Dimensionnement de structure de chaussée : application à la voirie secondaire Carrefour Tokan – Carrefour SATELLITE dans le cadre du Projet Asphaltage dans la commune d’Abomey - Calavi.

(1)

MINISTERE DE L’ENSEIGNEMENT SUPERIEUR ET DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE

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UNIVERSITE D’ABOMEY-CALAVI

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ECOLE POLYTECHNIQUE D’ABOMEY-CALAVI

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DEPARTEMENT DE GENIE CIVIL

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OPTION : Bâtiments et Travaux Publics

MEMOIRE DE FIN DE FORMATION

Pour l’obtention du diplôme d’Ingénieur de Conception THEME

Dimensionnement de structure de chaussée : application à la voirie secondaire Carrefour Tokan – Carrefour SATELLITE

dans le cadre du Projet Asphaltage dans la commune d’Abomey - Calavi.

Présenté et soutenu publiquement le 22 Février 2019 par :

A. Josky KOMAGBE DJIFFA

Devant le Jury composé de :

Président : Pr GBAGUIDI Gérard, Enseignement à l’EPAC/UAC Membres : 1°) Pr GIBIGAYE Mohamed, Maitre de mémoire

2°) Ing ADJIBOICHA Moudachirou, Collaborateur de l’EPAC 3°) Dr BACHAROU Taofic, Enseignement à l’EPAC/UAC

Année Académique 2017 – 2018

(2)

Carrefour SATELLITE dans le cadre du Projet Asphaltage dans la commune d’Abomey - Calavi.

SOMMAIRE

SOMMAIRE ... i

DEDICACES ... iv

REMERCIEMENT ... v

LISTE DES SIGLES ET ABREVIATIONS ... ix

LISTE DES FIGURES ... xii

LISTE DES PHOTOS ... xiii

LISTE DES TABLEAUX ... xiv

LISTE DES ANNEXES ... xvi

RESUME ... xvii

ABSTRACT ... xviii

INTRODUCTION ... xviii

PREMIERE PARTIE : GENERALITES - SYNTHESE BIBLIOGRAPHIQUE ... 5

CHAPITRE 01 : COMPORTEMENT MECANIQUE DES STRUCTURES DE REVETUES ... 6

1-1 Les différentes couches de chaussée revêtue ... 6

1-2 Les différents types de structures des routes revêtues ... 8

1-3 Mode de fonctionnement des structures de chaussée ... 11

1-4 Les différentes étapes d’évolution des chaussées ... 14

CHAPITRE 02 : LES METHODES DE DIMENSIONNEMENT DES CHAUSSEES ... 18

2-1 Les méthodes empiriques ... 18

2-2 Les Méthodes rationnelles ... 21

2-3 Les catalogues de structures types ... 21

CHAPITRE 03 : LES PARAMETRES DE DIMENSIONNEMENT DES CHAUSSEES ... 23

3-1 Le trafic ... 23

3-2 Les matériaux routiers ... 23

DEUXIEME PARTIE : PRESENTATION DU PROJET ET DONNEES SUR L’ETUDES DU GRAVELEUX LATERITIQUES ... 29

CHAPITRE 04 : PRESENTATION DU PROJET………......32

4-1 Généralités ... 30

4-2 DESCRIPTION DE L’ETAT ACTUEL DES RUES ... 34

4-3 Description de l’itinéraire en étude ... 35

4-4 Caractéristiques de la route ... 35

CHAPITRE 05 : ESSAIS D’IDENTIFICATION SUR LE GRAVELEUX LATERITIQUE NATUREL, ANALYSE ET INTERPRETATION DES RESULTATS ... 39

(3)

5-1 L’analyse granulométrique ... 39

5-2 La détermination des matières organiques ... 43

5-3 Les limites d’Atterberg ... 44

5-4 L’essai Proctor Modifié ... 46

5-5 L’essai CBR ... 47

CHAPITRE 06 : ESSAIS D'IDENTIFICATION SUR LE GRAVEULEUX LATERITIQUE AMELIORE AU CIMENT, ANALYSE ET INTERPRETATION DES RESULTATS…………...^.…..52

6-1 Identification sur le graveleux latéritique amélioré au ciment ... 52

6-2 Interprétation des résultats ... 54

TROIXIEME PARTIE : ETUDES DU DIMENSIONNEMENT DE LA STRUCTURE DE CHAUSSEE ET ANALYSE DES RESULTATS ... 58

CHAPITRE 07 : ETUDE DU TRAFIC……… 63

7-1 Généralités ... 59

7-2 Trafic actuel ... 60

7-3 Vérification de la largeur de la chaussée ... 74

CHAPITRE 08 : MODELISATION, DIMENSIONNEMENT ET SIMULATION DE LA STRUCTURE DE CHAUSSEE. ... 80

8-1 Modélisation et dimensionnement de la chaussée ... 80

8-2 Vérification par le logiciel Alizé Recherche du LCPC ... 102

QUATRIEME PARTIE : ETUDE D’ESTIMATION DU COUT DES STRUCTURES DE CHAUSSEE OTENUE ... 114

CONCLUSION GENERALE ... 126

REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES ... 128

ANNEXE ... 129

Table des matières ... 163

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A Dieu le Père Tout Puissant, A toi Dieu trois fois saint, Toi le Maître de l’Univers, l’Alpha et l’Omega, l’Eternel des armées, JESUS- CHRIST, toute la gloire te revient. Merci Seigneur pour tes œuvres dans ma vie, merci pour ton assistance et pour toutes les bénédictions insondables dont tu m’as comblé tout au long de mon cursus. Gloire à toi qui a cheminé avec moi jusqu’à l’aboutissement de ce travail. Louange et adoration à toi, la plénitude de bonté.

(5)

DEDICACES

☺ A ma mère Monondé Félicité GBAGOU DANSOU, qui m’a enseigné le sens du devoir depuis mon enfance, qui n’a jamais baissé les bras devant l’adversité afin de m’assurer une bonne éducation et un bon cadre de vie. Quoi que je fasse, je ne pourrais jamais vous récompenser pour les grands sacrifices que vous avez faits et continuer de faire pour moi. C’est vrai que je n’ai pas toujours été un enfant facile et obéissant, mais je sais à présent que ce sont vos conseils qui ont fait de moi, l’homme que je suis devenu. Maman, vous êtes pour moi, un modèle de dévotion, de bonté, de sacrifice et de toutes ces valeurs que vous m’aviez inculqué. En cette œuvre, voyez la certitude que vos sacrifices n’ont pas été vains. Que Dieu vous accorde une longue vie, vous combler de ses bénédictions, de sa grâce à jamais afin que vous jouissiez pleinement du fruit de vos efforts. Recevez ici ma profonde gratitude pour toutes ces années de bonheur.

