants que le revêtement est mince. Cette couche est susceptible de présenter des déformations notables, raison pour laquelle, les matériaux utilisés doivent présenter de meilleures performances mécaniques que ceux utilisés en couche de fondation. Par ailleurs, si la couche de base possède une rigidité plus élevée que la couche de fondation, il se produit un effet de dalle et des contraintes de traction se développent au niveau de l'interface base- fondation causant ainsi des fissurations. Ainsi, elle doit avoir un indice CBR élevé. Le matériau utilisé doit présenter en général un CBR supérieur à 80. Sinon il faudra procéder à un traitement soit avec un liant hydraulique, soit avec un liant hydrocarboné.

De ce qui précède, il est aisé de comprendre qu‟on se doit d‟être beaucoup plus exigeant sur les caractéristiques des matériaux constituant la couche de base que pour ceux qui sont utilisés en couche de fondation.

1.2.5. La couche de surface

La couche de surface est constituée de la couche de roulement et éventuellement d‟une couche de liaison.

La couche de roulement est la couche supérieure de la structure de chaussée sur laquelle s'exercent directement les agressions conjuguées du trafic et du climat. Elle a pour rôle essentiel, de procurer aux usagers, la sécurité et le confort, et de maintenir l‟intégrité de la structure par la protection des couches d‟assise vis-à-vis de l‟infiltration des eaux pluviales.

Aussi, doit-elle posséder des qualités antidérapantes satisfaisantes. La qualité d'usage de la chaussée dépend pour une large part des caractéristiques de surface de la couche de roulement. Elle peut être en enduit superficiel (monocouche, bicouche ou multicouche) ou en enrobé (enrobés denses, béton bitumineux).

Comme son nom l‟indique, la couche de liaison, entre les couches d'assise et la couche de roulement, lorsqu‟elle existe, assure la liaison entre la couche de roulement et les couches d‟assises lorsque ces deux couches sont constituées de matériaux ne favorisant pas une bonne adhérence entre elles.

La couche de liaison peut être soit :

 une couche d'imprégnation constituée de liant, généralement en Cut-back ou bitume fluidifié. Elle doit imperméabiliser la couche de base et lui donner une bonne liaison par adhérence avec la couche sus-jacente.

 une couche d'accrochage qui comme son nom l'indique sert à accrocher la couche de surface. Elle élimine ainsi tout risque de glissement à l'interface des deux couches concernées et assure une continuité de l'ensemble. C'est une pellicule de liant de l'ordre de 2 à 3 cm recevant toujours une couche supérieure en enrobé.

C'est à l'interface entre la couche de surface et la couche de base que l'on trouvera éventuellement les dispositifs visant à ralentir la remontée des fissures des couches d'assises traitées aux liants hydrauliques.

Dans le cas particulier des chaussées en béton de ciment, la dalle, qui repose sur une couche de fondation, joue simultanément le rôle de couche de surface et celui de la couche de base.

La couche de surface n‟est pas dimensionnée pour résister aux sollicitations du trafic mais elle doit avoir un minimum de résistance pour transmettre les efforts normaux (poids des véhicules) et les efforts tangentiels imposés par les pneumatiques (action des roues tournant, freinage).

En somme la couche de surface contribue à la pérennité de la structure de chaussée en particulier par la fonction d'étanchéité vis-à-vis de l'assise.

1.3. Les différentes structures de chaussée

La structure d‟une route ou d‟une chaussée est l‟ensemble des couches granulaires de qualité variable empilées les unes sur les autres pour résister aux sollicitations du trafic.

Selon le Guide technique de conception et de dimensionnement des structures de chaussée du LCPC-SETRA, on distingue : les chaussées souples, les chaussées semi-rigides, les chaussées rigides, les chaussées mixtes, les chaussées inverses, les chaussées bitumineuses épaisses. Mais, selon la diffusion des pressions, il existe deux modes de fonctionnement mécanique des chaussées à savoir les chaussées souples et les chaussées rigidifiées. Nous

nous intéresserons dans la suite à cette deuxième classification tout en abordant brièvement le cas des chaussées mixtes, des chaussées inverses et des chaussées bitumineuses épaisses.

