LE DIMENSIONNEMENT DES CHAUSSEES

ACTION D’UN VEHICULE SUR UN SOL

Lorsqu’un véhicule se déplace sur un sol, son poids est transmis au sol sous forme de pression par l’intermédiaire des pneumatiques. D’une manière générale, les sols ne peuvent supporter sans dommage de telles pressions. Si le sol n’est pas assez porteur, le pneu le comprime et il se forme une ornière. Par contre si le sol est porteur ; il se passe deux choses imperceptibles mais qu’il faut bien comprendre

Le sol s’affaisse sous le pneu : c’est la déformation totale Wt

lorsque, la roue s’éloigne, le sol remonte mais pas totalement : il reste une déformation résiduelle Wr.

La différence d =W_t-W_r s’appelle la « déflexion ». L’orniérage est la déformation résiduelle W_r qui s’accroît au fur et à mesure des passages des véhicules et proportionnellement à leur charge. Ce processus est schématisé à la figure suivante.

Schéma du principe illustrant la déflexion d’un sol sous l’effet d’une charge

PRINCIPE DU DIMENSIONNEMENT

Le principe du dimensionnement est de limiter la charge transmise par la roue au sol support afin de minimiser ses déformations et éviter de l'amener à la rupture. Ce dimensionnement passe par la détermination sous l'effet du trafic des contraintes et déformations à travers les corps de chaussée et sur le sol support et la comparaison de ses contraintes et déformations avec celles admissibles. Le tableau ci-dessous indique les différents types de structures et leurs critères de dimensionnement.

BB : Béton bitumineux GB : Grave bitume GNT : Grave non traitée

ES : Enduit superficiel CLH : Couche traitée aux liants hydrauliques

Principaux types de structures de chaussées et critères de dimensionnement

LES METHODES DE DIMENSIONNEMENT

La réalisation des différents types de chaussées passe d’abord par un dimensionnement adéquat. Pour cela différentes méthodes ont été proposées suivant deux approches.

· L’approche empirique qui établit des relations entre la durée de vie et les propriétés mécaniques des matériaux. La méthode la plus utilisée au Sénégal est celle du CEBTP. A coté de cette méthode on a aussi la méthode des indices de groupe, la méthode du CBR et celle du Transport and Road Research Laboratory (TRRL) …

· L’approche théorique ou rationnelle qui établit un modèle représentant le mieux possible le comportement mécanique du corps de chaussée basée sur la rhéologie du matériau.

On distingue dans cette approche : le modèle de Boussinesq, le modèle du Bicouche, le modèle de Hogg, le modèle de Westergaard et le modèle multicouche de Burmister.

Les méthodes empiriques et semi-empiriques

Ce sont des méthodes basées, pour la plupart, sur des essais accélérés et des observations effectuées sur routes expérimentales. Ces approches empiriques ont apporté de nombreux renseignements sur l'action des charges de trafic et des sollicitations thermiques, sur les propriétés des matériaux constitutifs de la chaussée ainsi que sur le comportement à long terme des structures routières. Leur principal désavantage est qu'elles ne peuvent être appliquées que pour les conditions climatiques et de trafic pour lesquelles elles ont été établies.

Méthode du CBR (Californian Bearing Ratio )

Elle considère la résistance au poinçonnement du sol de plate-forme et la transmission des charges selon la méthode de Boussinesq. Elle donne en fonction du CBR de la plate-forme l'épaisseur de la couche sus-jacente à partir de la formule de Peltier.

où

P : charge par roue en tonne

Après les travaux du TRRL qui ont abouti à des abaques, la formule a été améliorée pour tenir compte du trafic réel.

