Cours De Route Tome 1 Miche Fauree.pdf

~T

T

La pente de la droite donne

Fig. 7

ll.3 -Influence de l'ean sur le comportement d'tm sol Nous avons vu que la résistance T .d'un sol au cisaillement est de la forme: T=C+N

.tg
Auparavant, on a établi que les efforts au sein d'un massif de sol sont la somme des forces intergranulaires et des forces intersticielles. T=T'+UT N=N'+ UL T et N: efforts totaux 1" et N': efforts intergranulaires UT>UN: efforts intersticiels Or dans l'eau, les forces sont toujours perpendiculaires aux swfaces considérées. Donc: UT=O et UN=U llreste: T=T' N=N'+U

Chapitre 8 : Géoteclmique rowrere

177

La loi de Coulomb devient: T'=C+(N-U)tgcp La résistance au cisaillement est donc diminuée de U.tg cp L'eau contenue dans lm sol tend à diminuer sa résistance à toute sollicitation extérieure. Ileau sera donc l'ennemi numéro 1 de l'ingénieur routier.

m- OBjECI1FS DE L'INGENIEURROUI1ER AU REGARD DU COMPORTEMENT DU SOL Cingénieur routier a principalement deux objectifsde qualité conditionnés par le comportement des sols. - La tenue des talus - La résistance des remblais et couches de chaussée aux défonnations m.l - Obj~tifsde Qualité llI.l.l -La tenue des talus

La rupture d'un talus est due au glissement d'une masse de terre par rapport à une masse plus stable. Cf figure 8. Le long de cette ligne de glissement, c'est la résistance du sol au cisaillement qui est sollicitée. Une telle étude nécessite la connaissance parfaite des caractéristiques du sol,de la géométrie des talus et des conditions hydrologiques. Elle doit être menée par un bureau d'étude compétent.

Fig. 8

1I1.1.2-Larésistance des remblais et couches de cluw.ssée aux dé/onnotions - Ilingénieur recherchera une bonne portance en swface. - Ilabsence de tassement ultérieur. Plus les grains seront resserrés les uns contre les autres, meilleure sera la résistance du sol au cisaillement et meilleur sera le comportementdes remblais et des couches de chaussées. Ilingénieur routier aura donc à coeur de resserrer les grains, ce qui conduira à viser un indice des vides leplus petit possible. Pour cela, il aura recours au compactage.

IiI.2- Le compactage

des sols

Au cours d'un chantier de terrassement, les manoeuvres d'extraction et de transport du sol brassent le sol. Lorsqu'il est déversé des engins de transport, il n'a aucune portance parce que les

COURS DE ROUTES

178

grains ne sont pas serrés les WlS contre les autres : les points de contacts entre grains étant peu nombreux, la résistance au cisaillement est donc faible; d'où l'incapacité du sol à supporter des charges. Le compactage des sols est donc indispensable. IlI.2.1

- POTal'IWIresinfluant sur le compactage

a) Energie du compacteur Plus les forces extérieures appliquées par l'engin de compactage seront importantes, plus les efforts de cisaillement au sein du massif seront importants, meilleur sera le réarrangement des grains, et donc la résistance du sol à supporter des sollicitations ultérieures.

b) Perméabilité du sol Pour un sol pulvérulent (ou granulaire), l'air n'a aucune difficulté à s'évacuer. En revanche, pour un sol cohérent (argileux), les vides sont microscopiques et l'air s'évacuera plus difficilement, s'opposant ainsi au réarrangement des grains. Ce phénomène sera aggravé par la présence d'eau dans le sol.

c) Quantité d'eau dans le sol Un peu d'eau dans le sol contribue à une «lubrification» naturelle des grains et aide au réarrangement des grains. Trop d'eau, notamment dans les sols argileux, fait chuter leur résistance au cisaillement, donc leur portance. 1l1.2.2 - Comportement des sols au compac~e Ilingénieur routier dispose principalement de deux outils pour prédire le comportement des sols au compactage. Les essais Proctor (cf paragraphe ID 2.2.1.1) : ce sont des essais réalisés en laboratoire sur échantillons de sol prélevés dans les zones d'extraction. En matière de tenassement, on utilisera l'essai Proctor Normal (cf paragraphe IV 1.1.5.1). En effet, le compactage aura surtout pour but d'éviter des tassements ultérieurs. Pour une couche de chaussée, on utilisera l'essai Proctor Modifié, il met en jeu des énergies plus importantes, le compactage visera une augmentation de la résistance mécanique de la couche (un accroissement du poids spécifique de quelques points peut entraîner une majoration de 40 % à 50 % de résistance, et donc une augmentation sensible de la durée de vie de la chaussée).

Le guide technique pour la réalisation des remblais el des couches de formes (G.T.R.) : c'est un document élaboré conjointement par le laboratoire Central des Ponts et Chaussées (LCPC) et le Service d'Etudes Techniques des Routes et Autoroutes (SETRA) et publié en septembre 1992 (cf paragraphe IV).

Chapitre 8 : Géotechnique routière

179

m.2.2.1. Les essais Proctor et GER IIL2.2.1.1 - Les essais Proctor On compacte dans un moule un certain volume de sol On étudie, pour une énergie de compactage donnée (c'est la masse de la dame x hauteur de chute x nombre de chutes), la variation de valeur de, la densité sèche du matériau l d en fonction de la variation de la teneur en eau de celui-ci. Les résultats sont portés sur un graphique portant en abscisse la teneur en eau et en ordonnée la densité sèche. Sur ce graphique peuvent également être portées les courbes représentatives de l'état du sol ()' d' w) pour un pourcentage d'air constant: volume de l'air

a=------

volume total Prenons un échantillon de sol dont le volume est égal à l'unité. Nous retrouvons alors les proportions suivantes (cf notations et définitions au paragraphe 1.2) yoLUME ......................•.•.........

-

,.-------,

1- Yd

o

Ya .............................. -.. t-----f

W'Yd

Yw .

V=I

Wx_Yd

W'Yd

Yw .................................. t-----f Yd

. Yd

Ys

................................... '-------1.

Les courbes "a

= constante"

1

W

)' s

)'w

)'d(- +-

ont donc pour équation

_

(cf figure 9)

)=I·-a

Ce sont des hypexboles:

* d'ordonnée

*

à l'origine

:)'d

= l. (1-

a)

d'asymptote, l'axe des x. Lorsque le sol est saturé, iln'y a plus d'air (a = 0); la courbe représentative de cet état, dite combe de saturation, a pour équation:

COURS DE ROUTES

180

w Coulbesd'tgal degréde vide d'airdans la représenlatWnde Proctor. Fig 9 Yd

Y. Yo(l.o»

Courbe de saturation

,Yd

= --__:_1+ --

Y. WYs

Yw

Diagramme Proctor complet. Fig. 10

Lorsquel'on réalise l'essai Proctor,pour une énergie de compactage donnée, on constate que lacourbe ld =f(W) présente un maximum (cf figure 10). Lorsque l'énergie de compactage augmente, ce maximum se déplace vers les points de densité sèche plus élevée, mais de teneur en eau plus faible. Pour les diverses énergies de compactage étudiées, les combes Proctor s'emboUentles unes dans les autres et ont une asymptotecommune, proche de lacombe a = constante = 3 %. Qualitativement, on peut assez facilement comprendre ce phénomène (suivre les raisonnements suivants sur le graphique).

__________

C_ha~'P"_lt_· ,.,_e_8_:_C_é_o_te_d_"uq~·,,_ue_ro.:..:.u_tie~'r~e

~UJI

Pour une énergie de compactage donnée, aux faibles teneurs en eau, la résistance 1111 cisaillement du sol est élevée. Les densités sèches obtenues sont faibles. Puis la teneur en OIllI augmentant, cette résistance au cisaillement va chuter, le réarrangement des grains sem ph IH aisé, le compactage sera plus efficace, la densité sèche s'accroîtra. Mais si l'on continue à faire croître la teneur en eau, au-delà du maximum Proctor, l'ni l' contenu en faible proportion dans le sol (a::. 5 % à 10 %) ne parviendra plus à s'échapper : l'accroissement de la teneur en eau ne pourra donc faire que par un accroissement du volume des vides, donc par une baisse de la densité sèche. Pour une teneur en eau donnée, faire croître l'énergie de compactage permet l.oul d'abord de faire croître la densité sèche. Mais lorsque l'on traverse la COwDe des optimums Proctor, l'accroissement d'énergie ne permet plus de chasser tout l'air contenu encore dallH III sol. fi arrive même un stade où l'accroissement d'énergie ne permet plus d'obtenir un accroissement de la densité sèche. Au contraire, on constate un phénomène appelé «matelassage» ou «coussin de caoutchouc» : sous l'effet du compactage trop intensif, l'air et l'eau contenus dans le sol cherchent à s'échapper de la zone d'effet du compacteur et viennent désorganiser les parties adjacentes déjà compactées : dans ces conditions, il importe d'arrêter aussitôt le compactage. Ce diagramme PRocroR est donc très important pour apprécier comment l'on va compacter un sol pour lui donne~ la meilleure densité sèche possible. Toutefois, ceci n'est pas suffisant pour apprécier quelle sera la portance future du sol. Un second essai, le Califomian Bearing Ratio (essai CBR) permet d'étudier ce phénomène.

se

11l2.2.1.2 - Essai CBR (NormeNFP U(78) Eindice CBR est le résultat d'un essai mécanique permettant de caractériser la portance d'un sol. fi est déterminé à partir de la mesure de l'enfoncement d'une pointe normalisée dans un échantillon compacté à l'énergie PROCfOR (cf § IY.l.1.5.1). Plus cet indice est élevé, meilleur est le comportement du sol. A titre indicatif, on pourra retenir l'échelle des valeurs suivante: indice CBR 3

qualité de la portance très faible à nulle

6----~faib~·~œ----------------10 20

moyenne

---+~-----------------bonne ----+-très~~bo--nn-e~à-€OO--œll~en--te--------

Cet essai est généralement couplé avec l'essai PROCTOR ; si bien que, pour étudier un sol, on disposera de deux COuIDes en fonction de la teneur en eau (pROCfOR et CBR).

COURS DE ROUTES

182

En utilisant les deux graphiques (Proctor et CBR), on peut définir les conditions de réemploi d'un sol en visant, tout d'abord, une bonne portance, puis en déterminant l'énergie de compactage appropriée pour obtenir ]a densité sèche optimale. Bien entendu, il sera nécessaire de s'adapter à la teneur en eau du sol, soit en rabaissant, soit en la relevant, soit en ne réutilisant pas le sol si sa teneur en eau est beaucoup trop élevée.

Courbe de saturation a

=0

'Ys

Courbe Proctor

w

CBR

Courbe de poinçonnement CBR Immédiat

w Fig. Il DÙJ,gr(lJ'1'lTMProctor + C.B.R.

IV - LE GUIDE DES TERRASSEMENTS ROUTIERs (G.T.R.) Ce document reprend l'expérience de plus de trente ans de terrassements routiers en Frunce. fi se décompose en deux fascicules : - fascicule 1 : principes généraux - fascicule 2 : annexes techniques

Chapitre

8 : Géotec1&l1iqueroutière

183

Le principe de ce document est de prévoir le comportement des sols en fonction de leur nature, de leur état hydrique, des conditions météorologiques et du type de compacteur utilisé. n définit les modalités d'extraction nécessaires à la maîtrise de la teneur en eau des matériaux, les limites de leur utilisation (hauteur maximale de remblais), l'épaisseur des couches de remblai et l'énergie de compactage à mettre en œuvre.' La fiabilité de l'application de ce document repose principalement sur la bonne identification des matériaux extraits. On distingue trois grandes familles : -les matériaux meubles -les roches -les sols organiques et sous produits industriels. IY.I - Matériaux meubles IY.l.l

- Paramètres utilisés pour la classification des sols

I.v.1.1.1 - Granulométrie (Norme NFP 94-056 et 057) Le classement du matériau s'opère par tri à travers une colonne de tamis dont la dimension des mailles normalisées déeroit à mesure qu'on s'approche de la base (la plus petite dimension de tamis est 80 J.lm). Après pesée du contenu de chaque tamis, on trace la combe granulométrique : - en abscisse, on reporte le logarithme de la dimension de la maille du tamis. - en ordonnée, on porte le pourcentage en poids de matériau passant àtravers le tamis considéré. C'est le «tamisat» ou le «passant». Le complément à 100 % du «tamisat- ou du «passant» est le refus. Les valeurs caractéristiques mesurées sont: Dmax : dimension maximale des plus gros éléments contenus dans le sol. On distingue les deux familles de sol suivantes : - Dmax < 50mm : ce sont des sols fins, sableux et graveleux - Dmax > 50mm : ce sont des sols blocailleux. Cette limite est utilisée pour distinguer les sols pouvant être malaxés avec un liant hydraulique (lorsque ce type de traitement est nécessaire). Tamisat à 2mm : pourcentage de passant au tamis de 2mm. Ce paramètre permet d'établir une distinction entre les sols à tendance sableuse (au delà de 70 %) et les sols à tendance graveleuse (en deçà de 70%). Tamisat à 80 J.LUl : ce paramètre permet de distinguer les sols riches en fines et d'évaluer leur sensibilité à l'eau. Au delà de 35 %, le comportement du sol est 'Considéré comme régi par celui de sa fraction fine ( S; 80 J.LUl). lapage suivante (cffigure 12) donne rexemple d'une courbe granulométrique pratiquée sur une grave alluvionnaire prélevée dans le lit du Rhône à hauteur de Bourg-lès-Valence. .

COURS DE ROUTES

184

Ont été reportées en surcharge les DIO>D30 et D60' Ce sont les dimensionsdes tamis au travers desquels passent respectivement 10%, 30% et 60% des grains du sol. Ces valeurs sont souventutilisées pour ~tériser - Coefficientd'uniformité: ~ D60 / DIO -

= Coefficientde courbure : Cc = (D3Ù) 2/ DIO xD60

FONDASOL 800
ANALySE GRANULOMETRIUUE : S3

cnantler: Do.. 18r

une courbe granulométrique:

BOURGLES VALENCE CL93

.,.... nt.eo_

ProfDn
CO/D): 1I.B'

GUYE ALLUVIONNaIRE ou RHOtE

w " •

80

.. .. .. 1· ; ~ .. ..

BADS SABLE

SABlE FIN

LIHON

... NlIllf

GRAVIERS

CAILLOUX

V

~

i

,

Cl ra

Cl

1

i:il .. .... @ 0

/

(aO

•i ô

~ t._.; ô

If< DJAIETAES EQUIVALENTS

h

••

V

a

"

a 010

"

~

-.. 'FNat

..