1.3.1. Les chaussées souples

Une chaussée est dite souple lorsque les matériaux granulaires des couches d‟assise sont non liés ou non traités, et la couche de surface est en revêtement bitumineux non épais, relativement mince (<15cm), parfois réduite à un enduit superficiel pour les chaussées à très faible trafic. Elle a l'aptitude de se déformer sans rompre sous l'action des sollicitations; ce qui leur confère la dénomination de chaussée flexible. L'épaisseur globale de la chaussée est généralement comprise entre 30 et 60 cm mais toujours inférieur à 80 cm.

Figure 1. 4 : Schéma de la structure type d'une chaussée souple [1]

1.3.2. Les chaussées rigidifiées

On entend par chaussées rigidifiées, des chaussées dont le corps de chaussée est en matériaux granulaires traités au liant hydraulique ou en dalle de béton de ciment. Le liant utilisé peut être du ciment, de la chaux, de la pouzzolane, etc.

On distingue deux types de chaussées rigidifiées : les chaussées semi-rigides et les chaussées rigides.

 Les chaussées semi-rigides

Les chaussées semi-rigides comportent une couche de surface bitumineuse sur une assise en matériaux traités aux liants hydrauliques disposés en une ou deux couches (base et fondation) dont l'épaisseur totale est de l'ordre de 20 à 50 cm. La chaussée ainsi obtenue supporte un trafic plus élevé et les contraintes transmises au sol support sont plus faibles.

Le rôle structurel d‟une couche de fondation en matériaux non traités est faible sous une assise traitée au ciment. Ainsi, il est d‟usage de supprimer cette couche de fondation non traitée dans le cas où une couche de forme ait été prévue au niveau des terrassements.

Figure 1. 5 : Schéma de la structure type d'une chaussée semi-rigide [1]

 Les chaussées rigides

Les chaussées rigides sont les chaussées pour lesquelles la couche de base est en dalle de béton de ciment ou en béton compacté de 15 à 40 cm d'épaisseur. Dans ce type de chaussée, la couche de roulement constitue à elle seule la couche de base et la couche de surface d‟une structure souple ou semi-rigide. La dalle de béton repose soit sur une couche de fondation (en matériaux traités aux liants hydrauliques ou en béton maigre) lorsque le sol support est peu résistant, soit sur une couche drainante en grave non traitée, soit sur une couche d'enrobé reposant elle-même sur une couche de forme traitée aux liants hydrauliques.

Contrairement aux structures précédentes, les charges transmises connaissent une grande diffusion dans le plan horizontal à cause de la rigidité de la dalle en béton. La conséquence de cet état de chose, est que les contraintes verticales se trouvent considérablement réduites dans les couches sous-jacentes.

Figure 1. 6 : Schéma de la structure type d'une chaussée rigide [1]

1.3.3. Les chaussées mixtes

Ces structures comportent une couche de roulement et une couche de base en matériaux bitumineux (épaisseur de la base : 10 à 20 cm) sur une couche de fondation en matériaux traités aux liants hydrauliques (20 à 40 cm). Les structures qualifiées de mixtes sont telles que le rapport de l'épaisseur de matériaux bitumineux à l'épaisseur totale de chaussée soit de l'ordre de 1/2. Chaque couche assure une fonction bien déterminée:

Chaussées semi-rigides

1. Couche de surface en matériaux bitumineux 2. Couche de base traitée au liant hydraulique 3. Couche de fondation traitée ou non

4. Plate-forme support

Chaussées rigides

1. Revêtement bitumineux mince (éventuellement) 2. Couche de base en béton de ciment

3. Couche de fondation en béton maigre 4. Plate-forme support

 La couche de fondation traitée aux liants hydrauliques diffuse et atténue les efforts transmis au sol support.