N : nombre moyen journalier de véhicules de plus de 1500 kg à vide qui circulent sur la chaussée

Méthode du CEBTP

Le guide de dimensionnement du CEBTP à été établi en 1972 par le Centre Expérimental du Bâtiment et de Travaux Publics ( CEBTP ). Ce guide a vu la participation de beaucoup d'ingénieurs des Laboratoires Nationaux des Travaux Publics en relation avec le CEBTP. Il fait suite aux études réalisées en 1969 sur le comportement et le renforcement de 7000 km de chaussées bitumées en Afrique tropicale et au Madagascar.

Elle tient compte de deux critères :

· L’intensité du trafic et la portance de la plate-forme, paramètres à partir desquels on a les épaisseurs des couches de fondation, de base et de revêtement d’une chaussée souple.

· L’intensité du trafic et la nature des différents matériaux afin de vérifier les spécifications pour leurs possibilités d’utilisation.

Si la chaussée a des couches traitées au liant hydraulique il faut en plus, vérifier que les contraintes de traction à la base des matériaux traités restent compatibles aux performances de la chaussée.

Ce guide présente sous forme de tableau les épaisseurs des couches de chaussées, granulaires ou traitées en fonction du trafic et du CBR du sol de plate-forme ci-dessous.

Pour l'utiliser on doit disposer du CBR du sol de plate-forme qui reçoit la route selon la classification du CEBTP et de la classe de trafic sur le tronçon recevant la route. On pourra ainsi à partir du guide et des matériaux disponibles choisir les épaisseurs des couches de chaussée de la structure qui conviendraient.

Classes de trafic et de plates-formes utilisées dans le dimensionnement des chaussées par la méthode du CEBTP ( Guide du CEBTP)

Exemple: Pour un sol de plate-forme de type S2 sous un trafic T3 pour une durée de vie de 15 ans on peut avoir selon les matériaux disponibles dans la zone les épaisseurs indiquées au tableau suivant.

Exemple de dimensionnement avec le guide du CEBTP

Les méthodes rationnelles

Les méthodes rationnelles sont basées sur la mécanique des milieux continus et sur la résistance des matériaux. Ces dernières présentent l'avantage de pouvoir être appliquées à des structures sous différents types de climat et pour divers chargements de trafic.

Le comportement des matériaux de chaussées et de plate-forme sera représenté avec des modèles mathématiques. Les sollicitations subies par les matériaux sous l’effet du trafic seront déterminées. Elles seront ensuite comparées aux sollicitations admissibles. Ceci permettra de prévoir le développement de divers types de détérioration au cours de la durée de vie de la chaussée.

Le modèle de Boussinesq

Boussinesq considère le sol comme un massif élastique semi-infini et suppose que le corps de chaussée en matériau granulaire ne lui est pas très différent. De ce fait, la pression se répartit dans la superstructure de la même manière que dans le sol. Ainsi, la charge Q de la roue sur la chaussée crée une contrainte s_z dont l‘allure du diagramme à différentes profondeurs est représentée sur les figures ci-dessous.

Diffusion de la contrainte selon Boussinesq

La contrainte s_z est donnée par :

Ou

encore pour

Il s’agit donc de déterminer la contrainte admissible s_ad du sol ainsi que la profondeur z (épaisseur h du corps de chaussée ) pour laquelle, la contrainte verticale s_z sur le sol de plate-forme reste inférieure à la contrainte admissible du sol s_ad ( s_{z <} s_ad )

Le modèle Bicouche

Lorsqu’on est en présence de matériaux traités aux liants hydrauliques, des contraintes de traction apparaissent à la base de la couche traitée. Le modèle de Boussinesq ne se prête plus du fait de la nécessité de la vérification de la traction à la base. On fait alors recours à la méthode du bicouche dans laquelle la vérification du travail en flexion de la couche liée est prépondérante. Il faut ainsi satisfaire

s_{z ≤} s_zad

et

s_{t ≤} s_tad

qui est une condition nécessaire et suffisante

en effet

s_{t ≤} s_{tad ®} s_{z ≤} s_zad

Modèle bicouche

Modèle de Hogg

Hogg, pour déterminer les contraintes et déplacements dans les chaussées, assimile ces dernières à une plaque mince qui satisfait à l’équation de Lagrange : D*D²w = p.