8

a

"

.: lIlD

a '100;

. i

!

li

Fig. 12

IlŒ1.2 -Limues d'Atterberg: (Norme NFP 94-051) La mesure des limites d'Atterbergs'effectuesur lafractionde sol dont les plus groséléments sont de dimensioninférieure à 400 JlIIl. Elle permet de caractériser l'argilositédu sol. On mesure deux limites : a) Limite de plasticité: Wp C'est la teneur en eau limite qui sépare deux états différents du sol : état solide et état plastique. b) Limite de liquidité: WL C'est la teneur en eau limite qui sépare l'état plastique du sol de l'état liquide. On utilise deux paramètres :

CIUJpitre 8 : Géoteclmique roUlière

185

a) Indice de plasticité On définit l'indice de plasticité du sol par la relation: Ip = WL - Wp Plus Ip est grand, plus il faut d'eau pour faire passer le sol d'un état solide à un état liquide. Moins ce sol est sensible aux variations de teneur en eau donc aux conditions météorologiques. Lorsque Ip est faible, cela veut dire qu'il faut une faible variation de teneur en eau pour que le sol change d'état; il comporte donc une faible proportion d'argile (d ~ 2 um). Cest un matériau tres sensibleaux conditionsmétéorologiques. C'est le cas des limons (matériauxinférieurs à 20 JlIll) par exemple. Lorsque Ip < 10, il devient difficile à mesurer,l'essai n'est plus significatif.nfaut recourir soit à lavaleur de bleu du sol (cf paragraphe IY.l.1.3) soit à l'équivalent de sable (cf paragraphe IY.l.1.4). Les seuils retenus pour classer les sols sont: Ip ~ 12 : sols faiblement argileux 12 < Ip s 25 : sols moyennement argileux 25 < Ip s 40 : sols argileux Ip > 40 : sols très argileux b) Indice de consistance A partir de Wp, WL et de la teneur en eau W, on a construit un paramètre d'état: l'indice de consistance Ic : WL-W

WL-W

1=---c- WL- Wp Ip W> WL : le sol est dans un état liquide

* si 0 < Ic < 1:

Wp < W < WL: le sol est dans un état plastique

* si Ic > 1 :

,W < Wp: le sol est dans un état solide

Le schéma ci-dessous résume l'ensemble de ces notions :

1r-Wt,.WP

O
Ic
186

COURS DE ROUTES

N.1.1.3 - Valew-debleu du sol: VBS (NormeNFP 94-068) La mesure de bleu se pratique sur la fraction Of2mm du sol. La VBS représente la quantité de bleu de Méthylène pouvant s'adsorber sur les surfaces externes et internes des particules du sol. Cette valeur est directement proportionnelle à la surface spécifique du sol. Etant donné que dans un sol, la surface développée des petites particules, est largement prépondérante, la surface spécifique d'un sol correspond à peu de chose près à celle de sa fraction argileuse. La VBS caractérise donc l'argilosité d'un sol. Principe de l'essai : Le sol à étudier est mis en suspension dans de l'eau. On ajoute du bleu de méthylène qui se fixe sur les éléments ultrafins contenus dans la fraction argileuse; cet ajout se poursuit jusqu'à saturation. A chaque ajout, on prélève une petite fraction de mélange qu'on dispose sur un papier buvard. VBS lp Tant que toutes les particules de sol ne sont pas SoIIIuoaoibIa"'_ recouvertes de bleu, une auréole d'eau se dessine 0.1 ;----------i' autour de la tache. Lorsque toutes les particules de sol sont recou- O.l vertes, le bleu est en excès et laisse une auréole bleuu;-+ tée autour de la tache. lÀIIS II peu pIaJIiquos La valeur trouvée est alors rapportée à la fraction SIbIa..pc..x OID (D = 50 mm si D > 50 mm) par une règle de propor- U --------.-.- ama ..... --_12 Sobla&oa~ tionnalité. u.-. r..a-llà .......... Le domaine d'utilisation de laVBS est étendu à tous +----------+..u les sols (de très faiblement argileux à très argileux). Il ne permet toutefois pas d'établir, comme avec l'Ic' l'état du sol en fonction de sa teneur en eau.

;----------+

Les seuils retenus pour classer les sols sont donnés ci-contre (cf figure 13). Nota: Les valeurs d1P sont données à titre iruJicaJif pour les situer par

Fig. 13

rapport à la II.B.S.

eau claire

N.1.1.4 - Equivalent de sable: ES La mesure d'équivalent de sable sert à mesurer la propreté des sables. Elle se pratique sur la fraction OI2mm d'un sol faiblement plastique (Ip < 10). On place un volume donné d'échantillon dans une éprouvette graduée (cf figure 14) dans laquelle est versé un mélange d'eau et de solution flo-

J

te

" •

floculaI

0" 0

D"

_ ..."_o ,,=-"_o ......'--_ Fig. 14

Sable

Chapitre

8 : Géo'echni.que routière

187

culante destinée à séparer les grains argileux des grains de sable et à les mettre en suspension. Après agitation normalisée, on laisse reposer le matériau. Par définition, ES

h = _2 -

x 100

hl

Plus ES est important, plus le sable est propre. Pour une valeur ES < 20, on considère que le matériau est argileux; l'essai n'est plus significatif; ilfaut recourir à la mesure de la Y.B.S. (cf figure 15). A titre indicatif, on peut situer les valeurs suivantes : Pour les terrassements, la Y.B.S. ayant une bonne représentativité, l'ES est progressivement délaissé. TI est toutefois encore utilisé pour caractériser la propreté des sables utilisés en couches de chaussée. IV.1.1.5 - Essais Mécaniques caractérisant le componemeni des sols

o Non significatif 20

Médiocre 30 Passable 45 Moyen 60

IY.1.1.5.1 - Essais PROCfOR Normal (Norme NFP 94-(93) :

Le but d'un essai PROCfOR est d'étudier le comportement d'un sol en fonction de sa teneur en eau pour une énergie de compactage donnée. Cette énergie est caractérisée par : -la dame définie par sa masse et sa hauteur de chute -le nombre de chutes appliquées au sol.

Propre 80 100

Très propre

Fig. 15

En géotechnique routière, on distingue 2 types d'essais PROcroR: -l'essai PROCfOR Normal réservé à l'étude des matériaux de remblais, -l'essai PROCfOR Modifié destiné aux couches de forme et de chaussée.

Ils se distinguent principalement par l'énergie de compactage mise en jeu; Elle est beaucoup plus importante pour le Modifié que pour le Normal. IY.l.1.5.2 - Indice Ponant Immëdiaz (Norme NFP 94-(78) :

La notion d'Indice Portant Immédiat (lPl) est très semblable à celle de l'indice CBR. Les procédures pour chac~ des deux essais permettant de les mesurer ne diffèrent que par quelques petites subtilités sur le dispositif expérimental. Les ordres de grandeur sont donc les mêmes (cf échelle des valeurs do~ée ID.2.2.1.2) .

au §

IlŒ1.6 - Essais Mécaniques caractérisant la résistance des sols à lafragmentation Jv.1.1.6.1 - Essais

ms ANGElES: (IA)

(Nonne NFP 18-573)

Cet essai est principalement pratiqué sur les matériaux utilisés en couche de chaussée. On se reportera au chapitre «granulats» pour sa description.

COURS DE ROUI'ES

188

1Y.1.1.6.2 - Essai Micro Deval en Présenced'eau: (MDE) (Norme NFP 18-572) Cet essai est également pratiqué pour les matériaux utilisés en couche de chaussée. 1Y.1.1.6.3 - Coefficient defrinhililé des sables (FS) (Norme NFP 18-576) Cet essai est pratiqué sur la fraction 011 ou O/2mm du sol considéré. Jv.l.2 - Paramètres d'état hydrique En fonction du comportement du sol selon sa teneur en eau, on définit les états hydriques suivants :

Etat très humide (th) C'est en général, un état qui ne permet pas la réutilisation des matériaux dans des conditions technieo-économiques intéressantes en France. Etat humide (h) Etat demandant des précautions particulières (aération, traitement, hauteur de remblais faible ...).

Etat moyen (m) Etat idéal pour utilisation du matériau en remblai. Etat sec (s) Etat d'humidité faible mais permettant l'utilisation des matériaux avec des précautions particulières (arrosage, surcompactage). Etat très sec (ts) Etat d'humidité trop faible pour permettre la réutilisation des matériaux dans des conditions technico-économiques acceptables en France. IY.2 - Classification des matériaux Ilanalyse des pammètres permet de classer très précisément les matériaux selon leur famille de comportement mécanique; (ln retrouve l'essentiel de ces familles dans le tableau synoptique à la page suivante.

Caractënsauon. de l'état hydrique Pour caractériser cet état, on dispose de trois pammètres : - ~Optimum Protor Normal (OPN): il suffit de comparer W naturelle à W à l'OPN. - Ilindice de consistance (Id : on se reportera à la mesure des limites d'Atte:rberg. - Ilindice portant immédiat (!PI) . On donne ci-dessous un exemple de classification, extrait du G.T.R. concernant les sols sableux et graveleux avec fines (cf figure 16).

CluJpitre 8 : Géotechnique routière

189

PassantASO JUIl

Ip

)~ 12

100%

A2

AI

..... ,.

40

2S

A3 A.

35%

Sols Dmax S 50 mm

B5

B. Passant Il 2 mn

12%

DI

100%

B2

BI

70 %

Dz

B,

B.

0%

0%

o

0,1

0,2

1,5

2,5

6

8

.... V BS

,

Passant. 80 JUIl )~

Sols Dmax > 50 mm

CIOUCZ

12%

h U'I

1

CI: matériaux roulés et matériaux anguleux peu charpentés (0/50 > 60 à 80 %) Cz: matériaux anguleux très charpentés (0/50 :s; 60 à 80 %)

VBS

.....

o

0,1

Roches carbonatées

Matériaux rocheux

Roches sédimentaires

Roches magmatiques et métamorphiques

Matériaux particuliers

Roches argileuses

Craies Calcaires

R

Mames, argilites, pélites ...

RJ

Roches siliceuses Grès, poudingues, brèches, .. Roches salines Sel gemme, gypse Granites, basaltes,· andésites, gneiss, schistes métamorphiques et ardoisiers ...

Sols organiques et sous-produits industriels

R

R

R,

R.

F

COURS DE ROUTES

190

SOLSSABLEUXETGRAYELEUX AVEC FINES

CI.....

p-- - _dl-_dl.... --

a......_I1_

110_

-

.;::.,

""""

.. :=:r=~= .....,. .....

.Q.'~_f:Q,I

-- ~~.~_CIIMt" ... .............. C18t .......

~

oan... ~(

_..... -

slO"",.

m.."sss

---

•••

Il

..

a.2

•••

-~ --.......

.-

~o.

........

........

lb"

"',ID

dlrMc*In.. \WIIIontdl"'" ......

LlIaQu'II ........... d6patpvwiloh.la

(Ianc:Ir:a •

~I'IIIpPe ..

......

_tn

C<"~.CII t.1OW_S •• <1,25w_

11,-

u.... ,•• e 1.tO._

""_~

................ ""'*"";1.. _"""" bIta.... ~ ......... ~

~.'ImIIaNr..,..CIIMNr.,.._,..

0.5-"'-'<0.11 __

IS ...

....

-0.-

................ ..

._....

"*'.....

~ .....

en oouc:t.

lb..

......... ~( .. ...,.

.. ........

......,. ......... cu-~LA.

'*"danI .. _

..<0,5 __

r..........

CMlNctI(......, ....

..,.,..~

~plMchld'...._).

......

-..c" LHnIc;IMik.......... DMlttn".....d' .....

.... ~.

1IC)E).

a..

(MIbaj ..

.... ..... ..... ..... .... ..... ...., ... "... .... .....

""'ww.'lt1.25w_

COIdIIdllCftnt .. ....,... ptr ............ .....rtIIIWII»"...,..~dII .... 1'$).

·_uo,..sW

..

Lar ....

tnpcMWt ____

.....

C*IIloaOl8~dlNIeNPPL).

Ltu .....

·... u_~_ .. ..

__

r..&. ........

~Plflc:Nd'...._"

....... fnllUWœ..,~

.. 1

..

s...

.v.cdllLH.........

·l,tc_t:Q,I

....

...

....~

-1'$).

or-.

........ ,.t;\ft •..... t_ ....

........

.....'""*'.. c::oa..baw'*'-lll.~ La.........

....•

._dl_

~pMcIpouK

_II

~_- _.~_ - - ---.- -Il no-... ....

... _ ... ..,.

LAU(iti

LA,,4SOI,I

....... B•

........... "m ... .......

...... ...

Fig. 16.

I.v.3 - Matériaux rocheux Les matériaux rocheux sont classifiés selon leur origine géologique : sédimentaire ou magmatique et métamorphique, Outre le choix de laméthode d'extraction qui n'est pas abordé dans le GrR, ilfaut considérer: -l'aptitude du matériau à se fragmenter et à produire des éléments fins sensibles à l'eau au cours de cette fragmentation. -la potentialité à évoluer sous l'action mécanique et/ou de l'eau et du gel -la teneur en eau de certaines roches très fragmentables telles les craies, les marnes, les schistes sédimentaires. -la teneur en éléments solubles dans le cas de roches salines (gypse par exemple). Les paramètres utilisés sont: Teneur en eau : Wn

Los Angeles: LA Micro Deval en présence d'eau: Fragmentabilité: FR

MDE

FR exprime le rapport des diamètres correspondant au passant de 10 % (DIO) d'un matériau avant et après avoir subi l'énergie de compactage de l'essai Protor normal.

Chapitre 8 : Géotechnique routière

191

Cet essai est pratiqué sur les sols plus ou moins friables pour lesquels les coefficients et MDE manquent de sensibilité. Dégradabüité: DG DG exprime le rapport des diamètres DIO d'un matériau avant et après avoir été sownis à des cycles normalisés de séchage-immersion. Teneur en sel soluble Elle se mesure sur les roches salines. Densitésèche : Pd C'est un paramètre en bonne corrélation avec lafragmentationdes roches tendres sédimentaires. Paramètre d'état hydrique Comme pour les sols meubles, dans le cas de roches tendres pouvant contenir de l'eau, on caractérise leur état hydrique à partir d'essais Proctor normaux et essais CBR immédiats. On donne ci-dessous un exemple de classification des matériaux rocheux par le CTR, extrait du G.T.R.concernant les matériaux rocheux (évolutifSou non évolutifs) - classe R (cf figure 17). . LA

IIATERIAUXROCHEUX

-~

__

(6nluUfaet_ ............

la_

'-- .................

CIII:AI ....

""_""Il ___ ....___..~.a...._,..... .....• _.......--..'t.~~ ____

................

__ _.._ _ .._--- ............... --_ _--_ -.....-_- ..........

..._ ............................ ~ .. ...... .....Il~........"' ........ ,...CIOI'iII'Iut ...... _l

COIft

t.lcfd~t.'··.~2'7

'I.t
,.,.cEl

Ucfd".7 ••

.....".

a.

,..=..

__ '_" "~"'''''''~d\N'''" .. __ parw.~

..

...

Il

~blQl.ell""'*,"'''''''''''CIIAe'''' - ........ rWCII. ... ,..,. .............

rr... ...........................

cwa..-.................................

_,..............

..

.,......_

.El<:

_

Lan~"""",,"""."'''''' rw1iIIIIIou_~ ...... _ ...........

...

c........,............... ................ .,. ...... ..-... ov.--.........

___

.........

,...

....

CICIftIÔM,_.................

"'-

,.,._

o.. .......... r-*'ll .............. ......

pMWCCllrihfa ........ ...... ar.., ... ctWrIIIcIn .....

.. Ia_

....

Id" 1.7

....... __ ...... ,.tQn.

........

011........ 1a___

- ----~

..

~....,._,_

dola_

___

)IIICIIIIIrMI ..........

1.1c... ~t.7 ••• <1•

""'.1tl ••lI'I1

""1.I ••

sw.cat

""'.1·I1'o·.C. td~u."'~"'21

_ ..

fd".I .....cM

I&IE.........

.." a ............

.....,Ift~

Fig. 17

1d='1.1

---

..

--

...

-.. _-...

,.

-

~ ~ ~

..,. ~..,.

r--

....

1--1--

....

..,.

..

.. ..

COURS DE ROUTES

192

1Y.4 - ~

orgaoiqu.es el sous produi1s industriels

Lëtendue de ces matériaux est grande, ceux-ci ont été classés en neuf familles par le G.TR. auquel nous conseillons de vous reporter. Nous donnerons simplement ici le tableau général de classification les concernant.