 Les couches bitumineuses ralentissent la remontée des fissures transversales de la couche sous-jacente et réduisent les contraintes de flexion à la base de la structure tout en assurant les qualités d'uni et de continuité.

L'adhérence entre les couches bitumineuses et les couches traitées aux liants hydrauliques est le point faible de la structure. Elle peut être rompue par suite de dilatation différentielle entre les deux couches et de l'action du trafic, entraînant alors une forte augmentation des contraintes de traction à la base de la couche bitumineuse, qui peut ainsi périr par fatigue.

Figure 1. 7 : Schéma de la structure type d'une chaussée mixte [1]

1.3.4. Les chaussées à structure inverse

Ces structures sont formées de couches bitumineuses, d'une quinzaine de centimètres d'épaisseur totale, sur une couche en grave non traitée (d'environ 12 cm) reposant elle-même sur une couche de fondation en matériaux traités aux liants hydrauliques. L'épaisseur totale atteint 60 à 80 cm.

Figure 1. 8 : Schéma de la structure type d'une chaussée inverse [1]

1.3.5. Les chaussées bitumineuses épaisses

Ces structures se composent d'une couche de roulement bitumineuse sur un corps de chaussée en matériaux traités aux liants hydrocarbonés, fait d'une ou deux couches (base et fondation). L'épaisseur des couches d'assise est le plus souvent comprise entre 15 et 40 cm. Le fonctionnement des chaussées épaisses est d'autant plus différent de celui des chaussées

souples que l'assise est épaisse. La souplesse et la résistance en traction des couches d'assise en matériaux bitumineux permettent de diffuser en les atténuant fortement les contraintes verticales transmises au sol.

Figure 1. 9 : Schéma de la structure type d'une chaussée bitumineuse épaisse [1]

1.3.6. Les chaussées à assise traitée aux liants hydrauliques

Ces structures sont qualifiées couramment de “semi-rigides”. Elles comportent une couche de surface bitumineuse sur une assise en matériaux traités aux liants hydrauliques disposés en une ou deux couches (base et fondation) dont l‟épaisseur totale est de l‟ordre de 20 à 50 cm.

Figure 1.10 : Schéma des chaussées à assise traitée aux liants hydrauliques [1]

1.3.7. Les chaussées en béton de ciment

Ces structures comportent une couche de béton de ciment de 15 à 40 cm d‟épaisseur qui sert de couche de roulement éventuellement recouverte d‟une couche mince en matériaux bitumineux. La couche de béton repose soit sur une couche de fondation (en matériaux traités aux liants hydrauliques ou en béton de ciment), soit sur une couche drainante en grave non traitée, soit sur une couche d‟enrobé reposant elle-même sur une couche de forme traitée aux liants hydrauliques. La dalle de béton peut être continue avec un renforcement longitudinal (“béton armé continu”), ou discontinue avec ou sans élément de liaison aux joints. Ci-dessous nous présentons les structures de chaussée en béton de ciment (cf. figures 1.11 à 1.15)

Figure 1.11 : Schéma des structures en dalles non goujonnées avec fondation [1]

Figure 10.12 : Schéma des structures en dalles goujonnées avec fondation [1]

Figure 1.13 : Schéma des structures en dalles sans fondation [1]

Figure 1.14 : Schéma des structures en béton armé continu (1) [1]

Figure 1.15 : Schéma des structures en béton armé continu (2) [1]

1.4. Mécanisme de transmission des charges dans les chaussées 1.4.1. Les chaussées souples

Dans le cas des chaussées souples, la charge exercée sur la couche de surface est entièrement transmise au sol support de façon non uniforme. Etant donné que la couverture bitumineuse est relativement mince, les efforts verticaux dus au trafic sont transmis au support avec une faible diffusion latérale. La sollicitation exercée est la compression simple.