Où

est un facteur de rigidité, w la deflexion

et

D²w

Diffusion des contraintes selon Hogg

Il utilise ensuite la théorie de l’élasticité et les hypothèses de Navier pour les plaques minces afin de résoudre ses équations. En plus des hypothèses de Navier, il considère que les déplacements verticaux de la fibre neutre de la chaussée sont égaux aux déplacements verticaux du massif. Il considère enfin un glissement parfait entre les couches.

Ainsi, si P=pq₀a² est la charge par roue, la contrainte de traction est donnée par la formule de Hogg :

Où

est le facteur de rigidité

Et

un facteur de rigidité relative

Modèle de Westergaard

Il utilise le même modèle que Hogg. Cependant il considère le sol support comme un assemblage de ressorts dont le déplacement vertical est proportionnel à la pression verticale V :

Diffusion des contraintes selon Westergaard

V = K . W

K : module de réaction du sol support

Hypothèse simplificatrice qui facilitera la résolution des équations de quatrième ordre de Westergaard par les transformations de Hankel.

La contrainte de traction est donnée par :

où

est le rayon de rigidité de la chaussée

P : charge par roue

C : fonction croissante de I dépendant de la position de la charge

Modèle multicouche de Burmister

Face à la multiplicité de types de structures et au renforcement lors de leur entretien, Burmister a développé un modèle qui peut tenir compte de plusieurs couches. Dans ce modèle, les couches sont considérées comme des solides élastiques, la liaison entre les couches peut être avec glissement ou sans glissement. En cas de charges multiples, la méthode de superposition est applicable.

Pour déterminer ses contraintes, Burmister a utilisé la théorie de l’élasticité et l’hypothèse de la symétrie de révolution du chargement. Les équations obtenues ont été résolues par les transformations de Hankel.

Modèle multicouche de Burmister

Actuellement, avec le développement de l’outil informatique, ce modèle est le plus utilisé. Les logiciels comme Alize III^© du LCPC, Bistro^© de Shell et CHEV^© de Chevron sont basés sur ce modèle.

Ce modèle a abouti pour la première fois à la production d’un jeu d’abaques par Jeuffroy et Bachelez qui ont tenté de résoudre les problèmes d’une plaque reposant sur un massif bicouche de type Burmister.

Il faut signaler aussi que ce modèle ne tient pas compte des effets de bord. Son utilisation nécessite donc l’évaluation de l’effet des charges en bord.

Dimensionnement par les méthodes rationnelles

Le dimensionnement par les méthodes rationnelles passe par la détermination des contraintes et déformations admissibles des matériaux sous l'effet du trafic considéré et la durée de vie escomptée. Les sollicitations subies par les matériaux sous l’effet du trafic seront ensuite calculées et comparées aux sollicitations admissibles. Le développement de l'outil informatique a fait que les méthodes de dimensionnement rationnelles sont devenues plus accessibles. Avec la facilité de résolution des équations multiples à dérivées partielles, des logiciels comme Ecoroute et Alizé ont été développés. Ce sont des logiciels qui modélisent les structures multicouches et calculent les contraintes transversales et radiales ainsi que les déformations à travers les couches de chaussées. Pour cela, il faut :

· Le type de poids lourd et la charge standard

· Le nombre de couches composant la chaussée, leur épaisseur et le mode de liaison entre ces différentes couches

· Les caractéristiques pour chaque matériau composant la chaussée : le module de Young et le coefficient de Poisson.

Les paramètres de dimensionnement

Bien que performant, les logiciels utilisés pour le dimensionnement nécessitent la maîtrise des paramètres caractérisant :

· Le trafic

· Les sols de plate-forme sur lesquels seront posées les chaussées;

· Les variations climatiques afin de déterminer l'état hydrique des plates-formes et de prévoir le comportement des matériaux bitumineux sous l'effet de la température.