FamiDe de matériaux

Symbole

Matériaux naturels renfennant matières orzaniques Cendres volantes silicoalumineuses

FI F2

Schistes houillers

F3

Schistes des mines de potasse

F4

Phosphogypse

F5

Mâchefers d'incinération d'ordures ménagères

F6

Matériaux de démolition

F7

laitiers de hautsfourneaux Autres sous-produits industriels

F8

v - ClASSIFICATION

F9

paramètre(s) ooœidéré(s) comme significatif{s)vis-à-vis du réemploi

Teneur en matières organiques puis examen des de leurs caractéristiques géotechniques de manière analoene aux sols A 8 ou C Rapport entre leur teneur en eau naturelle et leur teneur en eau optimum Proctor normal. Valeur de l'IPI à la teneur en eau naturelle Taux de combustion et examen de leurs caraetéristiques géotechniques de manière analogue aux sols A, 8, C ou aux matériaux rocheux Teneur en NaCi ; pour ceux à faible teneur, examen de leurs caractéristiques géotechniques de manière analogue aux sols A, 8 ou C Mode d'obtention comportant ou non une neutralisation à lachaux, examen de lagranulométrie et de la teneur en eau Taux d'imbrOlés et d'éléments solubles. qualité du défenaillage, du criblage et de l'homogénéisation, durée du stockage, présence ou non de cendres volantes de combustion Qualité du défenaillage et de l'homogénéisation, présence d'éléments indésirables (plâtre, bois,...), granulométrie Caractéristiques géotechniques de manière analogue aux sols 8, C, D, ou aux matériaux rocheux Paramètres à définir à l'appui d'une étude spécifique

LCPC

A titre d'information,parce que cette classificationest bien imagée et historiquement à l'origine du G.T.R, nous donnons ci-après le tableau de classification anciennement utilisé.

Chapit,.e 8 : Géotec1uûque routiè,.e

Il SI SI

u ai

R

Ill!

~

J,«

IL al Q lU

a

::§

~ ~ Q

Il R

~

~

.._ JI 1 li•l .lj ·h 1

•1

f!••

:1 Il1)

i

0

._...

:il Il $ Il iii ~

0

H~.

IJ

~1 d!Ît J U.o'f Udf l H~1. ...o JI •t •t t. i:

11

1

t

1:1

11

'" 1 i ~ ~ i ~~ i~ " e ! " ~.. ~ ~ . ~i.

1'"

e't

i't U. "Z

~Ji ijl

1 .." -1 uh JIli I~

h.~ hi ~ 1IJ' UU 411 H~ Isl JI1

1

1..

1..

1

.)(4.

i

j

li ..

~1

€~

~il

194

.

COURS DE ROUTES

BffiUOGRAPHIE

[1] Circulaire n" 64 du 4 juillet 1957 »Nomendature routière» (Illème partie A-l) [2] G. ARQUIE - Théorie générale de l'influence de la teneur en eau sur les résultats de compactage, Bulletin de liaison des laboratoires nOM [3] Classification Lc.p.e. - Service des Publications du laboratoire Central des Ponts et Chaussées [4] GrR - Guide technique pour la réalisation des remblais et des couches def017M, septembre 1992 - SETRA-LCPC Normes AFNOR -NFP1l300

Exécution des Terrassements Classification des matériaux utilisables dans la construction des remhlais et des couches de forme d'infrastructures routières. - P 18-101 (1990)Granulats - Vocabulaire - Définitions et classification - P 18-572 (l990)Granulats - Essai d'usure Micro-Deval - P 18-573 (l990)Granulats - Essai Los Angeles - P 18-574 (1990)Granulats - Essai de fragmentation dynamique - P 18-576 (1990)Granulats - Mesure du coefficient de friabilité des sables - P 18-593 (l990)Granulats - Sensibilité au gel - NFP 94--050 (1991) Sols: reconnaissance et essais - Détermination de la teneur en eau pondérale des sols - Méthode par étuvage - P 94-051 (1991) Sols: reconnaissance et essais-Détermination des limites d'Atterberg Limite de liquidité à la coupelle - Limite de plasticité au rouleau - NFP 94-055 (1991) Sols: reconnaissance et essais - Détemiination de la teneur pondérale en matière organique - P 94-056 Sols: reconnaissance et essais-Détermination de la granulometrie des sols par tamisage - P 94-057 Sols : reconnaissance et essais-Détermination de la granulometrie des sols fins par sédimentation - P 94-064 Sols : reconnaissance et essais-Masse volumique d'un échantillon de roche déshydraté - P 94-066 Sols : reconnaissance et essais-Mesure du coefficient de fragmentahili té des matériaux rocheux - P 94-067 Sols : reconnaissance et essais-Mesure du coefficient de dégradabilité des matériaux rocheux - P 94--068 Sols : reconnaissance et essais-Valeur au hleu de méthylène d'un sol Méthode à la tache - P94-078 Sols : reconnaissance et essais-indice CBR après immersion Indice CBR immédiat -Indice portant immédiat - P94-093 Sols: reconnaissance et essais-Détermination des caractéristiques de modifié. compactage d'un sol par l'essai PROCfOR Normal et PROCfOR Modifié

OJapitre9

VEAU DANS LES SOLS par Michel FAURE Société des Autoroutes Paris - Rhin - Rhône

n est fréquent

d'entendre que l'eau, quelle que soit son origine (pluie, eau infiltrée dans le sol) est l'ennemie n" l des techniciens routiers. En effet, l'eau affecte autant les travaux de construction de la route, que le comportement ultérieur de celle-ci durant son existence, aussi n'est-il pas exagéré d'affirmer que l'eau est un problème fondamental de la technique routière.

Les effets de l'eau SUT l'infrastructure sont de deu» sortes : * ceux qui mettent en jeu la sécurité des usagers par temps de pluie (glissance des chaussées, diminution des conditions de visibilité, inondations, etc.) * ceux qui influent sur la pérennité des ouvrages: il s'agit de problèmes d'érosion des sols, de stabilité des talus et de perte de portance des sols pouvant entraîner la destruction des chaussées. Nous n'aborderons dans le présent chapitre que les effets de l'eau sur les sols et les chaussées en examinant: -1 l'action mécanique de l'eau, - 2 les moyens de traiter les eaux de ruissellement avec l'ASSAINISSEMENT, - 3 les moyens utilisés pour capter les eaux infiltrées avec le DRAINAGE.

1-ACI10N DE VEAU SUR LES SOLS Nous aoons vu dans le chapùre précédent que l'eau petu ewoir lm mle ambivalent : -

elle peut favoriser le compactage des sols (teneur en eau optimale déterminée avec

l'essai Proctor), -

elle peut être à l'origine de désordres importants comme les glissements de terrains.

Ce sont les essais Proctor et CBR qui permettent d'apprécier le comportement d'un sol lorsque sa teneur en eau varie (voir chapitre «géotechnique routière»). . Les conséquences pour les chaussées sont importantes car les couches inférieures au contact d'un sol comportant des éléments argileux peuvent être polluées par des remontées de matériaux fins de ce sol, sous l'effet du trafic et de l'eau. Les chaussées de type souple (qui constituent l'essentiel du réseau secondaire) sont souvent sous-dimensionnées par rapport au trafic qui les emprunte aujourd'hui, et très sensibles aux variations de portance du sol support. • Elles peuvent alors se déformer (affaissement, omiérage) ou se fissurer suite à un phénomène de fatigue do à une déformabilité excessive du sol support en présence d'eau.

COURS DE ROUTES

196

Les chaussées de type rigide (graves hydrauliques, béton) à condition d'être correctement dimensionnées sont moins sensibles aux variations de portance du sol (car elles répartissent mieux les contraintes sur le support) niais sont quand même affectées par ce paramètre au plan de leur durée de vie.

n'- ACI10N

DE UEAU SUR LES MATÉRIAUX,DE CHAUSSÉES

Outre son effet sur la portance des sols, l'eau peut avoir une action néfaste sur le comportement des matériaux qui constituent les chaussées.

Attritiondes granulats Sous 'l'action des charges circulant sur la chaussée II peut se produire de petits mouvements des granulats les uns par rapport aux autres dans les couches en graves non traitées (c'esta-dire des matériaux àl'état natuiel, sans «liant» pour les associer les uns aux autres). TIen résulte des possibilités de légers mouvements des granulats les uns par rapport aux autres pouvant entraîner une usure par frottement Ce phénomène appelé «attrition» entrnîne la production de matériaux fins, arrondit les arêtes des granulats et diminue la stabilité de la couche. Des essais de laboratoire (essai Deval «sec» et Deval «humide») et les constats effectués sur le terrain montrent que cette usure par attrition est beaucoup plus importante en présence

d'eau. , Influence sur «l'adhésivitb des liants bitumineux Les couches de chaussée utilisant des liants «noirs» comme le bitume présentent une autre faiblesse en présence d'eau. De manière générale, l'eau a vis-à-vis des granulats un-pouvoir mouillant supérieur à celui du bitume qui n'est pas un solide mais un liquide àviscosité élevée. Elle peut arriver à se glisser à l'interface entre le granulat et le liant, et entraîner le désenrobage des granulats. Beau, par ce mécanisme, provoque une perte de résistance mécanique de la couche liée (paree que les granulats ne sont précisément plus liés). Différents essais, différentes méthodes permettent d'apprécier ce phénomène de désenrobage, que l'on essaie de pallier par l'emploi de dopes d'adhésivité et surtout en réalisant des enrobés très compacts pour empêcher l'eau de s'y introduire.

m_ORIGINES

DE UEAU

Pour lutter contre cette action de l'eau, qui abaisse les pedormances mécaniques pmtiques des sols et des couches de chaussée, qui facilite l'attrition de certains granulats, ou la perte d'adhésion entre certains liants et ces mêmes granulats, l'ingénieur routier n'a guère qu'une arme : empêcher l'introduction de l'ennemi dans la place, ou du moins diminuer son anivée etfaciliter son départ. Pour diminuer l'arrivée d'eau, encore faut-il savoir par quelle voie elle s'introduit dans la «forteresse».

Chapitre 9 : L'eau dans les .ols

IV',

Beau arrive à la fois du dessus, par infiltration, des côtés par infiltration du dessous par capillarité,

m.l - Iofiltralion

el cupilllll'ÎI(\,

par le haut

Contrairement à ce qui a été longtemps pensé, c'est l'origine la plus fréquente III HOII vent la plus importante des venues d'eau. On imagine pourtant à voir la surface d'une dll""1 sée que celle-ci est imperméable et interdit toute introduction. Or, en fait, les revêtoruouts ClIl enrobés restent tOUjOUISun peu perméables. Mais surtout il existe de petites (ou du ~m:-IHC~I) fissures qui facilitent l'entrée de l'eau.

m.2 -

Infiltration et capillarité latérale

Cette source d'eau peut être, danscertains cas, importante. n arrive trop souvent qllCl les écoulements des fossés ne soient pas convenablement assurés ou soient momentunômout obstrués (accumulation de neige par exemple). Beau qui stagne dans le fossé peut d'autant plus facilement s'infiltrer jusqu'à lu clIIIlIH sée ou jusque sous elle, que le projeteur a prévu des dispositifs évacuant vers le fossé, It!~onu x qui pourraient avoir atteint la chaussée. Autrement dit le système de drainage peul, si lu fc'H.'It\ ne joue pas son rôle évacuateur, et si au contraire de l'eau y séjourne,foncti01Uler à l'emrr». n n'est d'ailleurs pas toujours nécessaire qu'un système de drainage (foncliolllllllli 1\ l'envers) existe pour que l'eau du fossé rejoigne la chaussée. peut avoir là aussi (b~ fllIsures de toute nature, des matériaux perméables etc. qui expliquent ces venues d'eau. Dans l'accotement au niveau de la fondation de la chaussée, l'eau peul circuler 11I1~1'IIlement, imbiber une couche de chaussée ou diffuser par capillarité dans le sol sous lu el IIIIIHsée. Cet «effet de bord» est sensible sous la chaussée à une distance variant de l,50 111 suivant la perméabilité de l'accotement, les caractéristiques de la chaussée et du sol.

n

y

"il.

m.3 - Capillarité

à partir de la nappe

Rappelons que dans un tube très fin, l'eau a tendance à monter au-dessus de ce que laisserait penser le principe des vases communicants. Cette ascension capillaire est créée par l'existence de la tension inter faciale. Or, dans un sol suffisamment fin (limon, argile) existent des canules qui peuvent jouer le rôle du tube capillaire précédent: c'est ce qui explique que l'eau «monte» de la nappe vers la chaus- Ascension capillaire dans IUt tube Intffin sée (cf. Chapitre suivant sur le gel). Beau remonte donc de la nappe phréatique par capillarité dans les sols fins. Si le sol est saturé au voisinage de la nappe, il n'en est pas de même dans les parties supérieures de la «frange capillaire» où seuls les canaux les plus petits sont utilisés. la hauteur totale d'ascension capillaire dépend évidemment de la granulométrie cl do l'indice des vides. .

COURS DE ROUTES

198

Ce sont les sols fins qui ont, en général, une grande hauteur totale d'ascension capil-

laire. Ceci appelle l'attention sur la vitesse d'ascension qui dépend du produit k.h (le coefficient de la loi de DARCY). . On a dans le passé (autour des années 50) surestimé l'importance pratique de ces phénomènes que l'on a trop souvent rendus responsables de nombreuses défectuosités des chaussées.

m.4 - Constatations

sur les teneurs en eau dans et sous les chaussées

Les Laboratoires des Ponts et Chaussées ont effectué une campagne de constatations sur les teneurs en eau dans et sous les chaussées, campagne qui n'a malheureusement pas été étendue à la partie la plus sèche du pays (région Sud-Est). Deux constatations importantes s'en dégagent: - Iles fluctuations au COUIS des différentes saisons sont faibles. - 2 dans un sol la teneur en eau constatée est voisine de la limite de plasticité. IV - COMMENT EMPÊCHER.IJEAU D'ENTRER DANS LES CHAUSSÉES la protection de la chaussée doit être recherchée : - dans les dispositions générales du projet, - dans la conception de la chaussée, - dans le choix des ouvrages d'évacuation des eaux superficielles (fonction: empêcher l'eau d'entrer) et des eaux internes.

On évitera, par exemple, d'implanter une chaussée au niveau du sol si les écoulements sont difficiles et le terrain très humide ou trop près d'une nappe. . On retiendra des pentes de terrassements plus importantes dans le cas de sols sensibles à l'eau. :rv.l -Imperméabiliser ha surface de la chaussée Les chaussées souples ou semi-rigides comportent àleur surface, soit un enduit superficiel, soit une couche de surface plus ou moins épaisse en enrobés. Lenduit superficiel utilisé sur les chaussées les moins circulées, si du moins il repose sur des matériaux peu déformables (sans quoi il se fissure et devient très perméable) et s'il est renouvelé assez fréquemment (par exemple tous les six à sept ans) est en général imperméable; le vieillissement du liant, le décrochage de certains gravillons (plumage) le rendent cependant peu à peu poreux, d'où cette nécessité de renouvellement Pour les chaussées plus circulées, on utilise souvent en technique de couche de surface des enrobés à chaud (voir chapitre «Les enrobés à ohaud»), Ces matériaux sont considérés comme étanches lorsque la teneur en vide ne dépasse p;,lS 5 à 6 % (soit des compacités en place de l'ordre de 94 à 95 %). Dans le cas de chaussées très circulées, cette exigence peut remettre en cause la tenue à l'orniérage du mélange, ou encore ses caractéristiques vis-à-vis 'de 'la glissance. Dans ces cas-là, on peut être amené à réaliser la couche de swface en deux

Chapitre 9 : L'eau dans les sols

199

couches, avec une couche de roulement très rugueuse (mais pas toujours étanche) reposant sur une couche étanche pouvant être constituée par un enrobé à chaud, ou par une étanchéité de type enduit superficiel (couche de liant bitumineux: de 1 à 1, 2 mm d'épaisseur). fi peut arriver que des fissures se manifestent à la swface de la couche de roulement, fissures pouvant provenir d'un phénomène de fatigue généré par un trafic trop important ou trop lourd, ou encore de phénomènes de retrait souvent imputables à la présence de matériaux: traités aux: liants hydrauliques sous la couche de swface. Dans un cas comme dans l'autre, l'eau entrera dans le corps de chaussée, et poursuivra son action destructrice à la fois sur les couches de la chaussée et sur le sol sous-jacent.