Les chaussées souples ne pouvant mobiliser que de faibles efforts assimilables à une flexion, l‟étalement des efforts verticaux sur le sol support est modéré. Elles distribuent les efforts de surface à travers les couches sous-jacentes de manière à ce que l'effort sur la plate-forme soit compatible avec la résistance de l'infrastructure et du sol. Le critère principal de dimensionnement d‟une chaussée souple réside donc dans la limitation de la sollicitation du sol support de manière à éviter sa plastification qui se traduirait en surface par d‟importantes déformations de la chaussée.

Le principe de distribution des contraintes dans les chaussées souples est représenté ci- dessous :

Figure 1. 16 : Schéma illustrant la distribution de charge dans une structure souple

1.4.2. Les chaussées rigidifiées

Contrairement aux chaussées souples, dans les chaussées rigidifiées, la charge exercée en surface est faiblement transmise au sol support de façon uniforme. Ceci s‟explique par le fait qu‟une grande partie de l‟effort exercé sur la couche de surface, est dissipée à l‟intérieur de la dalle de béton ou des graves traités. Ces matériaux présentant une forte rigidité, peuvent mobiliser des efforts notables de traction par flexion. On observe donc un important

étalement, une diffusion homogène des efforts au niveau du sol support ; ce dernier n‟étant que peu sollicité. L‟effort préjudiciable dans ce type de chaussée est l‟effort de traction par

flexion. C‟est pourquoi, le principal critère de dimensionnement d‟une chaussée rigidifiée réside dans la limitation des efforts de traction par flexion des matériaux sous l‟effet de la répétition des charges. La figure suivante explique la distribution des charges dans ce genre de structure.

Figure 1. 17 : Schéma illustrant la distribution de charge dans une structure rigidifiée

1.5. Les facteurs influençant le comportement des chaussées

Les facteurs mis en cause ici sont les facteurs extérieurs à la chaussée en occurrence le trafic et le climat.

1.5.1. Le trafic

En ce rapportant aux rubriques consacrées au comportement mécanique des chaussées, on se rend compte à l‟évidence que, le trafic est l‟un des paramètres qui détermine fondamentalement la tenue d‟une chaussée. Il nous renseigne notamment sur la résistance de la chaussée et du sol support lorsque par exemple la classe du trafic pour laquelle la chaussée a été dimensionnée est dépassée. Lorsque cette classe de trafic est dépassée, on assiste à l‟apparition de certaines dégradations. Par ailleurs, le paramètre d'entrée pour l'analyse mécanique du comportement en fatigue de la structure de chaussée, reste le trafic. C‟est la

raison pour laquelle les méthodes de dimensionnement intègrent dans leurs hypothèses le trafic afin de tenir compte de son influence sur la chaussée. C‟est à dire toute l‟importance que ce paramètre revêt dans le dimensionnement des chaussées. En effet, L‟effet des surcharges sur les structures de chaussées est mis en évidence par un coefficient appelé coefficient d‟agressivité. La notion d'agressivité se rapporte aux dommages que créent les véhicules à la surface de la chaussée. Il est apprécié à l'aide d'un coefficient appelé coefficient d'agressivité qui est obtenu par la formule suivante :

P 13

A p

A 13

 

  

 

Où :

AP = agressivité d'un essieu de charge P tonnes ; A13 = agressivité de l'essieu standard de 13 tonnes ; P = charge d'un essieu de poids P tonnes ;

= coefficient dépendant du type de chaussée :

 = 4 ; pour chaussées souples

 = 8 ; pour chaussées semi-rigides

 = 12 ; pour chaussées rigides

Le coefficient d‟agressivité pour un essieu standard estA₁₃ 1. Lorsque la charge va à 18tonnes on obtient :

 Pour une chaussée souple,A₁₈ 3,68

 Pour une chaussée semi-rigide,A₁₈ 13,51

 Pour une chaussée rigide,A₁₈ 49,65

Ainsi donc une surcharge de 5tonnes peut accroître l‟agressivité de 4 fois pour une chaussée souple, de 14 fois pour une chaussée semi-rigide et de 50 fois pour une chaussée rigide.