☺ A Monsieur Etienne TOGNIGBAN, mon Papa actuel Maire de la commune de DJAKOTOMEY, pour l’attention particulière que vous m’aviez porté en ayant l’aimabilité d’être attentif à mes difficultés et problèmes de n’importe quels ordres au cours de mon cursus. Recevez au côté de ma très chère mère ma profonde gratitude pour toutes ces années de bonheur.

(6)

REMERCIEMENT

Dire « Merci » reste 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 à tous ceux qui ont contribué d’une manière ou d’une autre à l’aboutissement de ce travail.

Une note particulière de gratitude revient à mon maitre mémoire le Docteur, Maitre de Conférences CAMES, Mohamed GIBIGAYE et son assistant Dr Crespin Prudence YABI mon Co-encadreur dont les sages conseils et les orientations ont enrichi et éclairé ce travail. Je tiens à dire un grand merci :

– Au Professeur Félicien AVLESSI, ex-Directeur de l’EPAC, actuel Vice-Recteur de l’Université d’Abomey-Calavi pour m’avoir accepté dans son école et d’avoir eu la gentillesse de m’accorder une exonération au cours de mon cursus

– Au Professeur Guy Alain ALITONOU, Directeur de l’Ecole Polytechnique d’Abomey-Calavi, pour le cadre et les moyens mobilisés pour notre formation ; – Au Professeur François Xavier FIFATIN, Directeur adjoint de l’Ecole Polytechnique d’Abomey-Calavi ;

– Au Docteur Gossou Jean HOUINOU, Chef du Département de Génie Civil à l’Ecole Polytechnique d’Abomey-Calavi, pour vos apports, conseils et soutiens, merci Pépé ;

– Au Docteur Agathe HOUINOU, pour vos apports, conseils, et le rôle de maman dont vous aviez fait preuve et vos soutiens sans oublier vos nombreuses prières que le bon DIEU a exaucé ;

– Au Docteur Ing Valery DOKO, toutes mes reconnaissances pour vos apports, conseils et soutiens ;

– Au Docteur Ing Agapi HOUANOU, toutes mes reconnaissances pour vos apports, conseils et soutiens ;

(7)

– A Madame Julienne ZANNOU, Secrétaire Particulière du Département du Génie Civil /EPAC, toutes mes reconnaissances pour le sacrifice consentis à notre égard ;

– A Monsieur olivier TCHEDE, Responsable du Laboratoire Génie Civil /EPAC, merci pour ton soutien indéfectible ;

– A Madame Philomène FAGNON GAUTHE, Secrétaire Particulière du Directeur de l’EPAC, toutes mes reconnaissances pour le rôle de maman dont vous aviez fait preuve et vos soutiens sans oublier vos nombreuses prières que le bon DIEU a exaucé

;

– A Monsieur Stanislas MIGAN et son épouse, pour l’attention particulière qu’ils m’ont portés en ayant l’aimabilité d’être attentifs à mes difficultés et problèmes de n’importe quels ordres au cours de mon cursus ;

– A l’ambassadeur Moïse KEREKOU, Président du Mouvement Pour la Relève, pour votre coaching de leader en vers les jeunes du Bénin et particulièrement merci pour m’avoir permis d’être membre de ce mouvement. « Courage, Dieu est avec nous ».

– A mon grand frère bien aimé, le Dr YOVO Mahudro Yomaré, pour votre suivie rigoureux depuis ma première année jusqu’en fin de cycle, Dieu vous bénissent.

– A Monsieur Louis KOCOU-GBEWETOUN et Monsieur QUENUM de la société DAGERA que le bon DIEU à utiliser pour m’inscrire à l’EPAC ce mercredi 13 Novembre 2013.

A tout le corps enseignant du département de Génie civil de l’Ecole Polytechnique d’Abomey-Calavi pour leurs dévouements et la qualité de leur enseignement. Je veux citer :

 Professeur Edmond ADJOVI, Professeur Titulaire des Universités;

(8)

 Professeur Aïssè Gérard GBAGUIDI, Maître de Conférences des Universités et son assistant Ingénieur BOCOVO Mariano ;

 Professeur Victor GBAGUIDI, Maître de Conférences des Universités,

 Professeur François de Paule CODO, Maître de Conférences des Universités ;

 Professeur Martin AÏNA, Maître de Conférences des Universités ;

 Professeur Adolphe TCHEHOUALI, Maître de Conférences des Universités ;

 Professeur Ezéchiel ALLOBA, Maître de Conférences des Universités, Spécialiste de routes ;

 Docteur Crépin ZEVOUNOU, Maître Assistant des Universités ;

 Docteur Mathias SAVY, Maître Assistant des Universités ;

 Docteur Léopold DEGBEGNON, Maître Assistant des Universités;

 Docteur Agathe HOUINOU, Enseignante à l’EPAC ;

 Docteur Codjo Luc ZINSOU, Enseignant à l’EPAC ;

 Docteur Taofic BACHAROU, Maître Assistant des Universités ;

 Docteur Epiphane T. S. WANKPO, Enseignant à l’EPAC ;

 Docteur Architecte Noël DIOGO, Enseignant à l’EPAC ;

 Docteur Gédéon CHAFFA, Enseignant à l’EPAC ;

 Doctorant Damien SEWANOUDE, Enseignant à l’EPAC.

Je pense enfin en disant également un grand merci :

 A toute l’Equipe de Recherche du Professeur Mohamed GIBIGAYE à savoir messieurs et madame les Docteurs, Doctorants et Doctorantes

(9)

 Monsieur Rubens ALOUKPE, Ingénieur au Ministère des Infrastructure et du Transports

 A Monsieur Fulbert OUNSOUGLO, Ingénieur de la 10^ème promotion de l’EPAC

 A toute mon équipe de comptage de circulation.

 A toute ma famille en CHRIST, je veux citer particulièrement frère Oscar GBEFFA, frère Lionel KPELISSI, frère Ebénezer KPELISSI, sœur Milène KPELISSI, papa Laurent GBEFFA et son épouse, frère Oncle Rock AHOSSIN, frère Moise, toute l’assemblé du tabernacle de hêvié et son Pasteur

 A mon bureau de la couche estudiantine de l’EPAC la Liste ‘’LA RELEVE’’, dont je suis le Président, preuve que nous n’avions pas besoin d’être né des même parents avant d’être unies pour toujours…Que l’Eternel nous garde autant longtemps que possible

 A Mes frères et sœurs de la famille KOMAGBE DJIFFA ;

 A toute mes Tantes et Oncles de la famille DANSOU GBAGOU, une famille vraiment unie ;

 A mes grands-parents maternels pour le souci d’être leur pierre de rechange d’un valeureux homme sur terre ;

 A Mes frères et sœurs de la famille TOGNIGBAN, ma famille adoptif ;

 A tous mes cousins et cousines ;

 A Mes camardes amis mémorants au bureau d’étude DIC-BTP comme moi : Je veux citer : BOUSSARI Kassir, BANKOLE Emmanuel, SERO Zouroukanéri, YESSOUFOU Ismailou, DJOTINHEKPON Charlotte, DOVONOU Imelda, ASSOGBA Princia et TCHODO Yvette

 A Tous mes amis camarades de la onzième promotion de l’EPAC.