Iv.2 -Imperméabiliser les accotements Cette pratique évidemment onéreuse est intéressante et fort utile. Faute de pouvoir imperméabiliser la totalité de l'accotement, on peut utilement revêtir une petite partie (de 0,50 à 1 m). En tout état de cause, la pente transversale de l'accotement est en général de 4 % pour faciliter l'écoulement des eaux: de pluie et réduire un peu les infiltrations.

Iv.3 - Eviter les «pièges à eans On construit un tel piège lorsque l'on établit la chaussée (comme cela se faisait autrefois) dans un encaissement (figure ci-après). fi faut aux points C et B trouver une évacuation vers le fossé. Corps de chaussée

la construction de ln, chaussëe dans un. «encaissement»(excavaJinn ARCD) empêche l'eau qui s'est infiltrée dans la cluw.ssée d'eue t!vacuée. Elle est "piégée» en C et en B.

Iv.4 - Entretenir les fossés Cet entretien concerne non seulement les fossés mais aussi leurs exutoires. lifaut veiller à ce que les propriétaires riverains ne réalisent pas des accès à leurs terrains en comblant totalement ou même partiellement le fossé et lorsqu'ils sont autorisés à placer des buses au dessous de l'accès, que celles-ci soient en dimension très largement suffisante; car il faut periser qu'il faudra les nettoyer.

200

COURSDE ROUTES

la végétation qui pousse dans les fossés peut être un obstacle au bon écoulement des eaux. Ce travail d'entretien des fossés a été de tout temps une des bases de l'entretien routier. Réalisé dans le passé de façon manuelle par les cantonniers, il est aujourd'hui entièrement mécanisé.

IY.5 - Couper les remoutées capiIIaires

la pratique ancienne de placer sous la chaussée une couche de sable propre «anticapillaire» qui arrêtait les remontées d'eau, était sans doute quelque peu insuffisante. En effet, la couche de chaussée elle-même, a de toute évidence une hauteur d'ascension capillaire h très faible, du moins si elle est propre. Dans ce cas, la couche de sable antieapillaire n'est pas indispensable. Si au contraire, la couche de chaussée est polluée, c'est que celle-ci est mal construite et ce n'est pas la mise en place de la couche anti-capillaire qui la sauvera de la destruction probable. Cependant, dans certains cas de sols àforte remontée capillaire, une telle couche peut être utile. On est en tous cas-assuré qu'elle n'est pas nuisible. V - RÉCUPÉRER El' EVACUER LES EAUX DE SURFACE: MENT ROUTIER

VASSAlNISSE-

Tout ouvrage routier comporte un réseau d'assainissement dont le rôle est de récupérer et d'évacuer toutes les eaux de ruissellement. Ce réseau pourra aller du simple fossé jusqu'à des installations très sophistiquées, capables de traiter les eaux provenant de la plate forme, ou de récupérer une éventuelle pollution accidentelle. Le schéma ci-après résume les principaux ouvrages utilisés pour collecter les eaux de pluie en évitant les phénomènes d'érosion que l'on peut enregistrer sur toutes les swfaces non revêtues.

Schëma général des ouvrages de raccorrlement: 1.d'un fossé de oee de talus à wze descente d'eau, 2. d'unedescente d'eau à unfossé plat; 3. d'un bourreles à wze descente d'eau, 4. d'wze traversée sous chaussëe à wze descente d'eau, 5. d'une descente d'eau à unfossé profond.

Clwpitre 9 : L'eau dG,.. les sols

lolill

Les différents ouvrages utiliséespeuvent être regroupés en : réseaux longitudinaux (pied de talus de déblai. crête de remblai ), -liaisons transversales (descentes d'eau, traversées sous chaussée ), - regards et ouvrages de raccordement (bourrelet à descente d'eau ). -

Deux principes guident le projecteur : - rejeter chaque fois que cela est possibleles eaux hors de la plate-forme afi .. tle) Il..!}I. nuer le débit à faire passer dans les ouvrages,et donc leur coût (la traversée de zones HOIlHi!.IIVI à la pollution des eaux peut conduire localement à des dispositions différentes), - utiliser au maximum les ouvrages superficiels dont les coûts d'investissornout 01 d'entretien sont plus faibles que ceux des ouvragesenterrés. En outre, iltient compte d'un certain nombre d'autres impératifs : - des impératifs hydrauliques: dans le cas de pentes faibles (1 %) ou fortes (3.5-'1. %) on emploiera de préférence des ouvragesrevêtus ainsi que dans toutes les zones où l'e Il 1 (1~lli re éviter les infiltrations , - des impératifs mécaniques (pourles collecteurs), - des impératifs de sécurité de l'usager, - des conditions d'entretien et d'exploitation. Le dimensionnement de ces réseaux, qu'ils soient superficiels ou enterrés, prend Ilil compte l'intensité de la pluie dans la région considérée (la France est divisée en trois :tmll~l) pendant une durée de dix ou quinze minutes, et avec une fréquence en général déconunlo. la capacité d'écoulement des différents types d'ouvrages fait appel à la 1011111110 dn Manning-Strickler qui permet de calculer un débit à partir de : -la pente longitudinale de l'ouvrage, . - un coefficientde rugosité (l'eau s'écoule mieux dans mi collecteur bétonné quo .111..,1 un fossé en terre ou engazonné), - des notions de rayon hydraulique (rapport entre la section mouillée et le péJ'i'II(\Ir~) mouillé de l'ouvrage) et de la section de l'écoulement. Les «Abaques de Calcul des Ouvrages Supe~ et Enterrés» (ACOSE) diffusés 1~tr Il C.E.T.E. de Iyon permettent de réaliserces calculs de façon très simple. laprincipale difficulté pour bâtir un projet d'assainissement concerne le problème cl.) rejet des eaux captées par les différents ouvrages. En effet les eaux superficielles véhiculont une pollution chronique imputable au trafic (gommedes pneumatiques, résidus de combustion, éléments provenant de l'usure des véhicules comme les plaquettes de freins...etc.) ,) laquelle peut s'ajouter une pollutionoccasionnelle comme par exemple le sel utilisé en période hivernale, ou encore une pollution accidentelle consécutive au déversement d'un produit dangereux lors d'un accident. Deux cas peuvent se présenter: 1)Le rejet se situe dans une zone Mn vulnérable Les eaux superficielles sont rejetées dans le milieu naturel après passage le cas échéant à travers un bassia de régulation et un bassin filtrant.

202

COURS DE ROUTES

Rejet des eaux dans le milieu. noturel dans IUle ZOI'Ie non vulnérable (BR = bassin de régulation. BI = bassin d'infiltratwn) .

2) Le rejet se situe dans rme zone 1JLllrrerable Dans ce cas, il existe obligatoirement un bassin décanteur associé à un système de récupération d'huiles et autres hydrocarbures. Dans le cas de zones particulièrement sensibles comme par exemple les périmètres de captage pour l'alimentation en eau potable, ce type de bassin est bien évidemment obligatoire et on peut être amené à rejeter les eaux traitées au-delà du périmètre de captage.

Rejet des eaux dons une zone vulnérable après passage dans rm. bassin dëcarueur désJwileur (BDD).

Les bassins de décantation sont également prévus pour récupérer une éventuelle pollution accidentelle consécutive au déversement sur la plate-forme routière d'un produit toxique ou dangereux. Pour faire face à cette éventualité, les bassins sont équipés d'un système de vannes qui permettent d'isoler le produit dangereux dans le bassin pour pouvoir le récupérer par pompa-

Chapitre 9 : L'etm dam les sols

203

ge (voir le plan type d'un bassin de traitement figure ci-dessous).

Schéma deprincipe d'un. bassin de trailement dans une zone sensible: En sÎtuJJtÙJncourante, le bassinfonaionne avec les cannes fermées, tout.rui.sseJlement reste piégé poUT lire trai.té.l.orsqu'il pleut, le bassin se vidange auJomatiquement au tiers de sa capacité afin. de reconstituer wt oolume de rttenJion disponible. Si une pollution accidentelle se produisaù pendant cette vidange, un. syuème defermeture des vanne:; peut. Eire actionné par MMS mmnuuuk.

VI - EVACuER L'EAU QUI EST ENTRÉE : LE DRAINAGE Malgré toutes les précautions que l'on peut prendre, il existe toujours des circulations d'eau dans les sols situés à proximité de la chaussée ou sous la chaussée. Le captage de ces eaux internes est réalisépar un système de drainage que personne ne voit mais qui joue un rôle capital dans le comportement d'une route. Un excellent drainage peut être obtenu par une couche drainante (par exemple la couche de forme située entre le terrain naturel et les couches de chaussées) lorsqu'elle est constituée par des matériaux perméables comme par exemple du gravier propre. Cette couche drainante conduit l'eau de manière continue jusqu'à un fossé ou un drain. 1) le principe du drain : n est connu depuis la nuit des temps avec la réalisation de tranchées remplies par des pierres sèches ou des galets. En fait, ce système qui fonctionne remarquablement bien au début à pour inconvénient de se cohnater avec les matériaux fins entraînés par l'eau qui circule dans le drain. Un progrès décisif quant à la pérennité de ce type d'ouvrage a été réàlisé: avec l'invention des géotextiles il y a une trentaine d'années. Le géotextile est une sorterde couverture constituée par des fibres synthétiques, en général, non tissées qui ont le pcssoin de laisser passer l'eau, mais de retenir les matériaux fins en se comportant comme un :filtre;.

COURS DE ROUTES

204

géotextlle (filtre)

Principe 00 drain. Il permet de récupérer les eaux circulani à l'intérieur des sols. Un réseau de drainage est constitué par des drains aboutissant à des regards de visite espacés de 50 à 100 mètres pour vérifier le bon fonctionnement du système. C'est également à partir de ces regards de visite que l'on procède à la réception de l'ouvrage en fin de travaux en introduisant dans le tuyau plastique un petit appareil appelé «furet» qui se déplace dans le tuyau sous l'effet d'une forte pression d'eau, et qui permet de détecter toutes les. anomalies, notamment des tuyaux écrasés ce qui n'est pas rare sur un chantier de travaux publics. 2) Observations sur l'écoulement des drains TI n'est pas rare que des ingénieurs contestent l'efficacité d'un système de drainage parce qu'ils ont regardé s'écouler (ou ne pas s'écouler) l'eau du drain et qu'ils ont constaté que le débit était très faible, presque nul parfois, Certains, qui ont fait des mesures de débit sont encore plus affumatifs dans leur scepticisme. n faut bien comprendre que l'efficacité du système de drainage ne se mesure pas, ou du moins pas uniquement au débit qui en sort. TIn'est pas nécessaire d'évacuer une grande quantité d'eau pour faire chuter notablement le degré de saturation d'une couche de chaussée. Prenons pour exemple une couche de forme située sous une chaussée et ayant une largeur de 8,0 m et une épaisseur de 0,25 ID. Le matériau constituant cette couche de forme est une grave alluvionnaire ayant une porosité de 20 %. Le volume des vides est donc de : 8,0 x 0,25 x 0,2 0,4 mS par mètre linéaire de chaussée. Supposons que cette grave soit pratique-

=

ment saturée Sr '" 1). Faire tomber son degré de saturation de 1 à 0,7 améliore considérablement ses caractéristiques mécaniques. Pour cela, ilfaut extraire 0,3 x 0,4 0,12 m3 par mètre linéaire soit 120 litres. Pour une zone de 100 m, et en supposant que ce résultat soit obtenu en une journée, ce qui serait très rapide, l'écoulement moyen du drain sera de :

=

Q=

120 x 100 24x3600

== 0,14 litre / seconde == 0,5 mS! heure

Chapitre 9: L'eau dam le. ao"

Certains ingénieurs ont même présenté l'efficacité d'un système de manière imagée que les drains servaient plus à «faire entrer de l'air» Cela revient à présenter la diminution du degré de saturation par son abaisser le degré de saturation c'est bien en définitive, remplacer l'eau

de drainage 011 dillilili qu'à évacuer du "0/111. autre aspect, p"ill(j"11 par de l'air.

BmUOGRAPHIE Berthier Henensal, Enquêtes des Laboratoires Régionaux des Ponts et Chaussées - \.yc 10 d'études Direction des Routes - Rôle de l'eau dansles chaussées. 1963 Groupe Recherche routière OCDE Iîeau dans les chaussées : prévision de l'humidité des sols sous les chaussées. Août 197:\ Drainage des plates-formes Dossier Pilote SErRA PFIDR. 1967 Recommandation pour l'assainissement routier, Document réalisé et diffusé par S.K'I:Il.A .• L.C.P.C.- 1982

Les écrans drainanis en tise de chaussée, Note d'infonnation S.E.TR.A. (n" 34) - 1988

Chapitre 10 IJEAU ET LE GEL par Michel FAURE Société des Autoroutes Paris - Rhin - Rhône Dans notre pays au climat tempéré, l'hiver est caractérisé par l'apparition dt) Il1lJ11 '(\1'11tures négatives, variables naturellement selon les années. Périodiquement apparaissent des hivers exceptionnels dont la rigueur s'uccompagu« dCl graves désagréments pour les hommes, les animaux, les végétaux et les minéraux qui uo xonl pas habitués, comme peuvent l'être ceux des pays à climat froid, à ces manifestntions. De tout temps les bâtisseurs ont remarqué que ces phénomènes de gel pouvaient olllmT· ner de graves désordres dans leurs constructions de toute nature; l'expression du v()(·.!II" 11111 re courant «geler à pierre fendre» en est un signe manifeste. Depuis le début du XXe siècle, caractérisé par le développement de la rout« Cil do III circulation automobile, les teclmiciens routiers se sont préoccupés des effets, SUI' le.'! oIl1l1ll1~ sées, de ces phénomènes de gel (et de dégel qui s'ensuit évidemment). Si jusqu'à la deuxième guerre mondiale, il apparaissait tout à fait normal d'anûtor 10111 bonnement la circulation des véhicules automobiles pendant les périodes où les ChIlW\II~CltI sont en état critique (barrières de dégel), cela apparaît aujourd'hui de plus en plus iIlOOlIlIIlItible avec les nécessités économiques. Chiver 19621l.963, particulièrement rigoureux, a clairement mis en évidence qllo : - la mise en place de barrières de dégel sur toutes les chaussées su!:)(:oplihllu\ de connaître de graves désordres, entraînait une paralysie de la circulotiun automobile et notamment de tout le trafic poids-lourds. -I.e maintien de cette circulation poids-lourds sur des itinéraires indispensablca uvui' occasionné des dégâts considérables au réseau routier. A la suite de cet hiver 196211963, les recherches qui étaient déjà antérieuromont on cours dans le réseau teclmique des laboratoires des Ponts et Chaussées furent développées ot accélérées, de même que fut engagé un grand programme de mise hors gel des pl'incipul(!1'1 routes nationales avec la politique des «renforcements coordonnés».

1- LES EFIEIS DU GEL 1.1- Le gel. Au moment du gel, l'eau libre présente dans la chaussée ou dans le sol de fondarion sur lequel repose la chaussée, cristallise en augmentant légèrement de volume (environ 10%). Les cristaux de glace rigidifient l'ensemble de la chaussée en jouunt ]11 1{lICi rl'uu «liant». Ilassise de la chaussée devient alors une «grave-glace» el le sol fil Il' l(WIIII1 Il AI(I construite la chaussée devient un «sol-glace».