· L'aspect probabiliste du dimensionnement (risque de rupture).

Le trafic

Le trafic à prendre en compte dans le dimensionnement des chaussées est le trafic cumulé poids lourds N ( en nombre d'essieux standard ) donné par :

N = 365 x t x A x n( 1- i )^n

Si

C = n( 1- i )^n

appelé facteur de cumul on a :

N = 365 *t*A*C

t : Trafic Journalier Moyen (TJM) en poids lourd de l'année en cours : c'est le débit total d'une période donnée en jour ( de plus d'un jour et de moins d'une année) divisé par le nombre de jour de cette période.

A : coefficient d'agressivité qui est fonction de la composition ou du spectre d'essieux du trafic

i : taux de croissance annuel du trafic en pourcentage .

n : La durée de vie escomptée.

Détermination des paramètres du trafic

· Le trafic journalier moyen TJM est obtenu après comptage des poids lourds par sens de circulation et des traitements statistiques; ou encore par des méthodes indirectes ( tonnage transporté en trafic, estimation du trafic "drainé" par la nouvelle route à partir des itinéraires qu'elle déleste )

· Le taux de croissance i est déterminé à partir des résultats des comptages actuels et passés.

Si ces résultats ne sont pas disponibles, pour nos pays en voie de développement, il faudra prendre un taux de 7 %;

· La charge à l’essieu est celui de 13 tonnes. Cependant les véhicules circulant sur la chaussée ont une charge plus ou moins supérieure à cette dernière, il faut donc appliquer un coefficient d'équivalence qui prendra en compte cet écart entre le poids standard et celui circulant sur la chaussée: c'est le coefficient d'agressivité A.

Si des études n'ont pas été pas été réalisées auparavant, il faudra prendre pour le dimensionnement une approximation de l'agressivité :

A = 1.3

Cependant, il faut signaler que pour être plus précis, il faut faire des campagnes de comptages et de pesages. Les résultats obtenus feront l'objet d'études statistiques, ce qui permettra de déterminer des classes de poids par essieu P. A chaque classe correspond ainsi un coefficient d'agressivité

A = (P/13)^4

· Le durée de vie d'une route est la période qui se sera écoulée depuis sa date de mise en service jusqu'à l'apparition des dommages nécessitant un entretien. Actuellement avec la croissance du trafic, le niveau de service demandé et les budgets libérés pour les routes, la tendance est à la réalisation de routes avec une durée de vie escomptée de vingt ( 20 ) ans.

Les sols de plate-forme

La plate-forme, couche du mètre supérieure des terrassements doit pouvoir supporter les charges transmises par les autres couches de la chaussée sans subir de dommages. Le Manuel de conception des chaussées neuves à faible trafic, LCPC-SETRA, 1981 définit un certains types de plate-forme donnés dans le tableau 4 de classification suivante:

Portance des sols : Classification et essais
Type	Examen visuel ( essieu de 13 t )	Indice portant CBR	Module de déformation à la plaque EV2 ( MPa )	Module de réaction du sol K (daN/cm²)	Type de sol
P0	Circulation impossible; sol inapte très déformable	CBR £ 3	EV2 £ 15	K £ 3	Argiles fines saturées, sols tourbeux, faible densité sèche, sol contenant des matières organiques, etc.
P1		3 £ CBR £ 6	15 < EV2 £ 3	3 < K £ 5	Limon plastiques, argileux et argiloplastiques, argiles à silex, alluvions grossières, etc. Très sensible à l'eau
P2 ou PF1	Déformable	6 £ CBR £ 10	30 < EV2 £ 50	5 < K £ 6	Sables alluvionnaires argileux ou fins limoneux, graves argileuses ou limoneuses, sols marneux contenant moins de 35% de fines
P3 ou PF2	Peu déformable	10 £ CBR £ 20	50 < EV2 £ 120	6 < K £ 7	Sables alluvionnaires propres avec fines < 5%, graves argileuses ou limoneuses avec fines < 12%
P4 ou PF3	Très peu déformable	20 £ CBR £ 50	120 < EV2 £ 250	7 < K £ 15	Matériaux insensibles à l'eau, sables et graves propres, matériaux rocheux saints, etc., Chaussées anciennes
PEX ou PF4		CBR > 50	EV2 > 250	K > 15