(10)

LISTE DES SIGLES ET ABREVIATIONS

A

AFNOR : Association Française de Normalisation AMO : Assistance au Maitre d’Ouvrage

ACEP : Afrique Conception et Etudes de Projets

B

BB : Béton Bitumineux

C

CEBTP : Centre Expérimental de recherches et d’étude du Bâtiment et des Travaux Publics CNERTP : Centre National d’Essais et de Recherches des Travaux Publics

CBR : Californian Bearing Ratio

CAM : Coefficient d’Agressivité Moyen

D

DGTP : Direction Générale des Travaux Publics DTN : Direction des Travaux Neufs

G

GTR : Guide des Terrassements Routiers GNT : Grave Non Traitée

GB : Grave Bitume

GL : Graveleux Latéritique J

J-C : Jésus-Christ

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L

LCPC : Laboratoire Central des Ponts et Chaussées LH : Liant hydraulique

M

MCVDD : Ministère du Cadre de Vie et du Développement Durable

N

NES : Nombre cumulé d’Essieux Standards NF : Norme Française

O

OPM : Optimum Proctor Modifié

P

PL : Poids Lourds PF : Plateforme

S

SETRA : Service d’Etudes Techniques des Routes et Autoroutes SC : Sol-Ciment

T

TMJ : Trafic Moyen Journalier

TMJA : Trafic Moyen Journalier Annuel

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TRRL: Transport Road Research Laboraty

U

UPL : Unité de Poids Lourds

USCS: Unified Soil Classification System UVP : Unité de Véhicule Particulier UAC : Université d’Abomey-Calavi UEMOA : Union Monétaire Ouest Africaine

V

VL : Véhicules Légers.

(13)

LISTE DES FIGURES

Figure 1.1 : Différentes couches d'une chaussée revêtue[3] ... 8

Figure 1.2: Structure d’une chaussée souple[4] ... 9

Figure 1.3: Structure d’une chaussée semi-rigide [4] ... 10

Figure 1.4: Structure d’une chaussée rigide [4] ... 10

Figure 1.5: Structure d’une chaussée inverse [4] ... 11

Figure 1.6: Distribution des charges dans une couche non liée [4] ... 12

Figure 1.7: Distribution des charges dans une couche liée.[4] ... 13

Figure 1.8 : Evolution des chaussées [5] ... 15

Figure 4.1 : Localisation de la zone du Projet [6] ... 31

Figure 4.2 : Localisation des rues en étude [6] ... 32

Figure 4.3: Profil en travers type [6] ... 38

Figure 5.1 : Courbe d’analyse granulométrique ... 41

Figure 7 : Histogramme de Répartition du trafic par type de véhicule ... 74

Figure 8.1 : Courbe d’évolution de l’agressivité en fonction du taux de surcharge / Axe n°1 ... 90

Figure 8.2 : Courbe d’évolution de l’agressivité en fonction du taux de surcharge / Axe n°2 ... 91

Figure 8.3 : Moteur de calcul Alizé. ... 103

Figure 8.4 : Modèle de calcul multicouche ... 103

Figure 8.5 : Roues jumelées ... 104

(14)

LISTE DES PHOTOS

Photo 8.1 : Chargement des données ... 109

Photo 8.2 : Résultats des contraintes et déformations ... 109

Photo 8.3 : Calcul de l’allongement de traction par flexion sur BB ... 110

Photo 8.4 : Calcul de la contrainte de traction par flexion sur le sol ciment ... 110

Photo 8.5 : Calcul de la déformation verticale sur gnt et sol ... 111

(15)

LISTE DES TABLEAUX

Tableau 2.1 : Classes de portance du sol de plate-forme [4] ... 19

Tableau 2.2: Trafic poids lourds moyen journalier. [4] ... 20

Tableau 2.3: Epaisseur des différentes couches en fonction du CBR et de la classe du trafic. [4] ... 20

Tableau 3.1 : Matériaux de couches d’assise [4]... 24

Tableau 3.2: Matériaux routiers du Bénin répertoriés par le CNERTP [1] ... 28

Tableau 4-1 : Liste des rues secondaire de la ville d’Abomey-Calavi [2] ... 34

Tableau 4.2 : Paramètres fondamentaux des projets routiers ... 36

Tableau 5.1 : Résultats Analyse Granulométrique [7] ... 40

Tableau 5.2 : Fuseaux recommandés pour sols graveleux utilisés en couche de fondation et en couche de base [8] ... 42

Tableau 5.3: Pourcentage maximum de fines tolérable dans le graveleux naturel. [8] ... 43

Tableau 5.4: Valeurs limites de l’indice de plasticité recommandées pour les graveleux naturels [8] ... 45

Tableau 5.5 : Résultats d’essai CBR ... 47

Tableau 5.6: Valeurs nominales du CBR pour les graveleux naturels utilisés en corps de chaussée [8] ... 48

Tableau 5.7 : Identification des matériaux de Zê-Awokpa [7] ... 49

Tableau 5.8: Tableau récapitulatif des critères d’utilisation des graveleux latéritiques naturels [8]50 Tableau 6.1 : Résultats des essais sur le graveleux latéritique amélioré au ciment. [7]... 53

Tableau 6.2 : Récapitulatif de l’essai CBR [7] ... 54

Tableau 6.3: Tableau des indices CBR recommandés [8] ... 54

Tableau 6.4: Tableau des résistances à la compression recommandées pour couche de base ... 56

Tableau 7.1 : Comptage manuel section / Poste de Phcie St PIO / Septembre 2018 / Sens n°1 ... 61

Tableau 7.2 : Comptage manuel section / Poste de Phcie St PIO / Septembre 2018 / Sens n°2 ... 62

Tableau 7.3 : Comptage manuel section / Poste de Phcie St PIO / Septembre 2018 / Sens n°1+2 ... 63

Tableau 7.4 : Comptage manuel section / Postede FECECAM / Septembre 2018 / Sens n° 1... 69

Tableau 7.5 : Comptage manuel section / Poste de FECECAM / Septembre 2018 / Sens n° 2 ... 70

Tableau 7.6 : Comptage manuel section / Poste de FECECAM / Septembre 2018 / Sens n°1+2 ... 71

Tableau 7.7 : Equivalence des véhicules[10] ... 72

Tableau 7.8 : Coefficient multiplicateurs de saisonnalité du trafic[10] ... 73

Tableau 7.9 : Projection du trafic futur en fonction des tableaux 7.7 et 7.8// Axe N°1 ... 77

Tableau 7.10 : Projection du trafic futur en fonction des tableaux 7.7 et 7.8// Axe N°2 ... 78

(16)