COURS DE ROUTES

208

Les déflexions

1de

la surface de la chaussée sont très faibles, quelques centièmes de

mm, très inférieures à celles obtenues en temps normal,

Mais au gel de l'eau interstitielle, se superpose parfois un autre phénomène qui est une

migration rapide de l'eau des zones non gelées vers les zones gelées. Dans certaines conditions d'alimentation abondante en eau et de capillarité du sol soumis aux effets de gel, le phénomène de migration de l'eau peut même être très intense. En réalité, le sol gelé constitue un système thermodynamique, comportant: . - une source froide: l'atmosphère, - une source chaude: la nappe phréatique ou du moins la partie inférieure du sol qui n'est pas gelée.

Ce système est capable de produire un certain travail, fonction (d'après le second principe de Carnot) de laquantité de chaleur échangée (chaleur de cristallisation de l'eau) et des températures respectives des sources chaudes et froides. Cette énergie produite est utilisée par le système : - pour aspirer l'eau de la zone non gelée vers le front de gel, - pour décomprimer les couches de sol et de chaussée afin de faire la place pour les volumes d'eau qui viennent se cristalliser sous forme de lentilles de glace. Le phénomène se stabilise au bout d'un certain temps, le front de gel ne progressant plus et la glace s'accumulant au même niveau, selon les possibilités en alimentation en eau de substratum. Lorsque ce phénomène se produit, l'on constate un gonflement de la surface de la chaussée et comme iln'est pas homogène, des fissures apparaissent plus ou moins largement ouvertes à la swface de la route.

1.2 - Le dégel Les conséquences de ce phénomène sont graves au moment du dégel car la zone gelée se trouve alors à une teneur en eau élevée, même parfois très élevée. En quelques heures de réchauffement de l'atmosphère et après fusion des lentilles de glace, en commençant par la partie supérieure, la chaussée peut perdre toute résistance mécanique tant que l'excès d'eau n'est pas éliminé par une migration inverse due à la seule gravité ou à la capillarité. Parfois le passage d'un seul véhicule P.L. transfonne l'assise de la chaussée en un véritable bourbier. Quelquefois ilsubsiste longtemps encore un résidu de sol gelé en fond de couche qui empêche l'eau en excès de s'échapper (table gelée). Ceci est la raison des interdictions de trafic sur certaines routes gelées, dénommées «BARRIERFS DE DEGEL».

Après apparition de l'excësd'eau eu dégel, le sol qui a ainsi été le siège d'un tel phénomène se trouve décompacté et ilne retrouvera sa densité initiale que grâce àla circulation, ce qui n'ira passans tassements inégaux, ni sans déformations et fissurations de la chaussée. 1 Déflexion:::;mesure de l'afiàissement d'une route sous le passage dun essieu chaIgé·à 13 tannes. Elle peut varier de quelques centièmes demillimèIrespourune ehaussëerigide (typehéton)à2ou3millimè1respourunechausséesouple de faible portance.

Cluzpilre 10 : L'eau et le gel Période Coupe de

Profondeur

Fig.1.I. Front dl! gel se stabilisaru dans le corps de chaussee . Périodede gel

Période

Frontde~

Profondeur

Fig. 1.2. Front dl! gel traversanlle corps dl! chaussee [la courbe dl! ces deux SChé1T111S reprësenu: laprofondeur dl! l'isotherme 0° C (front de gel) enfonaion. du, temps J

n - LES CONDmONS

A REUNIR POUR QlPIL Y AIT «GEL»

Cette explication schématique du phénomène du dégel implique que celui-ci no JNlll1 se produire que si se présentent simultanément les conditions suivantes :

n.l- Présence d'eau Dire que le phénomène de gel et de dégel ne se produirait pas en l'absence d'eau l~lI une lapalissade. On peut ajouter qu'il faut une quantité d'eau non négligeable pour quo Cli phénomène apparaisse. D'où peut provenir cette eau ? a) une partie est préexistante dans la chaussée, h) eau venue par infiltration, par les côtés, avant le gel, c) eau venue pendant le gel par application du principe de la paroi froide mais auesi par simple infiltration à partir des fossés. On ne dira jamais assez que très souvent nu moment du gel, les fossés sont obstrués par de la neige qui retient sous elle des eaux de fusion, celles-ci peuvent regagner le sol situé sous la chaussée. I'esu qui remonte de la nappe phréatique par application du principe de la paroi Iroide, peut également avoirun très grand rôle (lentillesde glace).

COURS DE ROUTES

210

II.2 - Absence d'air Ce n'est pas tant la quantité absolue d'eau présente dans une couche de chaussée ou de terrain qui importe que la quantité rapportée au volume des vides. Si comme nous l'avons exposé, le décompactage créé par le gel joue un rôle essentiel dans l'affaiblissement de la chaussée, il faut, pour que le gonflement qui accompagne la congélation de l'eau provoque ce décompactage, que la glace ne puisse pas trouver un vase d'expansion naturel dans les pores du sol; c'est-à-dire qu'il faut que ceux-ci ne contiennent pas trop de gaz (air en général, mais également vapeur d'eau, etc.). li revient au même de dire que le phénomène de gonflement se produit d'autant plus que le degré de saturation est élevé. Bien entendu, si de l'eau est aspirée soit des côtés, soit de la nappe par le principe de la paroi froide, le degré de saturation à prendre en compte est celui qui place au numérateur la totalité de l'eau y compris celle aspirée.

II.3 - Imperméabilité de substratum Les désordres susceptibles de se produire en période de dégel sont aggravés lorsque les couches situées en dessous de la partie dégelée sont imperméabilisées par de la glace. Le dégel est donc moins dangereux pour les chaussées s'il est très brutal, car toute la glace fond rapidement. liest au contraire aggravé s'il est très lent et si une couche gelée, donc imperméable subsiste longtemps sous la couche dégelée.

m- LOIS

GENERALES REGISSANT LA PROPAGATION DU GEL

m.l - Notion d'indice de gel Le problème de la propagation d'un front de congélation dans une chaussée a été depuis longtemps abordé théoriquement par de nombreux chercheurs. Stefan, Neumann et Portnov en ont fourni des solutions partielles dans le cas d'un homogène. Ensuite, le laboratoire d'aérothennique du C.N.R.S. a donné une solution théorique plus générale. Enfin, une méthode de calcul numérique a été développée par le Service de mathématiques du LCPC et permet d'étudier la propagation du gel dans un massif multicouche soumis à des conditions initiales de température quelconques et à des températures superficielles variables. Ces diverses approches ont toutes mis en évidence l'importance de la température de susface cumu-

massif

lée par rapport au temps, qui est connue en technique routièresous le nom d'indice de geL Nous allons dans ce qui suit, montrer comment appamît cet indice de gel dans le cas très simplifié d'un massif semi indéfini homogène et isotrope, .

ClUJpitre 10 : L'eau et le gel

211

Soit 9 0 C = f (t) la température ambiante négative fonction du temps t. Soit x la profondeur de la zone gelée dans le sol et l'on suppose qu'entre cette zone et la swface du sol le gradient de température 00/ êx est constant et égal à 9/ x . On fait aussi l'hypothèse que l'apport de calories do à la solidification de l'eau au niveau du front de gel (à la profondeur x) est beaucoup plus important que celui do aux padies non gelées du sol. Considérons un accroissement infiniment petit dx de la profondeur de la zone gelée qui s'est produit pendant l'intervalle du temps dl On fait le raisonnement sur une section de surface unité. La quantité de chaleur fournie par la solidification de l'eau est : L W. 'Yd'dx avec: L = chaleur latente de congélation de l'eau W teneur en eau 'Yd= poids spécifique apparent sec

=

D'autre part, cette même quantité de chaleur s'écoule vers la swface proportionnellement au gradient de température 9/ x et au temps dt. On peut écrire :

L

a

w. 'Yd'dx = k -dt x

avec k = coefficient de conductibilité du milieu. D'où l'équation suivante:

x dx e

k --

9dt

soc

LW.'Yd

début du gel

Après intégration on obtient: x2

=

2k L W.'Yd

19

l adt

fin du gel

PERIOPE DE GEL

o-c

r---'l.----------;-t------t"7emps

L'intégrale dt, changée de signe,.de la tempérnture par rapport au temps pris entre. l'instant où la température devient négative et celui où elle redevient positive s'aptemps pelle l'INDICEDE GEL =10C x jour gel. Pratiquement, on le calcule courbe des températures moyennes directement sur le diagramme des iournalières cumulées températures moyennes journalières cumulées en fonction du temps, en prenant la différence d'ordonnées entre le maximum (début du gel) et le minimum (fin de gel- début du dégel) de la courbe obtenue. (voir graphique ci-conm: et pamgraphe IV2).

COURS DE ROurES

212

Soit donc 1 0 C x jour gel, l'indice de gel correspondant à une période de gel ayant gelé le sol considéré à la profondeur x, on aura : x=A...JI avec Ae Cte Cette relation est tout à fait générale, conune nous le verrons par la suite. Avec le même raisonnement mais en supposant que le front de gel est stabilisé par une alimentation pennanente en eau, on peut imaginer que x augmente alors de dx mais par le haut, par gonflement. pans ces conditions, la valeur de gonflement du sol est domiée par une relation identique: x=a

fI avec a = Cte

m.2 - Paramètres thermiques

.

des matériaux. de chaussée et des so1s

Du point de vue thermique, un matériau peut être caractérisé par trois grandeurs : -la conductivité thermique, qui est d'autant plus grande que la chaleur se propage plus vite dans le matériau. En règle générale les matériaux routiers sont d'autant plus conducteurs que leur teneur en vides est plus faible, et donc que leur densité est élevée, et que leur teneur en eau est plus forte. - la capacité calorifique, qui mesure la quantité de chaleur nécessaire pour faire varier d'un degré Celsius la température moyenne de l'unité de volume du matériau. Elle est d'autant plus grande, toutes choses égales par ailleurs, que la teneur en eau du matériau est plus élevée. - lachaleur latente volumique de congélation, qui mesure le nombre de frigories nécessaire à la congélation de l'eau contenue dans l'unité de volume du matériau. Elle est d'autant plus grande, toutes choses égales par ailleurs, que la teneur en eau est plus élevée.

Les températures négatives et les frigories pénètrent donc dans les chaussées d'autant moins vite que : -la chaleur latente volumique est plus grande, - à conductivité constante, la capacité calorifique est plus grande, - à capacité calorifique constante, la conductivité themûque est plus faible.

m.3 - Lois générales

régissant le comportement

thermique

des chaussées et des so1s

IlI.3.1 - Proforukur de gel a) Dans un massif homogène non gélif, la profondeur de gel est proportionnelle à la racine carrée de l'indice de gel. Si l'on veut mesurer cet indice en degré Celsius x jour et la profondeur-de gelen centimètres, on a la relation: h = A...JI où le coefficient de proportionnalité A prend une valeur moyenne 'de l'ordre de 5, mais peut varier entre 3 et 10 en fonction des caractéristiques thermiques du massif et de sa teneur en eau. \.A.o &.u,,",J1\"

pv.uc.... u...........

Chapitre 10: L'eau et le gel

2J:1

Les coefficients de proportionnalité les plus faibles correspondent à des matériaux de conductivité thennique faible comme les laitiers ou des calcaires àteneur en eau élevée. Les coefficients de proportionnalité les plus élevés sont observés sur des matériaux Il forte compacité (enrobés) réalisés avec des granulats très conducteurs (siliceux). Profondeur de gel (cm)

100 5

200 10

JOO 15

_ 20

I("C

K

.Ji

j)

Reùuions expérimentales entre la profondelU de gel et l'indice de gel dans un massifhomogêne mesurée SIUun sol grood.eux et un solfin: laprofOndelU degel dépend linéairement de la racine carrée de l'indice de gel.

b) Daru lOt milieu constitué deplusieurs couches,la vitesse de pénétration du gel est différente dans chaque couche en fo~ction de leurs propriétés thermiques, de leur teneur en eau et des possibilités d'aspiration de l'eau dans les couches gélives.

lavitesse de pénétration du gel sera plus grande dans les matériaux bitwnineux àcompacité élevée (93 à 95 %) que dans les matériaux traités aux liants hydrauliques à compacité plus faible (80 à 85 %). Parmi les matériaux traités aux liants hydmuliques, les sables traités connaîtront une vitesse de pénétration dugel plus faible que les graves traitées (compacité plus faible et teneur en eau élevée) et les matériaux traités au laitier granulé dont la conductivité thermique est faible auront une vitesse de pénétration du gel plus faible que ceux traités avec d'autres liants hydrauliques. On peut citer le cas particulier des cendres volantes chaux gypse à très forte teneur en vide et teneur en eau élevée pour lesquelles la pénétration du gel est très lente. Pour situer l'ensemble des techniques routières les unes par rapport aux autres, on peut indiquer leur conductivité thennique à l'état gelé (Âg) et à l'état non gelé (Âllg) pour des valeurs de compacité moyennes et des granulats de conductivité thermique moyenne.

COURS DE ROUI'ES

214

TecIïilliiUe

GL SL" Ge

Mg en Wm_1K_l

1,4

1,1

Âgen Wm_1K_l

1,5

1,3

SC CCV CV 1,8' 1,4 1,9 0,6 1,9 1,6 2,1 0,9

GNT Béton GB

BB

1,8

1,7

1,9

2

2

1,9

1,9

2,1

Légende: techniques de construction de chaussées pour les assises (base et fondation) : GL = grave laitier, SL = sable laitier, Ge = grave ciment, SC = sable ciment, CCV = grave cendres volantes, CV = cendres volantes, GNT = graves non traitées, GB = grave bitume, technique de couche de swface : BB = béton bitumineux

11l.3.2. GonJl.enwnt des sols soumis au gel

Le gonflement est une fonction linéaire de la racine carréede l'indice de gel. Dans des conditions expérimentales données ]a vitesse de gonflement en fonction de la racine carréede l'indice de gel est utilisée pour caractériser la gélWité d'un sol. IV - COMMENT CARAcrÉRISER UN HIVER ? Iv.l - Données générales sur le climat

Températures cumulées

On distingue les grands types de climat: -le climat méditerranéen, -le climat à influence océanique (façade Atlantique), - le climat continental (Ardennes,

Alsace, Lorraine), -le

climat de montagne.

Iv.2 - Paramètres pouvant caractériser la rigueur d'ml hiver

la rigurur d'une période de gel doit être carnctérisée parla conjug;ùson de drux pnamètres : -l'un exprimant l'intensité du froid, -l'autre étant fonction de la durée du gel la température étant l'un des premiers paramètres climatologiques à avoir fait l'objet

o L....!..S_,_J....J..~l-I-'-..L....L-'--'--I-J........_~ 10 U 202S31 S 10 U 202S31 S 1015 Décembre1971 Janvier lm

Dates

Février 1972

d'observations régulières depuis longtemps, l'in- Calcul de iindice de gel,- Exemple lors de l'hiver 71/12 dice de gel permet d'utiliser les statistiques exis- Rappelons que l'ùulice de gel est l'intégrale cluJngée de ~ tantes pour comparer les périodes de gel écoulées de la températurepar rappS ttau temps prise entre l'instonJ. od sur un large éventail d'années. n faut néanmoins la température devient négative et celui.où elle redevient po9.remarquer que l'indice de gel ne peut caractériser qu'une période de gel considérée isolément et non, sauf cas exceptionnel, un hiver entier;

live. Pratiquemeru, l'indice de gel exprimé en oCX jours appo' l'eût sur un diagramme des températures moyennes jolJJ1lll' liëres cumulées en fonction du,temps comme la différence des ordonnees entre le maximum (débul du, gel) et le minimlJ11I (fin du,gel- âébul du, dégel) de la courbe obtenue.