Sur les axes routiers, ce sont les postes de pesage qui ont pour mission de contrôler les poids des véhicules et de veiller au respect des normes.

Le trafic poids lourds à considérer durant la période de service de la route est obtenu par la formule :

Où :

NES = nombre équivalent d'essieu standard ;

t= JMA (en poids lourds) à l'année de mise en service ; A : Cœff. d'agressivité moyen ;

n = durée de service en nombre d'années C : facteur de cumul obtenu par la formule :

Où :

i = taux géométrique de croissance du trafic (i varie de 0 % à 10 %) ; n = période de service de la route (5, 10, 15 ou 20 ans).

Remarque : Dans la détermination de t(JMA), on tient compte de la géométrie de la chaussée à l'aide d'un coefficient de répartition transversale (a).

a = 0.5 (largeur >=6m)

a = 0.75 (largeur comprise entre 5 et 6m) a = 1 (largeur de chaussée <= 5m)

Dans les pays anglophones, l'essieu standard est de 8,2 t. Déterminons la correspondance avec l'essieu de référence français de 13 t.

d'où : NES13 = 6,3 NES8.2

1.5.2. Le climat

Les conditions climatiques sont l‟autre facteur qui influe considérablement et ceci dans certaines conditions, sur le comportement des chaussées. Ces conditions sont relatives à l‟inexistence ou au mauvais fonctionnement du système d‟assainissement et à un défaut de mise en œuvre. En effet, lorsque le réseau d‟assainissement est inexistant ou défectueux, ajouté à un défaut de mise en œuvre, l‟eau s‟infiltre très facilement dans la structure de la chaussée et occasionne plusieurs dégâts. Ainsi, les conditions hydrologiques en liaison avec le profil géométrique (déblai, remblai) et les dispositions de drainage ont une incidence importante sur l'état hydrique de la plate-forme support, modifiant du coup son comportement. Aussi, l‟intensité et la durée de l‟ensoleillement ont une influence sur la résistance, la durabilité et les caractéristiques de déformabilité des chaussées, donc sur leur comportement. Les cycles de température permettent de déterminer, les températures caractéristiques pour l'étude du comportement en fatigue et la résistance à l'orniérage des matériaux bitumineux, et également les sollicitations subies par les dalles des chaussées en béton de ciment.

1.5.3. L’assainissement

Les eaux d‟infiltration affectent sérieusement les chaussées en aggravant le niveau de dégradations. L‟eau augmente la pression interstitielle, diminue le frottement des particules et aboutit à la réduction de la portance des structures. Il faut donc prendre très au sérieux ce risque en aménageant les chaussées de manière à évacuer les eaux de surfaces.

On distingue deux catégories d‟ouvrages d‟assainissement : les ouvrages transversaux et les ouvrages longitudinaux.

1.5.3.1. Ouvrages transversaux

On appelle ouvrage hydraulique routier transversal, toute construction dans un remblai pour permettre à l‟eau de passer d‟un côté à l‟autre de la route.

Dans le cas des pistes rurales, on distinguera les ponts submersibles, les dalots, les buses, les radiers. Pour les routes revêtues on distingue les ponts, les dalots, les buses.

1.5.3.2. Ouvrages longitudinaux

On appelle ouvrage hydraulique routier longitudinal, toute construction qui évacue l‟eau le long de la route.

Dans le cas des pistes rurales, on distinguera les fossés aménagés ou non qui permettent d‟évacuer l‟eau vers les ouvrages en vue d‟assainir la piste. Pour les routes revêtues on a les caniveaux et collecteurs.

1.6. Les méthodes de dimensionnement d’une structure de chaussée Le dimensionnement routier consiste :

- à évaluer le niveau de sollicitation de la chaussée et

- à déterminer les épaisseurs à donner aux différentes couches afin de réduire les contraintes et déformations à des valeurs admissibles pour un trafic donné.