Tableau 8.1 : Valeurs des paramètres K et α pour le calcul d'agressivité d'un essieu (structures

neuves, moyens et fort trafic) [5] ... 82

Tableau 8.2 : Comptage manuel / Configuration type / Poste de Phcie St PIO / Septembre 2018 / Sens n°1 ... 82

Tableau 8.3 : Comptage manuel / Configuration type / Poste de Phcie St PIO / Septembre 2018 / Sens n°2 ... 83

Tableau 8.4 : Comptage manuel / Configuration type / Poste de FECECAM / Septembre 2018 / Sens n°1 ... 84

Tableau 8.5 : Comptage manuel / Configuration type / Poste de FECECAM / Septembre 2018 / Sens n°2 ... 85

Tableau 8.6: Tableau de calcul du coefficient d’agressivité moyen Axe n°1 / Sens 1 ... 86

Tableau 8.7 : Tableau de calcul du coefficient d’agressivité moyen Axe n°1 / Sens 2 ... 87

Tableau 8.8 : Tableau de calcul du coefficient d’agressivité moyen Axe n°2 / Sens 1 ... 88

Tableau 8.9 : Tableau de calcul du coefficient d’agressivité moyen axe n°2 / Sens 2 ... 89

Tableau 8.10 : Nombre cumulé d’Essieux Standard de 13 tonnes / Axe n°1 ... 92

Tableau 8.11 : Nombre cumulé d’Essieux Standard de 13 tonnes / Axe n°2 ... 93

Tableau 8.12 : Nombre cumulé d’Essieux Standard de 13 tonnes / Axe n°1/ 15%S ... 95

Tableau 8.13 : Nombre cumulé d’Essieux Standard de 13 tonnes / Axe n°2/ 15%S ... 96

Tableau 8.14 : Nouvelle classe de la plate-forme pour couche de forme [4] ... 98

Tableau 8.15: Détermination de la classe de portance ... 99

Tableau 8.16 : structures proposées par CEBTP/ Axes n°1 et 2 ... 101

Tableau 8.17: Risques de calcul retenus à 20ans pour le catalogue 1977 des chaussées ... 106

Tableau 8.18 : Vérifications des contraintes et déformations ... 112

Tableau A.1 : Avant-métré des travaux de la voirie Carrefour Tokan – Carrefour SATELLITE .... 116

Tableau A.2 : Devis quantitatif et estimatif Carrefour Tokan– Carrefour SATELLITE ... 118

Tableau B.1 : Avant-métré des travaux de la voirie Carrefour Tokan – Carrefour Aitchédji ... 119

Tableau B.2 : Devis quantitatif et estimatif Carrefour Tokan – Carrefour Aitchédji ... 121

Tableau C.1 : Avant-métré des travaux de la voirie Carrefour Aitchédji– Carrefour SATELLITE 122 Tableau C.2 : Devis quantitatif et estimatif Carrefour Aitchédji– Carrefour SATELLITE ... 124

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LISTE DES ANNEXES

ANNEXE 1 : Description de l’itinéraire de la voirie Carrefour Tokan- Carrefour SATELLITE

... 129

ANNEXE 2 : Localisation de la carrière de graveleux de Zè-Awokpa et résultats des essais ... 130

ANNEXE 3 : Quelque fiche de comptage de circulation ... 131

ANNEXE 4 : Coefficients de calcul de la capacité de la chaussée ... 135

ANNEXE 5 : Quelques fiches de comptage des différentes configurations ... 136

ANNEXE 6 : Fiches de calculs du coefficient d’agressivité... 140

ANNEXE 7 : Classification HRB ... 143

ANNEXE 8 : Résultats des essais sur la plate-forme de chaussée ... 143

ANNEXE 9 : Détermination de la classe de plateforme visée ... 145

ANNEXE 10 : Fiches de calcul Alizés de la structure B et C ... 152

ANNEXE 11 : Visite de chantier/ Etat des lieux. ... 154

ANNEXE 11.1 : Axe n°1 Carrefour Tokan- Carrefour Aitchédji ... 154

ANNEXE 11.2 : Axe n°2 Carrefour Aitchédji- Carrefour SATELLITE ... 156

ANNEXE 11.3 : Quelques vues de Poids Lourds circulant sur le tronçon ... 160

ANNEXE 12 : INDICATIONS POUR SE RENDRE SUR LA VOIRIE CARREFOUR TOKAN – CARREFOUR SATTELITE (EN QUITTANT L’UNIVERSITE D’ABOMEY-CALAVI). ... 162

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RESUME

Cette étude vise le dimensionnement d’une structure de route, adéquate au trafic d’une voirie secondaire dans le cadre du « Projet Asphaltage » dans la ville d’Abomey- Calavi. La voie objet du présent travail est celle reliant le carrefour Tokan au carrefour SATELLITE. Ce travail a consisté à proposer pour la voirie secondaire Carrefour Tokan-Carrefour SATELLITE une structure de chaussée qui soit en adéquation avec les spécificités du milieu et du trafic. Cette étude est conduite en suivant une méthodologie bien définie. Celle-ci a consisté à faire une recherche bibliographique sur les structures de chaussées, leur comportement mécanique et sur les méthodes et paramètres de dimensionnement des chaussées revêtues. A l’issue de cette revue, la méthodologie d’aménagement et de définition de la largeur des voies est présentée. Deux méthodes sont retenues pour ce dimensionnement, la méthode des catalogues du CEBTP et celle du logiciel ALIZE-LCPC basée sur le modèle de Burmister. Pour ces deux approches l’agressivité est évaluée en utilisant le règlement 14 de l’UEMOA, d’une part, et d’autre part en prenant un taux de surcharge de 15%

par essieu. Les résultats sont comparés pour les différentes approches. Par ailleurs, les investigations géotechniques nécessaires au dimensionnement de la chaussée ont été présentées. Ainsi suivant cette méthodologie, en ce qui concerne la conception géométrique la largeur de la chaussée retenue est de 7m à raison de 3,5m par voie.

Pour ce qui est de la conception structurale, deux types de structures ont été proposées pour chaque méthode de dimensionnement. Il ressort de la comparaison de ces deux types de structures, un surcoût au kilomètre de 23% pour une surcharge de 10% par rapport à la tolérance de l’UEMOA sur l’Axe n*1 et de 6% sur l’Axe n*2 .Mots-clés : Dimensionnement, géotechnique, trafic, agressivité, projet asphaltage.

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ABSTRACT

This study aims at the dimensioning of a road structure, adequate to the traffic of a secondary road within the framework of the "Asphalting Project" in the city of Abomey-Calavi. The track object of this work is that connecting the Tokan junction to the SATELLITE junction. This work consisted of proposing a pavement structure for the Tokan junction - SATELLITE junction secondary road that is in line the specificities of the environment and traffic. This study is conducted according to a well-defined methodology. This consisted in carrying out a bibliographic research on the pavement structures, their mechanical behavior and on the methods and parameters of dimensioning of pavements coated. At the end of this review, the methodology for layout and definition of track width is presented. Two methods are used for this dimensioning, the CEBTP catalog method and that of the ALIZE-LCPC software based on the Burmister model. For these two approaches, aggression is assessed using UEMOA regulation 14, on the one hand, and on the other hand taking an overload rate of 15% per axle. The results are compared for different approaches.