Chapitre 10 : L'eau et le gel

215

Iv.3 - Les deux principaux types d'hiver en France Le dépouillement des températures fournies par les stations météorologiques a permis de déterminer les indices de gel de toutes les périodes de gel observées depuis vingt ans pour 75 stations, depuis un siècle pour Clermont-Ferrand. IY.3.1 - Loi de répartition en fréquence des hivers

Lanalyse de ces données montre d'abord une très grande diversité dans le déroulement des hivers et dans l'intensité des différentes périodes de froid. Un même .lieu (ClermontFerrand par exemple) peut connaîtredes hivers : - comportant une période de gel d'indice supérieur à 200 - comportant de une à quatre périodes de gel d'indices variant entre 10 et 70 - ne comportant aucune période de gel, cette circonstance pouvant même se produire lors de deux hivers consécutifs. Cette dispersion dans la répartition des périodes de gel pendant chaque hiver montre l'intérêt d'un examen détaillé des données statistiques, ce qui implique de distinguer l'étude globale des hivers et celle des périodes de gel considérées individuellement. Dans ce qui suit, chaque hiver est caractérisé par sa période de gel la plus intense. Cette caractérisation n'est pas entièrement suffisante, car des périodes de gel consécutives même relativement éloignées dans le temps ont des effets qui ne sont pas totalement indépendants, mais l'évaluation de ces effets cumulatifs entre plusieurs périodes de gel est très difficile à préciser et on ne sait pas l'apprécier de façon rigoureuse. . En ne considérant donc que les périodes de gel les plus intenses de chaque hiver, on constate que les indices de gel de ces périodes se répartissent en chaque lieu selon une loi de fréquence assez régulière. Cette notion statistique a permis de définir deux catégories d'hivers. IY.3.2 - Les hivers exceptionnels (B.E.) Au cours du siècle écoulé, six hivers se distinguent nettement par des périodes de gel excessivement longues à indices de gel très élevés. Ce sont les hivers 1879-1880, 1916-1917, 1940-1941,1955-1956, et enfin 1962-1963. s'agit en quelque sorte d'hivers exceptionnels dont la fréquence semble être de l'ordre de vingt à trente ans (mais la statistique ne porte pas sur une période suffisamment longue pour que l'on en soit certain).

n

IY.3.3 - Les hivers rigoureux non exceptionnels (B.R.N.E.)

Les autres hivers, c'est-à-dire ceux: qui ne comportent pas de période exceptionnelle au sens précédemment défini, sont appelés par opposition hivers rigoureux non exceptionnels ou encore hivers courants. lafréquence de ce type d'hiver est habituellement estimée aux environs de la dizaine d'années. On trouvera ci-après pour quelques villes françaises, les indices de gels correspondant aux deux types d'hivers :

COURS DE ROUTES

216

TOULON MARIGNANE BORDEAUX NANI'ES LYON PARIS LII.LE

CIERMONT-FERRAND SIRASBOURG

v - coMMENT CARACfERlSER

az,

H.R.N.E.

15 70

0

65

75 220

160 250 225

405

20

40 35 135 100 85

115 100

LA GELIVITE DES SOLS ?

De nombreux critères de gélivité des sols ont été élaborés dans divers pays. On se bornem à rappeler les plus utilisés en France et les principes généraux de cette classification. On rappellera en préambule que les sols non gélifs se congèlent en masse, sans variation de structure alors que les sols gélifsprésentent à lacongélation une modification de structure (feuilletage par les lentilles de glace), une augmentation de la teneur en eau et un gonflement important. les sols Iron gélifs appartiennent pour laplupart à la catégorie des sols grenus, tels les sables et les graviers,mais on rencontreégalement des sols non gélifsde perméabilité très faible. les sols gélifs, d'une manière générale, sont des sols à fine granularité, à caractère argileux faible ou modéré. les limons, les loess, les calcaires marneux, les craies, les sols d'altération tels les sables argileux ou gréseux et les arènes granitiques sont des sols gélifs. Y.I - Classi6.cation basée sur les caractéristiques granolométriques

n s'agit d'une classification élaborée par Casagrande qui prend en compte le poureentage de matériaux fins < à 20 um (limons + argiles) et laforme de la combe granulométrique (granulométrie étalée ou serrée). Déduite de la classification de Casagrande, la classification USCE (US Corps of Engineers) range les sols en quatre catégories FI à F4 par ordre de gélivité croissante: - Fl - sols graveleuxcontenant 3 à 10 % en poids d'éléments inférieursà 0,02 mm. - F2 - (a) sols graveleux contenant entre 10 et 20 % en poids d'éléments inférieurs à 0,02 mm, - (b) sable contenant entre 3 et 15 % en poids d'éléments inférieurs à 0,02 mm. - F3 - (a) sols graveleux contenant plus de 20 % en poids d'éléments inférieurs à 0,02 mm, - (b) sables contenant plus de 15 % en poids d'éléments inférieurs à 0,02mm, à l'exception des sables limoneux très fins, - (c) argiles d'indice de plasticité supérieur à 12. - F4 ~(a) tous les limons, . - (b) sables limoneux très fins contenant plus de 15 % en poidsd'éléments inférieurs à 0,02 mm,

Chapitre 10 : L'eau et le gel

217

- (c) argiles d'indice de plasticité inférieur à 12, - (d) autres sédiments à granularité fine. Etablie pour les sols américains, cette classification est à utiliser en France avec une relative prudence. Elle est aujourd'hui abandonnée et remplacée par la mesure de gonflement des sols en période de gel Y.2 - Classificalion basée sur le gonflement des sols

Le gonflement d'un sol une fois que le processus a démarré croît linéairement en fonction de la"racine carrée de l'indice de gel auquel il est soumis. la pente de la droite obtenue croît avec la sensibilité au gel du sol ce qui permet de différencier les sols comme on peut le voir sur la figure ci-dessous. gonflement (en mm)

Principe de l'essai: ilest pratiqué sur un échantillon cylindrique de sol mesurant 26 cm de hauteur après compactage et de 7 cm de diamètre. A la partie supérieure de l'échantillon est disposé un piston métallique creux permettant au moyen d'une circulation d'alcool réfrigéré d'imposer une température égale à -5,7 OC. la partie inférieure de l'échantillon baigne dans un réservoir thermostaté contenant de l'eau à + 2°C destinée à son alimentation par la base. Au cours de l'essai, on mesure en continu le gonflement de l'éprouvette grâce au déplacement vertical du piston, ce qui permet de tracer une droite donnant le gonflement en fonction de la:racine carrée de l'indice de gel. la pente de cette droite permet de classer les sols et matériaux en trois catégories : - sols non gélifs SGn pente* < 0,05 * pente exprimée en mm de gonflementlracine

carrée de l'indice de gel

COURS DE ROUTES

- sols peu gélifs - sols très gélifs

0,05 < pente pente >0,4

SGp SGt

< 0,4

/

1//

19JI>Irésgiifs(S3)

,/

1 Sdsp;u~s(93p)

,,/ /'

//

~ _---

-

//..--=-:-~:=;::--:,....----,

1 SdsronglÏifS-"(mî""""'")--'

.:

\/lrdoeœ~ Classement des sols àpartir de l'essai de gonjlemenJ.

VI - SCHEMA DE PRINCIPE POUR LE DIMENSIONNEMENT AU GEL DES S'IRUCIURES ROUI'IERES Cet aspect sera abordé dans un prochain chapitre consacré au «Dimensionne ment des chaussées» . On se contentera dans le présent chapitre de présenter le principe de cette méthode qui peut comporter six phases successives : a) première phase : dimensionnement de la structure en suivant le processus du catalogue, mais sans prendre en compte le gel b) deuxième phase : si l'on est dans une région où les conditions climatiques sont telles que le gel n'ait pas à être pris en compte, la première phase suffit à définir le dimensionnement de la chaussée. Dans le cas contraire, on choisit les caractéristiques thermiques de l'hiver de référence (choix entre HE et HRNE en fonction du trafic poids-lourds) c) troisièmephase: on examine si le gel est susceptible d'atteindre les couches gélives. On se trouve dans l'alternative suivante: -le gel n'atteint pas les couches gélives, la structure choisie en première phase est acceptée, - le gel atteint les couches gélives, et il faut pousser plus loin la vérification. cl) quatrième phase: il s'agit d'une vérification thermique. On évalue l'indice de gel au niveau du sol gélif et on examine s'il est inférieur à l'indice de gel de sécurité de ce même sol. Si oui, la protection thermique apportée par la chaussée est considérée comme suffisante et la structure est retenue. e) cinquième phase: dans le cas contraire, il y a tout lieu de craindre une perte de portance importante au moment du dégel nconvient donc d'examiner si la résistance mécanique

Chapitre 10 : L'eau et le gel

219

de la chaussée lui permet d'y résister. Si tel est le cas, la structure initiale est retenue, sinon on envisage la sixième phase. f) sixième phase :on se trouve dans le cas où les vérifications précédentes ont foumi des réponses négatives. la structure est insuffisante thenniquement et mécaniquement. On est alOIS conduit à reprendre le processus de dimensionnement au gel à la troisième phase après avoir apporté certaines modifications aux données. du problème, qui peuvent être : - augmentation de l'épaisseur non gélive (réalisation d'une couche de forme ou augmentation de son épaisseur), - augmentation de la résistance mécanique de la chaussée, - diminution de lagélivité du sol, par exemple par traitement à la chaux et au ciment, bien que ladurabilité dun tel traitement ne soit pas encore établie en toute certitude dans tous les cas. BmUOGRAPHffi PELTIER R - Note sur la gélivité des chaussees. - Laboratoire Central des Ponts et Chaussées (1963). ROUQlJES.CANIARI) - Geleldégeldes chaussëes. - Noted'informationtechnique LC.P.C.(1975). Catalogue des structures types de chaussées neuves. - Ministère de l'Equipement (1977 et 1988). Ce que C()f1tent les barrières de dégel ? Evoluaticn de l'incidence économique pour 1'hWer 1984/1985. - Note d'information du SEI'RA(nO4) (janvier 1987). Les barrières de dégel sur routes secondaires. - Note d'informationdu SErRA (nO48) (mars 1989).

(hpiIre Il LFS TERRASSEMENTS ROlITIERS par Michel FAURE

Société des Autoroutes Paris - Rhin - Rhône 1 - GENERALITES ET HISTORIQUE SOMMAIRE 1.1 - Définition

Terrasser, c'est extraire, transporter et éventuellement utiliser un sol naturel en vue de construire un ouvrage (tranchée, remblai, tunnel, etc.)ou de servir d'assiette à un ouvrage(fondation, piste d'aérodrome, etc.). Nous nous limiterons aux terrassements routiers, c'est-à-dire àla construction de tranchées et de remblais. On distingue dans l'exécution des terrassements trois phases essentielles: -l'extraction, -le transport, -la mise en remblai ou en dépôt (qu'il nous anivera de découper en plusieurs parties). 1.2 -Importance les grands travaux exécutés au cours de ces trente dernières années mettent en évidence un fait important: en matière d'ouvragesd'art et de chaussées, la réalisation correspond en général aux prévisions avec une tres bonne approximationet les dépenses sont, à quelques pour cent près, conformes aux prévisions. Par contre, en matière de terrassements, les aléas sont beaucoup plus importants. Non seulement les dépenses s'écartent très souvent des prévisions mais il est rare que l'exécution elle-même soit conformeau projet. Ce simple fait montre qu'il est nécessaire d'attacher une très grande importance aux terrassements, et que c'est dans ce domaine que la qualité des études préalables revêt une importance capitale. n importe cependant de n'être pas trop optimiste: les travaux de terrassement, plus que tous autres, sont sensibles aux intempéries, et celles-ci ne seront évidemment jamais maîtrisées par les ingénieurs. Mais nous verrons qu'ils ont le devoir d'y penser d'avance. A titre d'information,les quelques chiffres qui suivent, permettent de mieux situer l'importance et le caractère particulier des terrassements : - on considère qu'il y a en moyenne 100 000 m3 de terrassement par kilomètre d'autoroute mais que ce chiffre peut varier entre 75 000 et 300 000 m3/km. - on relève aujourd'hui des prix de m3 de déblais compris entre 8 et 30 Frs, suivant la nature du sol, ceci pour des distances de transport inférieure au kilomètre. Ces prix ont relativement peu augmenté au cours de ces 15 à 20 dernières années.

COURS DE ROUTES

222

- dès que la distance de transport dépasse le kilomètre c'est souvent le coût du transport qui devient prépondérant. -le poste terrassements représente entre le quart et le tiers du coût d'une autoroute neuve. D'autre part, il convient de noter, que le non respectdes délais, ou des enveloppes financières fixées trouvent souvent leur origine au niveau du chantier de terrassement, domaine où les litiges entre entreprises et maîtred'œuvre sont les plus nombreux et les plus importants.

ll-HBTOIDQUESOMMAmR

n.l - Tant que le terrassier n'a eu à sa disposition que la pelle, la pioche, la brouette ou même le tombereau à cheval, le terrassement était obligatoirement une opération lente et onéreuse. Deux conséquences en résultaient: a) la lenteur des' tmvaux permettait le rétablissement progressif des équilibres mécaniques ou hydrauliques troublés par les travaux (tassements, nouveaux circuits des eaux), et laissait aux ingénieurs suffisamment de temps, en cas de problèmes, pour trouver d'autres solutions. A tout le moins, cette lenteur permettait aux terrassiers d'intervenir tranquillement lorsqu'un équilibre était troublé pour en établir un autre acceptable. b) I.e coût rendait impossible les terrassements de hauteur importante; remblais et tranchées se limitaient à quelques mètres, ce qui avait pour effet de moins troubler les équilibres mécaniques ou hydmuliques. Ce ne furent pas les travaux de construction des voies ferrées qui modifièrent la situation, et les profils en long 1 très tendus nécessités par cette technique de transport furent obtenus non par de grands terrassements mais par des tunnels et des viaducs 2. . ll.2-la première réalisation de terrassements en grande masse fut la construction du canal de Suez. fi fallut alors que l'industrie française dote la technique du terrassement d'engins à très grand rendement (dragues) en utilisant des principes encore adoptés de nos jours dans certains tmvaux de terrassement avec peu de transport. Si la construction du canal de Suez ne produisit pas la révolution dans les terrassements en masse, c'est paree que la technique ne disposait alors comme moteur thermique que de la machine à vapeur, lourde et relativement peu mobile. ll.3 -C'est l'apparition

du moteur àexplosion et surtout de son dérivé le moteur à combustion interne, qui a produit une profonde évolution. Et celle-ci s'est produite parce que les moyens de transport des terres sont devenus grâce aux moteurs Diesel, puissants et rapides; que ce transport s'effectue en camions tombereaux (Dumpers) chargés à la pelle ou en engins spéciaux qui remplissent la quadruple fonction du chargement, du transport, du déchargement et du régalage, l'effet a été le même: rapidité des trœoaux et effondremem des prix. l Voir la définition du profileti long au chapitre 5. 2 Les autoroutes italiennes (autoroute du soleil) sont un exemple attardé de cette conception zénérale du tracé.