Classification des plates-formes selon le LCPC-SETRA

Le Sénégal est couvert à 70 % par des sables limoneux avec un CBR variant de 10 à 35. Ce qui correspond aux plates-formes de type PF3 et plus. Cependant il existe dans certaines parties des sols de CBR très faibles. Ce sont en général des plates-formes constituées de limons, de limons sableux et argileux, de tourbes ou situées en zones marécageuses.

Le climat et l’hydrologie

Les effets du climat sont surtout notables sur le comportement des matériaux bitumineux et ceux traités au ciment. A des températures élevées, les matériaux bitumineux perdent leur résistance et fluent très rapidement. Les variations de température entraînent des ouvertures de fissures dans les matériaux traités au ciment. Les variations de température sont plus accentuées vers l'est du Sénégal dans le Sénégal oriental et sur la bande du littoral nord, avec des températures pouvant aller jusqu'à 45 °C vers l'est et des différences de température avoisinant15 à 20°C. La pluviométrie influe sur la teneur en eau naturelle et sur le CBR qui est tributaire des états hydriques de la plate-forme. Les hauteurs de pluies sont importantes dans la zone sud et la teneur en eau naturelle peut dépasser la teneur en eau optimale de compactage sur une période de quatre à huit mois de l'année. La teneur en eau naturelle peut être très faible dans la zone nord, le Ferlo et dans une partie du Saloum. Néanmoins la teneur en eau naturelle peut être supérieure à la teneur en eau optimale de compactage en période humide. La durée de vie d'une route peut beaucoup être affectée par des défauts d'assainissement. Si la collecte et l'évacuation des eaux pluviales et souterraines hors de l'emprise des chaussées n'est pas bien faite, l'eau étant "l'ennemi numéro un" de la route, il peut s'en suivre des pertes de portance des matériaux de chaussée et de la plate-forme et une dégradation prématurée de la chaussée et même des ruptures de plate-forme. L'évaluation des eaux drainées par les bassins versants de la zone doit faire l'objet d'études poussées afin de bien dimensionner les ouvrages d'assainissement assurant ainsi la mise hors d'eau de la chaussée.

Paramètres de correction

Ils sont liés à l'aspect probabiliste du dimensionnement. En effet l'utilisation d'un modèle mathématique des structures de chaussées, les essais réalisés sur les matériaux sont basés sur des hypothèses probabilistes.

Pour en tenir compte, des coefficients sont utilisés dans le calcul des contraintes admissibles.

Le coefficient de calage k_c : permet de corriger l'écart entre les prédictions de la démarche de calcul ( modèle mathématique ) et l'observation du comportement de chaussées par rapport aux résultats des essais de laboratoire.

Le coefficient de risque k_r : il est lié à l'aspect aléatoire de la durée de vie d'une route déterminée à partir d'essais à chargement cyclique. Ce coefficient permet d'ajuster la déformation admissible au risque de calcul retenu en fonction des facteurs de dispersion sur l'épaisseur ( écart type sh )et sur les résultats des essais de fatigue ( écart type sn )

Le risque de calcul est défini par le Guide technique du LCPC comme suit :

Un risque de x% sur une période de p années pris pour le dimensionnement de la chaussée, c'est la probabilité pour qu'apparaissent au cours de ces p années des désordres qui impliqueraient des travaux de renforcement assimilable à une reconstruction de la chaussée, en l'absence de toute intervention d'entretien structural dans l'intervalle.