In addition, the geotechnical investigations necessary for the design of the roadway were presented. Thus according to this methodology, as far as the geometric design is concerned, the width of the pavement retained is 7m at the rate of 3.5m per lane.

With regard to structural design, two types of structures have been proposed for each sizing method. The comparison of these two types of structures shows an additional cost per kilometer of 23% for a 10% overload compared to WAEMU tolerance on Axis No. 1 and 6% on Axis No. 2

.Keywords: Dimensioning, geotechnical, traffic, aggressiveness, paving project

(20)

INTRODUCTION

Depuis son indépendance en 1960, la République du Bénin a enclenché une longue, difficile et courageuse marche vers le développement économique et social. A l’instar des pays du tiers monde dont la mise en œuvre des politiques de développement appelle de plus en plus de nos jours, au renforcement et à la modernisation des réseaux de communications en général, et du réseau routier en particulier, le Bénin ambitionne donc de se positionner sur l’orbite du développement durable et tirer les meilleurs profits de sa position géographique. Ainsi l’état d’un réseau routier est une des conditions essentielles du développement économique d’un pays. Ces considérations expliquent la raison du caractère particulier de la conception et de la réalisation des routes dans nos pays. En effet, notre pays le Bénin est un pays côtier de l’Afrique Occidentale dont la partie Sud longe l’océan atlantique sur 150 Km. Cette position sur la mer lui offre des avantages au plan commercial, touristique et également dans ses échanges avec les pays de l’hinterland comme le Niger, le Burkina Faso et le Mali en raison de son port de Cotonou. De plus, différentes possibilités de transport s’offrent aux populations telles que la navigation aérienne, la navigation maritime, le trafic ferroviaire mais le transport routier reste de loin le plus utilisé à cause du corridor que constitue le Bénin. Le réseau routier national qui supporte et diffuse ce volume de circulation est donc constitué de routes dont les niveaux d’aménagement varient des pistes aux routes revêtues en passant par les routes en terre[1].

Le développement se mène sur un territoire dont il importe d’en maîtriser les contours pour mieux apprécier les choix stratégiques et objectifs de développement définis.

Ainsi, le processus de croissance socio-économique entrepris par le nouveau gouvernement du Bénin depuis son installation dans sa stratégie d’assainissement du cadre macroéconomique et maintien de la stabilité, il est prévu l’extension du réseau routier de qualité. C’est pourquoi le gouvernement, dans le cadre du Plan d’Action Gouvernemental (PAG) 2016-2021, a inscrit au budget du Ministère du Cadre de Vie et du Développement Durable (MCVDD) des fonds pour financer les études techniques du projet d’aménagement et de réhabilitation de voiries primaires,

(21)

secondaires et tertiaires dans neuf (09) villes du Bénin, dénommé « Projet Asphaltage

» dans les centres urbains afin d’améliorer de façon progressive et significative le cadre de vie des populations où la priorité est donnée à l’amélioration du tissu urbain des principales villes du Bénin à travers l’aménagement d’un réseau structurant de voiries urbaines intégrant un aspect paysager pour rendre plus attractif nos principales villes. Ce projet vient à point nommé pour renforcer les actions de la mairie pour l’amélioration des conditions de vie dans la commune répondant ainsi à l’épineux problème de la faiblesse de l’investissement public urbain notamment l’insuffisance de services de voiries, de réseau de drainage et d’assainissement, de réseau électrique[2]. Parmi les communes bénéficiaires, se trouve celle d’Abomey- Calavi dans laquelle sera réalisé un aménagement de 71,51 Km linéaires dans les arrondissements de Calavi, Godomey et Togba où se situe la voirie en étude du présent mémoire.

En effet, la commune d’Abomey-Calavi constitue un point relais entre l’intérieur du pays et la ville économique, Cotonou. Elle est sillonnée par un nombre impressionnant de pistes rurales souvent dégradées qui relient Calavi et les marchés ruraux de la commune et des départements de l’Atlantique et du littoral. Les atouts de la commune reposent sur les activités à savoir : la pêche grâce au lac Nokoué qui la traverse et les mangroves dont elle est constituée par exemple, qu’elle pourra mieux tirer comme avantages en s’appuyant sur la ville de Cotonou. Mais, un tel trafic ne sera aussi possible que grâce à l’intercommunalité, c’est-à-dire des échanges réguliers entre ces grands centres. Cependant, l’accès à ces activités socioéconomiques passe par la disponibilité des voiries, ce qui est quasi obsolète dans la commune.

Prévues pour densifier le réseau routier à l’ouest de la RNIE2, un ensemble de rues cumulant un linéaire total de 18,891 km dénommé ‘’Rues Secondaires’’, sont non revêtues parsemées de flaques d’eau prononçant leurs dégradations. Elles sont dépourvues de système de drainage mais desservent une majorité de quartiers résidentiels et d’infrastructures sociocommunautaires, de boutiques et de baraques construites en matériaux précaires ou définitifs, ainsi que des espaces sauvages de végétations par ci et par là.

(22)

Au terme de certaines investigations menées, nous nous sommes rendus compte que ces zones ciblées deviendront à court terme, des milieux qui abriteront des routes à fonction urbaine à cause de la pression démographique persistante et des projets de lotissement en cours.

Ce faisant en nous inspirant du niveau d’aménagement des voiries urbaines structurantes de nos villes, et après analyse, il est à craindre qu’une étude techniquo- économique à court terme des rues à asphalter ne donneront pas les résultats escomptés sur la durée de service

Dans un contexte où la mobilisation des ressources de financement est très complexe et difficile et où les matériaux routiers deviennent de plus en plus rares et onéreux, où les chargements des véhicules hors gabarits sont de tailles, aussi avec des insuffisances dans le processus de dimensionnement, tout ceci entrainant des dégradations précoces, nous avons estimé qu’il est envisageable et rentable pour le moyen et le long terme de tenir compte de toutes les hypothèses au mieux cernant les différentes étapes (tels que l’étude du trafic, la durée de vie de l’ouvrage, la portance du sol et la charge à l’essieu, la nature des matériaux…) pour la proposition de structure de chaussée pour chacune des rues.

C’est donc dans cette perspective et surtout dans l’optique d’attirer l’attention des acteurs du « Projet Asphaltage » que nous avons choisi afin d’apporter notre contribution à l’étude d’une des voiries, comme thème de mémoire :

‘’ Dimensionnement de structure de chaussée : application à la voirie secondaire Carrefour Tokan – Carrefour SATELLITE dans le cadre du Projet Asphaltage dans la commune d’Abomey - Calavi. ’’

Le développement dudit thème sera scindé en quatre parties à savoir:

- Première partie : Généralités - Synthèse bibliographique

- Deuxième partie : Présentation du Projet et analyse des résultats issus des études géotechniques

- Troisième partie : Etude du dimensionnement de la structure de chaussée et analyse des résultats

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- Quatrième partie : Etude d’estimation du coût des structures de chaussées obtenues

 Objectif général

L’objectif général visé est de définir une structure de route durable, adéquate au trafic, avec les spécificités du milieu sur le moyen et long terme.