Chapitre Il :Les terrassements routiers

223

Cette double évolution a eu deux conséquences : a) Le point d'équilibre économique entre la "technique ouvrage d'art" (tunnels - viaducs) et la "technique terrassements" (tranchée - remblai) s'est déplacé au profit des terrassements. Les hauteurs de déblai et de remblai ont été multipliées par 5 voire par 10. b) Les équilibres naturels mécaniques et hydrauliques ont été profondément troublés par ce changement d'échelle et la rapidité des travaux ne laisse pas le temps à d'autres équilibres de se faire jour. Elle ne laisse pas non plus le temps aux ingénieurs de trouver une solution au problë- . me de rupture d'équilibre lorsqu'il se présente. Cette soluuon. doit êtrepréparée à l'avance et le problème doit donc être prévu. Nous reviendrons sur ce point qui a une importance capitale et qui a des conséquences sur la conception même du terrassement. Enfin le métier de terrassier a beaucoup évolué au cours de ces dernières années pour un meilleur respect de l'environnement. En effet la politique qui consistait à mettre en dépôt des matériaux jugés de qualité médiocre, et à les remplacer par des matériaux extraits en dehors du tracé, a été progressivement abandonnée. Aujourd'hui, l'objectif du projeteur est de trouver sur le tracé le maximum des matériaux nécessaires, et de rechercher des solutions pour réutiliser tous les sols rencontrés. C'est ainsi que le traitement des sols fins (voir § VII) autrefois utilisé dans les régions pauvres en matériaux de qualité, s'est généralisé à l'ensemble de notre pays.

m- LA NOTION

D'EQUILIBRE DÉBLAI-REMBLAI

Dans toute la Iëre période, le terrassement était dominé par le nécessité de diminuer aumaximum le mouvement des terres, c'est-à-dire de transporter le moins possible de terre et le moins loin possible. Des méthodes d'études de projets s'étaient alors instaurées qui permettaient cette minimisation (Epures de Brückner ou de Lalanne), Par ailleurs, comme le transport de terres du déblai à un lieu de dépôt ou d'un lieu d'emprunt vers un remblai consommait du transport, il paraissait intéressant d'obtenir un parfait équilibre des déblais et des remblais, c'est-a-dire le volume des déblais était égal au volume des remblais 3. Bien entendu, plus cet équilibre était obtenu dans une courte section, moins les distances de transport étaient grandes.

m.l - Le Tableau de conespondance Ces notions d'équilibre des déblais et des remblais d'une part et de minimisation des transports d'autre part restent valables et il serait maladroit de les abandonner mais elles passent au second plan devant le tableau de correspondance. Cette notion est une conséquence de ce qui a été indiqué plus haut, à savoir la nécessité deprévoir la nature des problèmes de rupture d'équilibre mécanique ou hydraulique: au 3 Au coefficient de foisonnement près. 1 mS de déblai fournit en effet a mS de remblai (a souvent supérieur à 1).

COURS DE ROUTES

224

lieu de constater la nature des terres au fur et à mesme de leur extraction, il·devenait indispensable de connaître d'avance (grâce à des études géologiques,.grfice aussi à des sondages) cette nature des terres et les problèmes hydmuliques. Cette connaissance transfonnait le problème du terrassement routier. Un exemple simpliste le fera comprendre (Fig. 1). La manière "naturelle" d'exécuter les travaux de terrassement de la figure n? 1 consisterait à attaquer au déblai les premiers matériaux que l'on rencontre c'est-à-dire la grave sableuse, mettre ces matériaux en remblai dans la vallée puis à attaquer l'argile très plastique et à la mettre à son tour en remblai dans la vallée, si bien que la grave constituera le fond du remblai et l'argile le dessus de ce remblai. C'est sur l'argile que l'on construira la chaussée. Comme c'est un sol de mauvaise qualité (cf. Chapitre "Géotechnique Routière"), il faudra mettre une épaisseur de chaussée importante, alors que sur la grave sableuse on pourra se contenter d'une chaussée nettement moins épaisse.

Fig. 1 Tableau.de correspondance: L'exemple de ce qu'ü nefau: pasfaire: L'idée s'est dont fait jour de "sélectionner" les meilleurs matériaux pour les mettre à une place intéressante dans les remblais. On dresse alors un "tableau de correspondance" indiquant pour chaque nature de matériau à quel emplacement du remblai il conviendra de le mettre. Cela peut avoir pour effet de transporter certaines terres en un lieu de dépôt provisoire pour ne les mettre en remblai qu'après d'autres matériaux extraits ultérieurement C'est ce que l'on fera avec la figure précédente, soit on mettra la grave en dépôt provisoire pour la réserver à la dernière couche de remblai appelée couche de forme, soit on disposera à proximité d'un site où elle peut être réutilisée à l'emplacement qui lui revient On voit que l'on s'est bien éloigné de l'épure de Lalanne purement géométrique.

m.2 - Le projet

.

.

de terrassement - Le mouvement des terres

Le terrassement est ainsi devenu une phase technique (et même de technicité délicate) des travaux routiers. . C'est très souvent au cours des terrassements que l'ingénieur routier rencontre les difficultés oui nrovoouent allonaement de délais et augmentation massive des coûts,

Chapitre

Il :Le. terrassemeras routiers

225

TIfaut être conscient que lorsque s'ouvre le chantier de terrassement, les cartes sont distribuées et qu'il n'est plus temps de sauver le chantier; le succès du chantier de terrassement sejoue pour l'essentiel au bureaa d'études et dans les études préliminaires de laboratoire, (élude.'! géologiques et géotechniques et sondages). Autrement dit, il est indispensable d'établir un véritable projet de terrassemetü el de bien l'établir. TIfaut avoir présent à l'esprit que le chantier des terrassements se déroulera dans le cadre d'un marché (d'un contrat) avec l'entreprise. Ce marché fixera les objectifs de qualité à atteindre et, dans les grandes lignes, les façons de les atteindre. Tout bouleversement dans les conditions prévues pour l'exécution, par suite d'un projet de terrassement mal étudié, conduira à des changements de matériel, de cadence d'exécution, qui se traduiront fréquemment pur une réclamation de l'entreprise.

IV - LES SOLS A TERRASSER On ne peut évidemment pas étudier les problèmes de terrassements sans connaître, au préalable, les propriétés mécaniques, rhéologiques, hydrologiques des sols à terrasser. La connaissance de ces propriétés repose sur des essais de laboratoires dits "d'identification des sols" vus au chapitre 8 "Géoteclmique Routière", essais qui permettent une classification des sols. Iv.l-

Limites de la classification L.P.C. (Laboratoire des Ponts et Chaussées)

Cette classification maintenant abandonnée avait l'avantage indéniable de donner aux sols des dénominations concrètes (grave propre, argile peu plastique ...etc,), proches du langage commun. Elle permettait à des techniciens entraînés d'identifier un sol avec peu d'essais. Mais elle présentait plusieurs faiblesses : - Elle ne permettait pas de classer correctement certains sols dont la granularité varie dans le temps en fonction des mariipulations que subit le matériau (ou même des simples manutentions). Ces sols "évolutifs", dont les prototypes sont la craie ou la marne, posent des problèmes spécifiques parfois difficiles. De plus, ce sont des sols que l'on rencontre assez Iréquemment. - Elle ne prenait en compte que la nature du sol, sans tenir compte de son étal (teneur en eau et en air). Or cet état a, ainsi que cela a été montré dans le chapitre "Géotechnique Routière", une. influence considérable sur les propriétés mécaniques. - Elle ne donnait pas d'indications sur les conditions d'extraction et de réutilisation des sols. Iv.2 - La classification du "Guide des Ten-assements Rouliers" (G.T.R) Cette nouvelle classification a vu le jour en 1976 avec la publication d'une "Recommandation pour les Terrassements Routiers" (R.T.R). Avec les enseignements recueillis après quinze années d'application de ce document, le SETRA et le LCPC ont publié

..

COURS DE ROUTES

226

en 1992 un Guide technique sur la réalisation des remblais et des couches de forme" souvent appelé "G.T.R". Ce document (déjà présenté dans le chapitre 8 "Géotechnique Routière") rassemble l'ensemble des connaissances accumulées au cours de ces 40 dernières années par l'ensemble de la profession. . Le contenu de ce guide permet : - une classification des sols, - de connaître les conditions d'extraction et de réutilisation des sols. 1/ La classification "G.T.R" des différen13 sOO et matériaux

On distingue trois grandes familles : a) Les "sols". Ce sont des matériaux naturels constitués de grains pouvant se séparer aisément par simple trituration ou éventuellement sous l'action d'un courant d'eau . . Les principaux critères de classement dans les 4 classes (A, B, C et D) sont: ·Ligrosseur des plus gros éléments (Dmax à SOmm). ·Le pourcentage de fines (avec des seuils à 12 et 35 %). · L'argilosité du sol caractérisée par son indice de plasticité (IP) ou sa valeur au bleu de méthylène (Vbs) et accessoirement pour certains sols le passant au tamis de 2 mm.

Dmaxs 50mm

Passant à 80 ~ ,\

100 II! Al 3S

~,.

?,

12

Passant à 80 ~ J\

~ A.

~

ClOUS

5 CI:"",_

Bs

qui"""

B6 Passant l 2mm

125

IBI

H..t

D2 Bj

.B.

~

) fuo 5 05

05 0.1 0,1 1.52.5 6

8

Cz: ~aJ!&UI"""

Iris cbupeaI!s (0/50 S 60 l80 ")

12 % _

D3

05 VBS ;,,: ".

roulis .. ~

peu doarpcnfi$ (0/50 > 60 l 80 "

0,1

Fig. 2 Classification des sols, (A, B, Cet D J.

Chapitre Il :Les terrassements routiers

227

A ces paramètres de nature (Dmax, % fines, argilosité, etc). s'ajoutent: - un paramètre lié au comportement mécanique du sol (essentiellement la résistance des grains mesurée avec les essais Los Angelès et Micro Deval qui seront vus dans le chapitre

"Granulats") - un paramètre dit "d'état" en fonction de l'état hydrique du sol 5 états hydriques sont distingués dans la classification (voir chapitre 8) et rappelés ci-après, Etat très humide (th)

Etat humide

(h)

Etat sec (s)

Etat moyen (m)

Etat très sec (ts)

Le tableau ci-après qui reproduit un extrait du G.T.R pour la classification d'un sol fin type A3 illustre les informations données par ce document

_ ..

_

......

01-

a....

• dasU\c:at"

_ _ ..... ..- --

_do .,._ -..

.....

A.

..

o..u
.".., »5"

"

.... no.

U < 1p<40 ou 6< vas ..

-"-........_

CIassemaItseIoa l'4!at bydrique

Classemart selou la nature

c:.ncrm..-.-

_ ...... __ N_

_( ""1," .. ,,,,1'" .......... tar~làlato_

fDIfDCUICI, Ij.

..... ub

""""",,...

ou le S O., 011 1,4wo,,, 1 < IPI S 3 OU0.8 <Je,; 1... l.2wOftlSw. < 1.4wonl IPI :S 1

..........-.._,.

Ca lOk lOGluà coWraas 1 &c::IICUf al CIIIIQOJCIWIC a t&ibIe. cc coCbra011,Iisaca Il l'tuI 1IM:Ia:ûde. 4'00 di.ffIcub6 de CDÎJC CID .. _Ità Icaoa. U.~do

......... _

.. _

ca pa.c.. ..... aaaulSSU"""ac

w.:2:

3
fi--

"'~ ''l' ",po

1.1$ < Je SI.3 ... O.7.OM Sw.
",,.

Je> 1.3OU w, < O.7wOf'H

"',u

b) Les matériaux rocheux (classe R), (voir chapitre 8). On retiendra qu'il existe six sous-classes basées sur la nature pétrographique de la roche (craies, calcaires, marnes, granite, basalte ...etc.) et ses caractéristiques mécaniques, notamment de résistance aux chocs avec l'essai Los Angeles (LA) et de résistance à l'attrition avec l'essai Micro Deval en présence d'eau (MD~.

c) Les matériaux particulier (classe F). Cette dernière catégorie englobe des sols organiques (FI) et des sous produits industriels comme les cendres volantes produites par les centrales thermiques, les schistes houillers, les mâchefers d'incinération d'ordures ménagères, les matériaux de démolition ou encore les laitiers de hauts fourneaux.

v - LES ENGINS DE TERRASSEMENTS L'opération "terrasser" consiste à extraire, charger, transporter et étaler des matériaux. Le choix du matériel est effectué principalement en fonction des difficultés d'extraction, et de la distance de transport.

COURS DE ROUTES

228

V.l- Prise en compte des difficultésd'extraction Pour tous les sols qui ne se présentent pas sous forme de bancs rocheux, ces difficultés sont relativement minimes, Le terrassier peut cependant, même avec ces sols dits meubles, rencontrer des coûts d'extraction très différe~ts. Entre un sable propre et sans cohésion qui s'extrait à la décapeuse (scraper) sans pousseur et une argile à silex compacte qui nécessite deux pousseurs et détruit de nombreux pneus de décapeuse, les différences de coûts sont importantes. Mais ces différences restent hors de proportion avec celles que l'on rencontre dans les bancs rocheux les plus compacts, qui ne peuvent être extraits qu'après dislocation à l'explosif. Aussi est-il très important au moment de l'étude du projet de terrassement de prévoir si on pourra disloquer les bancs à la défonceuse (ripper)ou si on devra avoir recours à l'explosif.On dispose heureusement de moyens pennettant d'obtenir ce renseignement (prospectionsismique). Si la classiâcation du G.T.R. ne prend pas en compte ces difficultés d'extraction, c'est parce qu'en définitive, elles sont moins importantes que les difficultés de mise en remblai : entre une argile classée Alh à mettre en oeuvre sous la pluie et un matériau rocheux classé R 61 provenant d'un banc rocheux nécessitant emploi de l'explosif,le terrassier préférera ce dermer. Ce n'est donc que pour les besoins de l'enseignement que nous ajoutons à la classification les trois catégories suivantes: .