Le coefficient de rigidité k_s : pour tenir compte de l'hétérogénéité de la portance de la couche de faible rigidité devant supporter les couches liées;

Le coefficient de discontinuité k_{d :} dans les matériaux traités au liant hydraulique, ce coefficient permet de prendre en compte l'effet de discontinuité de la couche de base

Calcul des limites admissibles

Les limites admissibles correspondent soit à une contrainte soit à une déformation selon l’assise considérée. Pour les chaussées souples, à assise granulaire, on vérifiera la déformation verticale e_z à la surface des couches non liées et du sol support ainsi que l'élongation transversale e_t à la base des couches bitumineuses. On vérifiera néanmoins la contrainte verticale s_z à la surface de la couche et la déflexion W du sol support. Pour les chaussées à assise améliorée ou traitée au ciment, la contrainte de traction s_t à la base des couches améliorées ou traitées sera vérifiée ainsi que la déformation verticale e_z à la surface des couches non liées et du sol support

Sol support et matériaux non traités

Pour la plate-forme et les matériaux non traités (constitués de matériaux granulaires non liés), les contraintes sont caractérisées par les contraintes s_{z adm} et déformation e_{z adm} verticales admissibles au sommet de la couche. Elles sont calculées à partir des formules suivantes :

s_{z adm} =

en bars

(Kerkoven et Dormon)

e_{z adm} = 2,8.10 ^{- 2}N ^{– 0,25}

en mm

(Loi de tassement de Shell).

Matériaux traités au liant hydraulique

Pour ces genres de matériaux, la limite admissible est caractérisée par la contrainte de traction par flexion s_{t adm} à la base de la couche traitée. Elle s’exprime par la relation :

s_{t adm} = k_rk_dk_c k_ss_i

s_i =(1-6b)x(N/10⁶)^-bs₀ ; s₀ est la contrainte de flexion pour un cycle ;

ou

s_i = (N/10⁶)^-bs₆ ; avec s₆ =s_{0 ,} la contrainte de flexion pour 10⁶ cycles 

b est la pente de la courbe de fatigue semi-logarithmique ;

k_r est lié au risque supporté par la chaussée avec k_r = 10 ^-t.b.d ;

t est la fractile de la loi normale réduite centrée et est directement liée aux risques de dépassement du nombre de poids lourds;

b est la pente de la droite de fatigue bilogarithmique dans le domaine 10⁵-10⁶ cycles  avec :

b =

d est l’écart type sur les épaisseurs en cm avec

d = ;

d_N est la dispersion de la fatigue ;

d_H est la dispersion des épaisseurs ;

c est le coefficient reliant la variation de déformation à la variation aléatoire d’épaisseur de la chaussée , c est de l’ordre de 0,02 cm^-1 ;

k_d est le coefficient de discontinuité.

k_c est le coefficient de calage.

ks est le facteur de stabilité tenant compte des hétérogénéités locales de portance d’une couche d

Matériaux traités aux liants hydrocarbonés

La limite admissible pour les matériaux traités au bitume est l’élongation par traction à leur base e_{t adm}. Elle est donnée par la formule suivante :

E₁ est le module du matériau à la température équivalente de 10°C ;

E₂ est le module du matériau à la température équivalente du milieu d’utilisation (soit 30°C dans notre cas) ;

N est le trafic pondéral de dimensionnement ;

e₆ est l’élongation admissible pour une fréquence de 25 Hz et une température de 10°C ;

b est la pente de la loi de fatigue des matériaux ;

kr est le coefficient qui ajuste la valeur de la déformation admissible au risque de calcul retenu  kr = 10 ^-µ.b.d ;

µ est la fractile de la loi normale réduite centrée et est directement liée au niveau de risque choisi en fonction du niveau de trafic et de la catégorie de route ;

d est l’écart type sur les épaisseurs en cm avec d =

 ;

d_N est la dispersion de la fatigue ;

d_H est la dispersion des épaisseurs ;

c est le coefficient reliant la variation de déformation à la variation aléatoire d’épaisseur de la chaussée , c est de l’ordre de 0,02 cm^-1 ;

kc est le facteur de calage pour ajuster les résultats du modèle de calcul au comportement réel observé des chaussées ;

ks est le facteur de stabilité tenant compte des hétérogénéités locales de portance d’une couche d.