Il consiste en la mise en œuvre d‟un système qui, à partir des paramètres d‟entrée (trafic, type de structure et de plate forme) fournit les paramètres de sortie (épaisseurs) recherchés.

Les méthodes de dimensionnement des chaussées souples revêtues sont classées en deux grands groupes :

1.6.1. Les méthodes théoriques

Les méthodes théoriques assimilent la chaussée à un système multicouche soumis à des contraintes statiques et variables. Elles sont basées sur la comparaison des contraintes engendrées par le trafic à différents niveaux avec les performances probables des matériaux constituant la chaussée.

On peut citer :

 le modèle bicouche de Hogg (1938);

 le modèle de Burmister, (1943);

 le modèle de Jeuffroy et Bachelez ;

Avec le progrès des ordinateurs, il y a eu la mise sur point de logiciels notamment:

 Écoroute

Diffusé par l‟École Nationale des Ponts et Chaussées, Ecoroute est un logiciel qui permet de traiter complètement le problème d‟un multicouche, dans différentes conditions de collage ou de glissement des couches les unes sur les autres.

 Ken-Layer

Développé par l‟université du Kentucky, il permet de déterminer les déplacements, contraintes et déformations au sein d‟une chaussée constituée de trois couches ayant chacune leurs propres caractéristiques.

1.6.2. Les méthodes semi-empiriques

Elles sont les plus utilisées et se basent sur les résultats d‟études théoriques tout en utilisant les résultats expérimentaux découlant des observations directes sur les chaussées, nous avons entre autre :

 La méthode Alize

C‟est une méthode de dimensionnement mécanique des structures de chaussées courantes ou complexes développée par le Laboratoire Central des Ponts et Chaussées (LCPC). Diffusé depuis 1991, le logiciel ALIZE-LCPC Routes est basée sur cette méthode et permet de déterminer les déformations et les contraintes à divers niveaux de la structure de la chaussée.

A l‟heure actuelle, tous les bureaux d‟études et les organismes gérant la construction routière utilisent essentiellement des logiciels notamment (Alize et Ecoroute) pour le dimensionnement routier.

 La méthode du CBR

La méthode CBR est une ancienne méthode conçue par Porter en 1938 et qui permet de calculer l‟épaisseur minimale de la chaussée pour empêcher sa rupture. Elle utilise la formule de Peletier suivante :

5 150 100



  I e P

P : Poids de la roue en tonnes correspondant à un trafic moyen de 100 000 T/ml/an.

I : indice portant CBR en %.

e : épaisseur en cm de la couche au dessus de la couche considérée.

Exemple :

Soit à réaliser une chaussée sur une couche de forme compactée de CBR 8 ; Déterminer par la méthode du CBR le dimensionnement de la chaussée correspondante pour une charge par roue de 6 tonnes sachant que le CBR du matériau utilisé pour la couche de fondation est de 30 et celui du matériau utilisé pour la couche de base est de 80.

Au dessus de la couche de forme, e = = 35,95 cm Au dessus de la couche de fondation, e = = 13,35 cm Au dessus de la couche de base, e = = 5,50 cm.

On en déduit que : = 5,50 cm ; = 13,35 – 5,5 = 7,85 cm ; =22,6 cm

 La méthode TRRL (Transport and Road Research Laboratory)

Cette méthode suppose que l‟effet de répétition des charges sur l‟épaisseur obéit à une loi logarithmique et néglige l‟effet des véhicules d‟un poids inférieur à 3 tonnes.

Elle utilise l‟indice CBR et l‟abaque de l‟USACE (US Army Corps of Engineering). Dans le but de fixer la profondeur maximale des ornières à 2 cm, elle fixe une valeur minimale x des épaisseurs cumulées de la couche de surface et de la couche de base : ≥ x. Seule l‟épaisseur de la couche de fondation varie avec le CBR du sol de plate forme.

 La méthode du CEBTP (Centre Expérimental de Recherches et d‟Etudes des Bâtiments et Travaux Publics).