 Objectifs spécifiques

 Faire une recherche documentaire pouvant permettre de cerner les contours du problème.

 Faire une analyse et interprétation des résultats issue des études géotechniques sur le matériau à utiliser pour le dimensionnement.

 Mener une étude complète sur le trafic de la voirie secondaire Carrefour Tokan-Carrefour SATELLITE

 Suivre une méthodologie adéquate dans la résolution du problème.

 Dimensionner la chaussée de la voirie secondaire Carrefour Tokan-Carrefour SATELLITE.

 Proposer la structure de route la mieux adaptée.

 Méthodologie

Pour mener à bien cette étude, la procédure suivante a été adoptée :

 Faire recours aux personnes ressources afin de connaitre et orienter correctement les recherches pour parvenir à des résultats efficaces ;

 Faire une inspection visuelle du milieu d’étude et une étude d’impact environnemental ;

 Faire une présentation de la voirie secondaire Carrefour Tokan-Carrefour SATELLITE ;

 Faire une revue bibliographique en rapport aux notions abordées dans notre étude ;

 Faire une analyse et interprétation des résultats et de des investigations menées sur notre étude ;

 Faire une conclusion générale

(24)

PREMIERE PARTIE : GENERALITES - SYNTHESE

BIBLIOGRAPHIQUE

(25)

CHAPITRE 01 : COMPORTEMENT MECANIQUE DES STRUCTURES DE TEEVETUES

Généralement, les sols ne peuvent supporter sans dommages des pressions induites par les pneumatiques de véhicules (1 à 7 kg/cm²). Pour les sols non résistants, les pneumatiques compriment le sol et il se forme une ornière. En revanche lorsque le sol est résistant, il s’affaisse sous le pneu et remonte au fur et à mesure de l’éloignement des pneumatiques. Toutefois des tassements résiduels subsistent ; ce qui induit aussi après plusieurs passages des ornières. Il faut donc interposer un écran entre le véhicule et le sol support, pour répartir les charges sur une plus grande surface. Cet écran est constitué de plusieurs couches granulaires dont l’ensemble forme la structure de la route. [3]

1-1 Les différentes couches de chaussée revêtue

Les chaussées se présentent comme des structures multicouches mise 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, ensuite d’une couche d’assise composée de la couche de fondation et de la couche de base clôturé par une couche de surface [4]

 La plate-forme

La plate-forme est très importante car la plupart des méthodes de dimensionnement s’appuient sur la résistance au poinçonnement du sol de plate-forme. Elle est constituée :

- D’un sol support qui représente le sol terrassé devant recevoir la route et pouvant être en remblai ou en déblai.

CHAPITRE 01 :

COMPORTEMENT MECANIQUE DES STRUCTURES

DE ROUTES REVETUES

(26)

- D’une couche de forme, cette couche de transition entre le sol support et le corps de chaussée a une double fonction ; pendant la phase des travaux c’est elle qui protège le sol support et établie une qualité de nivèlement permettant la circulation des engins pour l’approvisionnement des matériaux et la construction des couches de chaussée. Vis-à-vis du fonctionnement mécanique de la chaussée, la couche de forme permet de rendre plus homogène et éventuellement d’améliorer les caractéristiques dispersées des matériaux de remblai ou du terrain.

 L’assise de chaussée est généralement constituée de deux couches, la couche de fondation surmontée de la couche de base.

Ces couches en matériaux élaborés apportent à la chaussée la résistance mécanique aux charges verticales induites par le trafic. Elles répartissent les pressions sur la plateforme support afin de maintenir les déformations à ce niveau dans des limites admissibles.

- La couche de fondation : Couche sus-jacente à la plateforme, la couche de fondation permet d’assurer une répartition homogène des contraintes sur la couche de forme ou sur la plateforme supérieure des terrassements. Les matériaux naturels qui la composent doivent avoir un CBR supérieur à 30 selon le trafic et ne doivent pas être friables. La couche de fondation doit assurer aussi un bon drainage et avoir une compacité minimale de 95% de l’OPM. Suivant le cas et la nature du sol support il est admis une sous-couche de fondation dont le rôle est de stabiliser les couches sous-jacente à la fondation.

- La couche de base

Elle repose sur la couche de fondation, c’est la couche d’assise la plus proche du revêtement, raison pour laquelle elle reçoit des contraintes et des déformations notables (contraintes verticales de compression importantes et efforts de cisaillement d’autant plus important que le revêtement est mince). Celles-ci font que les matériaux utilisés doivent présenter de meilleures performances mécaniques que ceux utilisés en couche de fondation. Si la couche de base présente une rigidité trop élevée par rapport à celle de la couche de fondation, il se produit un effet de dalles

(27)

et des contraintes de traction apparaissent au niveau de l’interface base-fondation causant ainsi des fissurations ainsi elle doit avoir un indice portant CBR (> 80). A défaut il faudra procéder à un traitement soit avec un liant hydraulique soit avec un liant hydrocarboné.

 La couche de surface

La qualité d’usage de la chaussée dépend pour une large part des caractéristiques de la surface de la couche de roulement. La couche de surface contribue en outre à la pérennité de la structure de la chaussée en particulier par la fonction d’étanchéité vis-à-vis de l’assise, la couche de surface est constituée de :

- La couche de roulement, qui est la couche supérieure de la structure de chaussée sur laquelle s’exercent directement les agressions conjuguées du trafic et du climat.

- D’une couche de liaison dans le cas échéant, entre les couches d’assise et la couche de roulement. 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 au liants hydraulique

Figure 1.1 : Différentes couches d'une chaussée revêtue[5]

1-2 Les différents types de structures des routes revêtues

Il existe une grande diversité de types de structures de chaussées [1] classées en trois (03) grands groupes à savoir les chaussées à structures souples, rigidifiées et hybrides. Leur choix nécessite une bonne connaissance de leur comportement. Elles peuvent être : souples, semi-rigides, rigides, mixtes, inverses et hybride

1-2-1 Les chaussées à structures souples

(28)

Ces structures comportent une couverture bitumineuse mince, moins de 15 mm d’épaisseur et parfois réduite à un simple enduit superficiel reposant sur une ou plusieurs couches de matériaux granulaires non traités. Une structure souple est composée de :

• une couche de surface en matériau bitumineux ;

• une couche de base qui peut être en matériau granulaire non traité ou en matériau bitumineux d’assise d’épaisseur supérieure à 15 cm ;

• une couche de fondation en matériau granulaire non traité de 20 à 50 cm d’épaisseur ;

L’épaisseur globale de la chaussée est généralement comprise entre 30 et 60 cm et toujours inférieure à 80 cm.