Procédés de calcul des contraintes dans les couches de structure

Le calcul des contraintes dans les couches de chaussée est réalisé à partir du logiciel Ecoroute et / ou Alizé. Pour ce faire chaque structure est modélisée et les matériaux entrant dans sa composition identifiés. Les paramètres d'entrée sur le code Ecoroute et / ou Alizé sont spécifiés ainsi que les contraintes et déformations admissibles des ces différents matériaux

Les contraintes calculées sont relevées sur un tableau présenté ci-dessous pour ensuite être comparées aux contraintes admissibles calculées auparavant.

Couches	Matériaux	Epaiss.	sz(bars)	ez (10^-6)	st(bars)	et (10^-6)
Revêtement
Base
Fondation
Plate-forme
	Wsol mm/100

Exemple de tableau de présentation des résultats du calcul avec Ecoroute

Couches	Matériaux	E	n	emin ( cm )	szad (bars)	ezad (10^-6)	stad (bars)	etad (10^-6)
Revêtement
Base
Fondation
Plate-forme	PF1

Exemple de tableau de présentation des paramètres de dimensionnement des structures avec les contraintes admissibles

Etape 1 : Détermination du trafic poids lourds

Le trafic est donné en millions de poids lourds sur la durée de vie escomptée de la route.

Il est exprimé par le trafic cumulé poids lourds N ( en nombre d'essieux standard ).

L'essieu standard est celui de 130 kN ou 13 tonnes, à deux ( 02 ) roues jumelées

La charge de référence est une charge uniformément répartie sur deux cercles de rayon a et dont les centres sont distants de 37.4 cm. Elle est schématisée par la figure ci-après.

q = 6.62 bars

Schématisation des charges

Etape 2 : Détermination de la classe de plate-forme

La classe de plate-forme est obtenue après une identification complète du matériau de plate-forme et la détermination du module de rigidité par essai à la plaque.

Le type de plate-forme se détermine après détermination des différentes paramètres que sont :

· les paramètres de nature

· les paramètres de comportement mécanique

· les paramètres d’état

a) les paramètres de nature :

a-1 La granularité

· Le diamètre maximal : Dmax

· Le tamisât à 80 mm : Pour évaluer leur sensibilité à l’eau.

· Le tamisat à 2 mm  : Ce paramètre permet de définir les sols à tendance sableuse et les sols à tendance graveleuse.

a-2 L’argilosité

· L’indice de plasticité : elle met en évidence l’influence de la teneur en eau sur la consistance du matériau.

· L’indice de consistance relative ( Ic ) : La consistance d’un matériau est la caractéristique rhéologique qui traduit le comportement plastique ou non plastique, et qui change avec les variations de teneur en eau. Il permet de situer le comportement du sol à l’état naturel par rapport à sa plasticité définie par les limites d’Atterberg.

· La valeur de bleu de méthylène : analyse de la sensibilité à l’eau du matériau

· L’analyse par sédimentométrie : Elle est utilisée pour définir la répartition des grains dont le diamètre est inférieur à 0,1 mm .

Les paramètres de comportement mécanique

Le comportement mécanique des sols de plate-forme est beaucoup tributaire du niveau de sollicitation donc du trafic et de l'état hydrique. La détermination des caractéristiques mécaniques doit donc se faire dans les conditions les plus défavorables de pluviométrie.