Les méthodes mentionnées ci dessus ont été conçues pour s‟appliquer plus particulièrement aux chaussées des pays industriellement développés sous climat tempéré.

Par contre, la méthode du CEBTP est une méthode conçue pour tenir compte des réalités climatiques des pays tropicaux mais aussi de l‟économie, du trafic, des disponibilités en matériaux, des techniques de mise en œuvre et des moyens d‟entretien de ces pays.

Basée sur deux principes, elle comporte un ensemble de directives et de recommandations techniques sur la procédure à suivre pour l‟étude du dimensionnement des chaussées bitumées dans ces pays. La méthode permet de déterminer d‟une part en fonction du trafic et de la portance de la couche de forme, les épaisseurs totales requises en couches de fondation, de base et de surface.

Dans un but pratique, des classes de portance du sol de plate-forme ont été définies en fonction des valeurs du CBR

Tableau 1.1 : Classes de portance du sol de plate-forme

Cinq classes de trafic (fréquence des voitures sur une chaussée ici dans les deux sens) sont définies en se basant sur le nombre de poids lourds circulant pendant une durée de vie probable de l‟ordre de 10 à 12 ans. Le poids lourd étant un véhicule ayant un poids total en charge supérieur à 3 tonnes. Si le pourcentage d‟essieux de plus de 13 tonnes dépasse 10%, il convient d‟adopter la classe immédiatement supérieure).

Tableau 1.2: Classes de trafic

Classes du Trafic Nombre cumulé de poids lourds

T₁ 10⁵ à 5.10⁵

T2 5.10⁵ à 1,5.10⁶

T3 1,5.10⁶ à 4.10⁶

T4 4.10⁵ à 10⁷

T5 10⁷ à 2.10⁷

Le tableau suivant donne, en fonction du trafic et de la portance du sol de plate-forme les épaisseurs totales requises en couches de fondation, de base et de surface.

Classe de portance

CBR ‹ 5 S0

5 ≤ CBR ‹ 10 S1

10 ≤ CBR ‹ 15 S2

15 ≤ CBR ‹ 30 S₃

30≤ CBR ‹ 80 S₄

80≤ CBR S5

Tableau 1.3: Epaisseur des différentes couches en fonction du CBR et de la classe du trafic.

T1 T₂ T₃ T₄

CF CB CF CB CF CB CF CB

Classe de portance de la plate -

forme

S₁ 20 15 25 15 25 20 30 20

S2 15 15 20 15 20 20 25 20

S3 10 15 15 15 15 20 20 20

S4 0 15 0 15 0 20 0 20

S5 0 0 0 0 0 0 0 0

Revêtement Type 1

2 cm

Type 2 3 cm

Type 3 4 cm

Type 4 5 cm

1.7. Les étapes d’évolution des chaussées

Sous l‟action de sollicitations diverses, les chaussées subissent généralement les trois phases classiques de vieillissement qui sont : la phase élastique, la phase plastique, la phase de rupture. Chacune de ces phases permet d‟identifier à première vue le comportement de la chaussée et les différents signes de fatigue ou de désordres constatables.

En effet, les sollicitations créent un désordre entre les granulats des différentes couches de manière à ce que ceux-ci perdent leur cohésion initiale et ne jouent plus efficacement leur rôle de transmetteur de charges à la fondation. De même, cette perte de cohésion entraîne une déformabilité de la chaussée qui se traduit par des désordres importants pouvant conduire celle-ci jusqu‟à la rupture localisée ou généralisée. La courbe A résume le processus de vieillissement des chaussées.

L‟indication d‟une zone de rupture implique l‟existence d‟une déflexion critique qui marque la frontière entre la fin de la phase plastique durant laquelle un renforcement est encore possible et la phase de rupture où il ne peut s‟agir que de reconstruction. Il arrive cependant que la chaussée soit dès l‟origine sous dimensionnée. La phase élastique peut être ainsi réduite, voire complètement inexistante, et la chaussée, si elle est constituée de

matériaux de bonne qualité se trouvera d‟emblée à la limite de la phase plastique. Là le renforcement reste encore possible et doit être exécuté sans aucun retard (courbe B).