Aujourd’hui ces structures sont en nette régression au Bénin du fait de la généralisation des structures semi-rigides, soit à la construction, soit à la réhabilitation des anciennes chaussées. Les quelques rares structures souples qui existent encore sont celles de la route de Savè – Parakou et de la route Cotonou – Porto-Novo qui est construite entre 1998 et 2001.

Figure 1.2: Structure d’une chaussée souple[1]

1-2-2 Les chaussées à structures semi-rigides

Ces chaussées ont une couche de surface bitumineuse reposant sur une couche de base en matériaux granulaires traités aux liants hydrauliques. La couche de fondation est en matériau non traité. Ce type de structure est appliqué sur la quasi-totalité du réseau de routes revêtues au Bénin soit sur 80% environ du linéaire dudit réseau. Ce

Figure 1

Stru .2:

cture d

’une cha uss

ée so uple

Couche de Surface

Assise de la Chaussée

Terrassement

Revêtement

Couche de Fondation Couche de Base non traitée au liant

hydraulique

Couche de Forme Sol Support Couche d’accrochage

(29)

pourcentage va croissant parce que la tendance observée aujourd’hui est que le renforcement et la modernisation du réseau routier sont fortement orientés vers les structures semi-rigides qui, depuis 1993, sont en plein essor. Cette structure se présente de façon générale comme suit :

Figure 1. 3: Structure d’une chaussée semi-rigide [1]

1-2-3 Les chaussées à structures rigides

Une chaussée à structure rigide est constituée soit par un revêtement en dalle de béton pervibré ou fluide, soit par un revêtement en béton compacté. Comme l’indique la figure 1.3, 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.

Figure 1.4: Structure d’une chaussée rigide [1]

1-2-4 Les chaussées à structures mixtes

Ces structures [1] comportent en général une couche de surface bitumineuse, une couche de base le plus souvent en grave bitume de 13 à 20 cm d’épaisseur sur une couche de fondation en matériaux traités aux liants hydrauliques. La couche traitée au liant hydraulique atténue les efforts tandis que celle traitée au liant hydrocarboné

Assise de la Chaussée

Terrassement

Revêtement

Couche de Fondation non Traitée

au Liant hydraulique

Couche de Base traitée au Liant

Hydraulique

Couche de Forme Sol Support Couche d’accrochage

Assise et couche

Surface de la de Chaussée

Terrassement

Dalle en béton de ciment

Couche de Forme éventuelle Sol Support

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sert à ralentir la remontée des fissures dans la couche de roulement. La structure type de ces chaussées est identique à celle des chaussées semi-rigides en ce qui concerne les différentes couches constitutives du corps de chaussée. La différence réside dans le traitement de l’assise de la chaussée. De nos investigations, il ressort que ce type de structure n’a été mis en œuvre qu’à titre expérimental sur 300 mètres sur le tronçon de route Godomey - Bohicon dans le cadre de la recherche d’une solution de reprise de la structure de chaussée dudit tronçon.

1-2-5 Les chaussées à structures inverses

Ces structures sont l’inverse des structures semi-rigides avec une couche de surface bitumineuse, une couche de base en matériaux granulaires non traités au liant hydraulique et une couche de fondation traitée au liant hydraulique. Ce type de structure a été mis en œuvre à Cotonou sur le tronçon Akosombo – Etoile rouge et sur environ 6 Km entre Sehouè – Massi sur le tronçon de route Godomey – Bohicon par le passé.

La figure suivante illustre ce type de structure :

Figure 1.5: Structure d’une chaussée inverse [1]

1-3 Mode de fonctionnement des structures de chaussée

Le comportement des chaussées [1] peut être défini comme étant la réaction de la chaussée face aux contraintes dues au trafic, aux effets de l’eau et de l’environnement. Cette réaction se traduit par divers phénomènes complexes qui se passent à l’intérieur de la chaussée et qui peuvent être expliqués par la mécanique des sols ou la géotechnique routière.

Assise de la Chaussée Terrassement

Revêtement

Couche de Fondation traitée au liant hydraulique

Couche de Base non traitée au liant hydraulique

Couche d e Forme Sol Support Couche d’accrochage

(31)

1-3-1 Comportement des structures souples

Au niveau du corps de chaussée des structures souples, on note la faible cohésion entre les différents granulats (les grains sont libres) ; ce qui implique une transmission des charges par poinçonnement. La couverture bitumineuse subit à sa base des efforts répétés de traction - flexion. Ces structures périssent ou commencent par présenter des signes de fatigue au droit des points de passage des pneumatiques où il est aisé de constater des déformations. Comme dégradations de fatigue, on note des fissures évoluant vers un faïençage à mailles de faibles dimensions qui s’accélèrent avec l’eau entrainant la formation des nids de poule.

Le fonctionnement d’une chaussée constituée des couches non traitées reposant sur le sol naturel se présente comme l’indique la figure suivante :

Figure 1.6: Distribution des charges dans une couche non liée [1]

1-3-2 Comportement des structures rigides

Contrairement aux structures précédentes, les charges transmises connaissent une diffusion dans le plan horizontal à cause de la rigidité de la dalle en béton. Toute chose qui atténue mieux la contrainte verticale sur les couches sous-jacentes. Par suite ces structures travaillent en flexion par traction. La figure N°05 met en exergue le fonctionnement d’une chaussée constituée d’une couche traitée reposant sur le sol naturel.

(32)

Figure 1.7: Distribution des charges dans une couche liée.[1]

1-3-3 Comportement des structures semi-rigides

Pour ces structures, on note de faibles contraintes verticales transmises au support de chaussée. L’assise subit des contraintes de traction - flexion. L’interface couche de surface et couche de base constitue une zone sensible car elle est soumise à des contraintes de cisaillement. De plus ces structures sont sujettes aux retraits thermiques et à l’apparition de fissures. Ces fissures favorisent la pénétration de l’eau, diminuent de ce fait la qualité du collage de la couverture bitumineuse et augmentent ainsi les contraintes de traction.

1-3-4 Comportement des structures mixtes

Les couches bitumineuses assurent des qualités d’uni, ralentissent la remontée des fissures et réduisent les contraintes de flexion à la base de la couche de fondation.

L’endommagement de ces structures s’effectue en deux phases :

• 1^ère phase : la base de la couche traitée aux liants hydrauliques est sollicitée en fatigue par flexion ;

• 2^ème phase : on assiste au décollement de la couche de base et celle de fondation entraînant une augmentation des contraintes dans la couche de matériaux bitumineux

Tension Compression

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1-3-5 Comportement des structures inverses

La couche de fondation traitée aux liants hydrauliques diffuse et atténue les efforts transmis au sol support et travaille en flexion. La couche bitumineuse quant à elle, assure les qualités d’uni et d’étanchéité et travaille en traction à la base de la couche.