La portance à long terme permet de dimensionner les structures. Celle-ci est égale à la portance à long terme du sol augmentée le cas échéant, du gain de portance obtenu soit par une éventuelle couche de forme, soit par un éventuel traitement en place [205]. La portance du sol est mesurée par la détermination de l'indice CBR, du module de déformation EV2, ou du coefficient de rigidité k par essai à la plaque. On peut aussi procéder par examen visuel qui est néanmoins approximatif. Le coefficient de Poisson sera utile et est pris en moyenne égale à 0,35 pour les plates-formes

Les paramètres d’état

Il s’agit des paramètres qui ne sont pas propres au sol, mais fonction de l’environnement dans lequel il se trouve. Ces paramètres permettent de caractériser des sols et, pour certains d’entre eux, leur état de compacité en place.

C'est surtout l'état hydrique de la plate-forme qu'il faut connaître. En effet les variations de l'état hydrique de la plate-forme ont une grande influence sur la portance de cette dernière.

Généralement cinq états hydriques sont distingués dans les différentes classifications.

Ø L’état très humide (th)

C’est un état d’humidité très élevé ne permettant plus en général la réutilisation du sol;

Ø L’état humide (h)

C’est un état d’humidité élevé autorisant toutefois la réutilisation du sol en prenant des dispositions particulières (aération, traitement, etc.)

Ø L’état d’humidité moyenne (hm)

C’est l’état d’humidité optimale avec un minimum de contraintes pour la mise en œuvre

Ø L’état sec (s)

C’est un état d’humidité faible mais autorisant encore une mise en œuvre en des dispositions particulières (arrosage, sur compactage, etc.)

Ø L’état très sec (ts)

C ‘est un état d’humidité très faible ne permettant pas la réutilisation du sol dans des conditions technico-économiques actuelles.

Le classement suivant l'état hydrique se base sur les paramètres suivants:

· La position de la teneur en eau naturelle W_n par rapport à la teneur en eau de l'optimum Proctor normal :

W_n /W_opt

· La position de la teneur en eau naturelle W_n par rapport aux limites, qui s'exprime par l'indice de consistance I_c

I_c = (W_L - W_n)/I_P

· l’indice portant immédiat (IPI) qui exprime la valeur de l’indice CBR immédiat mesuré sans surcharge, ni immersion sur une éprouvette de sol compacté à l’énergie Proctor normal et à sa teneur en eau naturelle.

Il est donc nécessaire de connaître les teneurs en eau naturelle et la pluviométrie de la zone afin de savoir les conditions d'emploi de la plate-forme, de réalisation de certains essais, les traitements nécessaires et les modalités de mise en œuvre.

Ces paramètres étant déterminés, on pourra par la classification du sol de plate-forme et par la suite utiliser le tableau de classification des sols de plate-forme présenté au chapitre précédent pour déterminer le type de plate-forme auquel il correspond.

Etape 3 : Modélisation des structures

Après avoir déterminé le trafic poids lourd sur le tronçon du projet et les classes de plate-forme, on peut passer à la modélisation de la structure.

En fonction des matériaux existant dans la zone, il est possible de choisir une structure ou des variantes. Une analyse économique comparative permettra ensuite de choisir une option parmi ces variantes en fonction du budget.

Il faudra vérifier si les matériaux répondent aux spécifications données par le cahier de charges et répertorier les paramètres de calcul des contraintes admissibles (, contrainte et déformation à 10⁶ cycles, coefficient de calage…) ainsi que les paramètre d'entrée dans les logiciels Ecoroute et Alizé (module E. coefficient de poisson ..)

Etape 4 : Calcul des contraintes admissibles

Pour chaque matériaux et le sol support, calculer les contraintes admissibles en fonction de trafic et le type de matériau ou mélange ( granulaire, lié au liants hydraulique ou carboné)

Etape 5 : Calcul des contraintes sur la chaussée et vérification

A l’aide des logiciels de calcul, déterminer les contraintes et déformation dans les couches de chaussées et les comparer aux contraintes admissibles. Si les contraintes passent, les épaisseurs choisies sont bonnes si ce n’est pas le cas, augmenter une ou les épaisseurs et refaire le calcul des contraintes et déformation dans le corps de chaussées.