Enfin lorsque la chaussée est réalisée avec des matériaux de mauvaise qualité, elle se retrouve très rapidement en phase de rupture et devient à court terme impraticable. (Courbe

Figure 1. 18 : Courbe d'évolution des chaussées

 Phase élastique

Après une période initiale de recompactage qui entraîne une légère diminution des déflexions, ces dernières restent constantes. Les déformations permanentes sont pratiquement nulles, et l‟état de surface reste satisfaisant (puisque l‟imperméabilité est encore existante), sauf défauts imputables au revêtement. La déflexion restant pratiquement constante durant la phase élastique, il n‟est d‟ailleurs pas possible d‟établir une corrélation entre sa valeur actuelle et le trafic antérieurement supporté par la chaussée.

 Phase plastique

Après un certain nombre de passages d‟essieux, la chaussée commence par manifester des signes de fatigue sous forme d‟un réseau maillé de légères fissurations de revêtement (peau de crocodile ou faïençage) et de l‟apparition de faibles déformations permanentes.

Simultanément, les déflexions commencent par augmenter avec le temps de manière sensible ; la chaussée entre alors en phase plastique et connait dans cette phase une évolution rapide. Les fissures et les déformations irréversibles deviennent de plus en plus importantes.

Des ornières profondes apparaissent, accompagnées de ruptures de revêtement et d‟une perte totale d‟imperméabilité et de surcroît de portance.

 Phase de rupture

Les déflexions augmentent rapidement avec le temps et l‟on assiste à la ruine complète de la chaussée à brèves échéances. La chaussée ayant perdu toutes ses qualités initiales est désormais très défaillante et une réhabilitation s‟impose.

Le vieillissement des chaussées se manifeste par la perte de portance de la structure qui se traduit par des pathologies enregistrées sur la surface ou dans le corps de ces chaussées.

Alors, la maîtrise de l‟évolution des structures de routes revêtues sera nécessaire à la compréhension des pathologies des chaussées que constituent les dégradations.

1.8. Les matériaux routiers

1.8.1. Les matériaux utilisés en couches de chaussées

Il existe différentes sortes de matériaux granulaires utilisés en couches de chaussées. Les plus utilisés, tels que répertoriés par le CETRA [2] sont :

 les graveleux latéritiques naturels ;

 les graveleux latéritiques améliorés au ciment ou à la chaux ;

 les concassés ;

 les graves naturels ;

 les sables argileux ;

 les sables argileux améliorés au ciment ou à la chaux ;

 les scories volcaniques ou pouzzolanes ;

 les matériaux coquilliers naturels ou améliorés ;

 les matériaux coralliens naturels ou améliorés.

Le CEBTP a regroupé dans un tableau des matériaux de couches d'assises de chaussées en fonction du type de trafic.

Tableau 1-4 : matériaux de couches d’assise

Trafic Couche de fondation Couche de base

T1

Graveleux latéritiques Graves naturels ou améliorés Sable argileux améliorés in-situ

granulométriquement

Sable améliorés au ciment ou au bitume

Graves sableuse Tout-venant de concassage 0/40

Tout-venant de concassage 0/60

T2

Graveleux latéritiques (améliorées au besoin)

Graveleux latéritiques de très bonne qualité (améliorées au besoin)

Sol traité au bitume Sol bitume (mélangé en centrale).

Sol traité à la chaux ou au ciment Sol traité à la chaux ou au ciment.

Tout-venant de concassage 0/60 Tout-venant de concassage 0/40

T3

Graveleux latéritiques de très bonne qualité (améliorées au besoin)

Graveleux latéritiques d'excellente qualité (préférablement améliorées)

Sol bitume (mélangé en centrale) Sol fins (mélangé en centrale) Sol traité à la chaux ou au ciment Tout-venant de concassage 0/40 Tout-venant de concassage 0/40