De façon générale, les chaussées connaissent plusieurs étapes dans l’évolution de leur structure. On distingue trois phases à savoir la phase élastique, la phase plastique et la phase de rupture.

1-4 Les différentes étapes d’évolution des chaussées

[6] Les désordres constatés dans une chaussée sont les signes visibles de l’inadaptation actuelle des matériaux des différentes couches et de la plate-forme ou de l’épaisseur de ces couches aux sollicitations induites par le trafic et l’environnement. Celles-ci modifient à la fois la susceptibilité à l’eau du corps de chaussée dans son ensemble et les contacts inter granulaires qui conditionnent sa déformabilité et la transmission des efforts à la fondation. Les sondages pratiqués dans des chaussées anciennes montrent souvent de profondes transformations de la granulométrie initiale, si bien qu’extérieurement les modifications d’état se traduiront par des variations dans l’aspect du revêtement, en particulier par l’apparition de fissures et d’irrégularités dans le profil. Alors les mesures de déflexion, c’est-à-dire l’enfoncement de la chaussée sous une charge donnée, permettent de caractériser globalement son aptitude à remplir son rôle. Cet ensemble d’indications permet de distinguer trois phases dans le processus de vieillissement de la chaussée.

On distingue :

• la phase élastique ;

• la phase plastique ;

• la phase de rupture.

La courbe en page 17 met en exergue ces différentes étapes :

(34)

Figure 1.8 : Courbe d’ évolution des chaussées [6]

(35)

La courbure ‘A’ résume pratiquement tout le processus et l’indication d’une zone de rupture suggère 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, ceci pour une plate-forme et une structure de chaussée donnée. Mais il arrive 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 qualité moins bonne, elle se trouve très rapidement en phase de rupture et devient à court terme impraticable (courbe C).

1-4-1 Phase élastique

Après une période initiale de recompactage qui entraîne une légère diminution des déflexions, ces dernières restent constantes. Les déformations rémanentes sont pratiquement nulles, et l’état de surface reste parfait (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.

1-4-2 Phase plastique

Après un certain nombre de passages d’essieux, la chaussée commence à 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. Si on ne fait rien pour diminuer les contraintes qui s’y manifestent, la chaussée entre en phase plastique et se met à évoluer rapidement. 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.

(36)

1-4-3 Phase de rupture

Les déflexions augmentent rapidement avec le temps et la réaction qui s’est amorcée, aboutit à bref délai à sa ruine complète. La chaussée ayant alors perdu toutes ses qualités initiales est désormais très défaillante et une réhabilitation s’impose.

De tout ce qui précède, l’évolution rapide des chaussées est étroitement liée à une inadaptation des épaisseurs des différentes couches de chaussées aux sollicitations induites par le trafic. Il s’avère donc nécessaire de choisir une méthode de dimensionnement permettant d’obtenir les épaisseurs adéquates des matériaux constituants la chaussée.

(37)

CHAPITRE 02 : LES METHODES DE DIMENSIONNEMENT DES CHAUSSEES

Il n'y a pas de méthodes simples et exactes pour dimensionner une chaussée comme il en existe pour dimensionner 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 [3]

employées sont :

• Les méthodes empiriques ;

• Les méthodes rationnelles ;

• Les catalogues de structures types.

2-1 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’Asphalt Institute de Californie ou CBR, Transport and Road Research Laboratory (TRRL), du CEBTP, de l’AASHTO et du Peletier.

• 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 :

e

⁼^100+15√P_I+5 ^[3]

CHAPITRE 02 LES METHODES DE

DIMENSIONNEMENT DES CHAUSSEES

(38)

P : Poids de la roue (P=6,5 T).

I : indice portant CBR en %.

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

• La méthode TRRL

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 : 𝑒𝐶𝐵+ 𝑒𝐶𝑆≥ x.

Seule l’épaisseur de la couche de fondation varie avec le CBR du sol de plate-forme.

• La méthode du CEBTP

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 2.1 : Classes de portance du sol de plate-forme [4]

Classes de sols Portance CBR

S1 <5

S2 5 à 10

S3 10 à 15

S4 15 à 30

S5 >30

(39)

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 15 ans. Le poids lourd étant un véhicule ayant un poids total en charge supérieur à 3,5 tonnes. Si le pourcentage d’essieux de plus de 13 tonnes dépasse 10%, il convient d’adopter la classe immédiatement supérieure).

Tableau 2.2: Trafic poids lourds moyen journalier. [4]

Classes de trafic Intervalle du Nombre d’Essieux Standard

(NES)

T1 < 5. 10⁵

T2 5. 10⁵∼ 1,5. 10⁶

T3 1,5. 10⁶∼ 4. 10⁶

T4 4. 10⁶∼ 10⁷

T5 10⁷∼ 2. 10⁷

Tableau 2.3: Epaisseur des différentes couches en fonction du CBR et de la classe du trafic. [4]

• La méthode de l’AASHTO

La méthode la plus répandue et la plus célèbre reste la méthode de l’AASHTO 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.

(40)

• La méthode de PELTIER

C'est la méthode CBR améliorée qui prend en compte le trafic journalier exprimé en nombre de poids lourds. L'épaisseur du corps de chaussée est obtenue par la formule :

e

⁼100+(75+50 log^N

10)√P

I+5 ^[3]

N = trafic moyen journalier de poids lourds à la mise en service de la route I = CBR de la plate-forme

P = 6,5 tonnes.

2-2 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

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 voirie B 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.

2-3 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 :

(41)

 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 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.

Par ailleurs, la connaissance des paramètres d’entrée permet de définir en utilisant une méthode de dimensionnement appropriée, les épaisseurs des différentes couches de la chaussée. Ces paramètres d’entrée sont exposés dans le chapitre suivant.

(42)

CHAPITRE 03 : LES PARAMETRES DE DIMENSIONNEMENT DES CHAUSSEES

Le trafic, les matériaux à utiliser et la nature du sol support sont les principaux paramètres de base pris en compte dans la conception des chaussées [1].

3-1 Le trafic

La conception et la construction des chaussées sont basées sur des méthodes qui tiennent compte du trafic, c’est à dire l’intensité des charges et leur répétition dans le calcul des structures. Ce trafic est pris en compte par le biais du calcul du trafic équivalent en nombre de passage d’un essieu standard. Ainsi la répétition des charges impose des contraintes aux chaussées et lorsqu’on assiste à des surcharges comme c’est généralement le cas, les contraintes vont augmenter de façon considérable, ce qui provoque la détérioration précoce des chaussées. Pour obtenir des données fiables sur les charges réelles permettant de calculer la durée de vie résiduelle des chaussées, des contrôles de pesée doivent être effectués pour vérifier la charge à l’essieu des poids lourds afin d’éviter des dégradations prématurées.

3-2 Les matériaux routiers

3-2-1 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 SETRA [5] sont :

• les graveleux latéritiques naturels ;

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

• les concassés ;

• les graves naturels ;