Les frontières de ce tableau sont approximatives et données à titre indicatif

NATUREDU BANC

vrrssss DE SON MFSURE

ROOIEUX

PAR SONDAGE SISMIQUE

Défonçable

V < 1 500 mlsec

Difficilementdéfonçable

1 500 mlsec < V <2 500 rn/sec

(rippable) A extraire avec emploi d'explosif

V> 2 500 mlsec

n n'est du reste pas possible de donner des indications très précises car la possibilité de désagréger la roche à la défonceuse dépend à la fois de la puissance du tracteur qui porte la dent de défonçage et de la nature de la roche (calcaire fracturé ou granite compact par exemple). V.2 - Le bouteur (ou bulldozer)

Le bouteur est un tracteur à chenilles portant une lame à l'avant. Cet engin décape et pousse les matériaux devant lui. On voit qu'il ne peut agir que sur des distances de transport très courtes, inférieures à 100 m (Fig. 3). Les utilisations les plus fréquentes du bouteur sont les suivantes : - décapage (terre végétale, découverte ...), - poussage des décapeuses (la lame est alors remplacée par un équipement

Chapitre

Il :Le« terrassements routienJ

229

spécial), - réglage des matériaux, - déssouohage, - défonçage. Pour ce dernier travail.Ie bouteur est muni à l'arrière d'une puissante dent en acier spécial, que des vérins permettent d'enfoncer dans le sol. Cette dent agit conune un soc. Le défonçage (ou ripage) permet de fragmenter des sols rocheux lorsque ceux-ci se présentent sous formede bancs d'épaisseur moyenne (O,4û m au maximum), ou qu'ils sont relativement fragmentés. Fig. 3 Bouteur. Le défonçage est utilisé non seulement pour le traitement des sols rocheux, mais pour l'ameublissement de sols particulièrement compacts. On utilise alors des défonceuses à deux ou trois dents. La gamme des bouteurs est très étendue, lapuissance des moteurs pouvant aller de 100 à 600 Cv, la largeur de la lame pouvant dépasser cinq mètres. La lame du bouteur est perpendiculaire à l'axe de celui-ci. Elle peut être inclinée: l'engin se contente de mettre en cordon les matéFig. 4 Vue arrière d'un bouteur moturarü une riaux qu'il extrait, sans les transporter, défonceuse

Y.3 -les peRes

Les pelles servent à extraire et à charger les matériaux. Elles comportent un bras articulé se temrinant par un godet. L'ensemble peut tourner autour d'un axe vertical, et est disposé sur une plate-forme automotrice. Le moteur principal (déplacement, rotation, commandes) est en général un moteur de type thermique (Diesel). Les mouvements du godet et du bras sont généralement commandés hydrauliquement ou quelquefois par câbles pour les très grosses pelles type "dragline". Le châssis d'une pelle.peut être monté sur pneus (petites pelles), sur chenilles (pelles moyennes et grosses), sur patins (très grosses pelles). La pelle peut être utilisée : - En butte : le godet est poussé et prend en avant. La pelle peut alors attaquer les

COURS DE ROUTES

230

matériaux situés en hauteur. - En rétro : le godet est tiré et prend en arrière. La pelle peut alors excaver. - En dragueline: le godet, monté sur câble, est déposé au sol par la flèche, et tiré au treuil vers l'engin. li se remplit pal" Fig. 5Pelle hydraulique avec godet

melage.

retro

Une pelle peut être caractérisée par sa puissance, les dimensions de son godet, son poids, sa vitesse de déplacement et sa vitesse de rotation. Ce dernier poin: est important car il conditionne le rendemeni de l'engin. Les pelles petites et moyennes peuvent être munies de très nombreux accessoires : - godets spéciaux pour tranchées plus ou moins étroites, fossés, - bennes preneuses, - dispositifs de forage par rotation ou percussion, - brise-blocs, - moutons d'enfoncement Ces dispositifs sont particulièrement adaptés aux pelles hydrauliques. Dans lagamme des engins disponibles sur le marché, on peut trouver des pelles sur chenilles pesant moins de 8T et présentant une puissance de l'ordre de 50 CV jusqu'aux plus grosses pesant et développant 580 Les plus impressionnantes et les plus rares sont les pelles version butte pouvant atteindre 300T et plus de 2 000 CV ! Remorque : il faut noter que la pelle possède une particularité qui la distingue de la plupart des autres engins de terrassement et qui peut, en certaines occasions la rendre très utile: son cycle de fonctionnement est réalisé sans déplacement de l'engin au sol ce qui est avantageux sur sol de mauvaise portance.

oor

cv.

Y.4 - Les chargeurs

Les pelles sont des engins puissants mais dont le déplacement est lent Dans de nombreux cas, on leur substitue les chargeurs, engins très mobiles, souples et rapides. Un godet travaillant toujours en butte est monté sur deux bras articulés. Cet ensemble ne peut se mouvoir que dans un plan vertical. liest monté sur un tracteur. Le godet se charge à l'avancement. On distingue alors deux types de chargeurs : - déversement à l'avant, - déversement à l'arrière. Ce dernier type est particulièrement utile en travail en galerie, où les rotations des chargeurs sont difficiles ou impossibles. Le tracteur peut être monté sur chenilles ou sur pneus. Dans ce dernier cas, les pneus peuvent être lestés (on utilise l'eau, ou des solutions denses de sulfate de baryte) pour augmenter l'adhérence au 'sol de l'engin. On peut les protéger contre les dégradations des sols rocheux en les enveloppant de chaînes métalliques en aciers spéciaux, De telles chaînes sont

Chapitre

11 : Les terrassements routiers

231

d'ailleurs adaptables à tous les engins de chantier à pneus. Le godet des chargeurs peut avoir une capacité allant jusqu'à 10 mS, pour des puissances de l'ordre de 600 Cv, et des vitesses de déplacement pouvant atteindre 50 kmIh pour les chargeurs sur pneus. V.S - Les camions et tombereaux (Dumpers) Le transport des matériaux peut se faire au moyen de camions ou de tombereaux (Dumpers), adaptés aux déplacements sur sols variés. La différence essentielle entre ces deux catégories d'engins réside dans leur technologie de construction : les camions sont à peu de choses près ceux qui roulent sur nos routes. Les tombereaux ou Dumpers sont conçus comme de véritables engins de terrassement et en possèdent d'ailleurs les principaux organes (moteur, transmission, essieux, etc.).

La camions De nombreux constructeurs proposent dans leur gamme de véhicules, un Ouplusieurs modèles adaptés aux grands chantiers. Bien que la charge utile soit limitée à25'1; ces camions permettent généralement d'effectuer le transport des matériaux de façon satisfaisante et souple, car ils peuvent utiliser le réseau des mies publiques.

La tomhel'e(UU;(ou Dranpers) Ces engins peuvent atteindre des puissances et des dimensions considérables. En général, le moteur diesel comporte de très nombreux perfectionnements et une puissance très élevée. La transmission est le plus souvent automatique (convertisseur de couple, servotransmission). Le différentiel sur les roues arrières comporte un système antidérapant ou de blocage. Chez certains constructeurs, toutes les roues sont motrices mais ce n'est pas le cas général La suspension, facteur de vitesse de déplacement, donc de productivité, est le plus souvent hydraulique ou hydropneumatique. Le freinage est particulièrement efficace et surdimensionné. Les bennes sont à doubles parois et réchauffées par les gaz d'échappement. On distingue les tombereaux articulés (au gabarit routier) d'une capacité de 20T à

Fig. 6 Tombereau articulé

Fig. 7 Tombereau de chantier

232

o.'"

. :.~-o.

35f de chaIge utile, des":~ de chantier ~ maximale peut atteindre 75"kffi1h.-·~- - • ""_

de 35T à plus de 200T dont]a vi~

""

V.6 - La, décapeuse (ou 8~~_J~_;

..:_ "

la décapeuse est ~e~ê mcl~~se chargeant et se déchargeant en marche. Le chargement se fait par inclinaison de Ia caisse vers l'avant, et attaque du sol au moyen d'un couteau. A l'avant de la caisse de l'engin, une porte (ou vanne) de forme spéciale et réglable en hauteur, a pour fonction de contenir les matériaux à l'intérieur de la caisse au fur et à mesure du chargement (porte entrouverte) et pendant le transport (porte fermée). la décapeuse découpe et "avale" une 1ame de sol, le déchargement se fait aussi par l'avant: un bouclier mu par vérins hydrauliques pousse et éjecte le matériau après que la porte ait été relevée. Une décapeuse peut être automotrice ou tractée, à pneus ou à chenilles. Le type le plus répandu est la décapeuse automotrice à pneus.

Fig. 8 Décapeuse.

Une décapeuse se charge rarement toute seule. Elle a besoin d'être poussée au moyen d'un bouteur (bulldozer) appelé dans ce cas "pousseur". Certains sols compacts nécessitent le renfort de deUx ou même trois poussems.

les décapeuses peuvent avoir des bennes de capacité comprise entre 8 et 41 m3 pour les plus grosses (la puissance du moteur al1ant de 220 à 960 CV). la décapeuse est un engin mécanique de conception particulièrement sophistiquée en raison de sa double fonction: - extraction et chargement: vitesse très lente + couple d'entraînement le plus élevé possible aux roues motrices, - transport : vitesse la plus élevée possible (50 à 60 kmIh) dans les pires conditions de circulation (accélération au moyen d'une servo-transmission, stabilité robustesse, freinage, etc.).

nest nécessaire de vérifier, avant d'utiliser une décapeuse très lourde, que les ouvrages sur lesquels elle peut être amenée à passer peuvent Ia supporter. Ce problème se pose pour tous les engins de transport très lourds,

Chapitre Il :Le. ternusenumta routiers

V.7 - La Niveleuse (ou Motorgrader ou grader) C'est l'engin par excellence pom étaler des matériaux (on dit "régaler") et pour les lIivoifu. les positiormerà l'altitudedésirée en respectant le déversdu projet. LI. niveleuse est constituée d'un long

c'est-à-dire

châssis, type "colde cygne"portantle moteur et les organes de transmissionà l'amère; ce châssis est monté sur un essieu arrière moteur, comportant généralement4 roues en tandem et sur un essieu avant directeur dont le plan des roues peut être incliné à droiteou Fig. 9 Niveleuse à gauche par rapport à la verticale.Une lame est placée au centre du châssis par l'intennédiaire d'un systèmearticulé qui lui pennet de prendre diversespositions: - Rotation. complète autour d'un axe vertical (ou pseudovertical), par l'intermédiaire d'une couronne. - Rouuion autour d'un axe longitudinalde l'ensemble lame et couronne,la lame pouvant aller jusqu'à la verticale. - Translation de la lame sur elle-même,permettant de ladéporter sur la droite ou SUI' la gauche (coulissementde la lame). - Inclinaison de la lame sur l'avant (régalage)ou sur l'arrière (décapage). La: niveleuse peut être munie de certains perfectionnements : - extrémités de lame pour calibrer les fossés, - roues avant motrices, - châssis articulé (travailen "crabe"), - dispositif maintenant constant le dévers de l'inclinaison de la lame par rapport ù lu verticale, - dispS iitifd'asservissementà unfil de guidage ouun rayonlaserpour un côté de la lame. La niveleuse permet: -le régalage et le nivelagedes remblais, -le dressage de talus, -le smfaçage des pistes, -le malaxage, la mise en cordon,le répandage et le réglage des matériaux. Lesniveleusessont des enginsdont la puissance peut varierde 100 CV à plus de 350 CV avec un poids en ordre de marche de laT à 25T La largeurde la lame, en généralde l'ordre de 3,70 m peut être portée à 4,90 m pour les plus puissantes. V.S - Les engins de compactage

Extraire un sol revient à le décohésionner, à l'aérer, à le "foisonner", c'est-à-dire lui donner un volume plus important que ce même sol en place. Le foisonnement est loin d'être

'234

COURS DE ROUTES

négligeable et peut setraduire par des augmentations de volume de l'ordre de 30 à 40 %. Le compactage a pour objectif de ramener la teneur en vides du sol à un niveau voisin de la teneur en vides qu'il avait avant extraction, sachant que cet objectif sera impossible à atteindre dans certains cas comme les matériaux rocheux extraits à l'explosif ou à la défonceuse. laqualité du compactage est primordiale pour éviter les tassements ultérieurs, et pour améliorer la portance du sol (voir chapitre 8 Géotechnique routière. Essais PROCfOR et CBR). Des expérimentations engagées il y a plus de 20 ans au Centre d'Expérimentation Routière de Rouen ont permis de connaître l'efficacité des engins de compactage sur différents types de matériaux. Cette efficacité est appréciée par la mesure de la masse volumique sèche moyenne 'Y dm sur l'ensemble de la couche compactée et en fond de couche, où les valeurs sont toujours plus faibles. (Ces mesures sont réalisées à l'aide d'une double sonde à myonnement gamma). Les objectifs de densification sont désignés symboliquement par : CJ3 : objectif requis pour les couches de forme (')tlm 2: 98 % de '}tIopm) q4 : objectif requis pour les couches de remblais (')tlm 2: 9S % de '}tIopm) (Les objectifs 'Il et ~ concernent les couches de base et de fondation des chaussées).

Les engins de compactage les plus coummment utilisés sur les chantiers de terrassement sont : -les compacteurs à pneus (Pi), -les compacteurs vibrants à cylindres lisses (Vi), -les compacteurs vibrants à pieds dameurs (VPi), -les compacteurs statiques à pieds dameurs (SPi), -les plaques vibrantes (PQi),

Us sont classés de la manière suivante dans le fascicule 1 du G.T.R. : Y.8.1 - Les compacterus àpneus (Pi) Le classement est basé sur la charge par roue CR (que l'on obtient facilement en divisant la charge totale de l'engin correctement lesté par le nombre de roues) Pl ;: CR entre 25 et 40 KN, P2 ;: CR entre 40 et 60 KN, P3 ;: CR supérieure à 60 KN. lacharge par roue conditionne l'effiFig. 10 Compaaeur à pneus tuuomoteur cacité en profondeur tandis que la pression de gonflage des pneus conditionne l'efficacité superficielle.

Chapitre Il :Les terrassements routiers

235

Y.8.2 - Les compacteurs vibrants a cylinJres lisses Le phénomène de vibration de l'engin est généré par la rotation d'un balourd à l'intérieur du (oudes) cylindre(s).En agissant sur lavitesse de rotation,on agit sur lafréquence de vibration, et en jouant sur la masse du balourd et/ou son excentricité on peut modifierl'amplitude de la vibration. Leclassementest effectuéà partir de paramètre (MIlL)et d'une valeurminimalepour Ao. MIlL (expriméen Kdcm) est la masse par unité de largeur s'appliquant sur la génératrice d'un cylindre. Ao (en mm) est l'amplitude théorique à vide fonctiondu rapport entre le moment des excentriques de l'arbre à balourd et la masse de la partie vibrante sollicitée par l'arbre à balourd. On distingue cinq classes : VI: (MIlL ..JAo)

compris entre 1 et 25 et Ao ~ 0,6 ou supérieur à 25 et 0,6 < Ao < 0,8 V2: (MIILVAo) compris entre 25 et 40 et Ao ~ 0,8 ou supérieur à 40 et 0,8 < Ao < 1,0 V3: (MIILVAo) compris entre 40 et 55 et Ao ~ 1,0 ou supérieur à 55 et 1,0 < Ao < 1,3 V4: (MIILVAo) compris entreSô et 70 et Ao ~ 1,3 ou supérieur à 70 et 1.3 < Ao < 16 Vs: (MIlL--::JAo) supérieur à 70 et < Ao ~ 1,6 De part leur polyvalenceet leur efficacité, ce sont aujourd'hui les compacteurs les plus répandus sur les chantiers. On distingue: - Les monocy1iruJres On pourra parfoisleur reprocherque la partie du poids de l'engin qui repose sur les pneus n'est pas utilisée pour le compactage. TIprésente toutefois une meilleure capacité de translation qu'un tandem (pneus sculptés contre jante lisse).

Fig. 11Rouleau. vibrant automobile monocylindre

-Les tandems la totalité de la masse de l'engin est utilisée pour le compactage. " On distingue les tandems longitudiFig. 12 Compaaeur vibran.t à cylindre lisse de

COURS DE ROUTES

236

naux (possédant un cylindre avant et un cylindre anière), et les tandems transversaux (les 2 cylindres sont fixés sur un seul essieu).

- Les compacteurs mixtes

n s'agit

d'un compacteur hybride dont l'un des essieux est équipé comme un compacteur à pneus, l'autre essieu entraîne un cylindre vibrant lisse.

Y.8.3 - Les compactelas à pieds domeurs Ce type d'engins a pour ancêtre le rouleau à pieds de mouton qui avait été conçu au début de la mécanisation des terrassements et qui s'efforçait de reproduire le compactage réalisé par les troupeaux d·'ovins sur les terrains d'aviation recouverts de gazon. Le cylindre à pieds dameurs comporte à la surface un grand nombre de segments en acier de forme tronconique dont le.profil est étudié pour cisailler le sol par pénétration et pour que ces segments puissent se dégager en remontant sans arracher le sol, n est très important que le sol à compacter ne colmate pas les segments, faute de quoi, le rouleau serait transformé en cylindre lisse. Ces engins sont bien adaptés sur les sols fins plastiques (surtout pas sur les sables propres) et donnent de bons résultats avec une vitesse de travail de l'ordre de 10 à 12 km/h. Précisons que ces engins qui possèdent une puissance très élevée sont souvent équipés d'une lame de bouteur. On distingue deux types de compactews à pieds dameurs.: -les compacteurs vibrant à pieds damews classés selon les mêmes critères que les compactews vibrants à cylindres lisses. On retrouve les 5 classes VP1, VP2, VP3, VP4 et VPs.

-les compactews statiques à pieds dameurs avec deux classes selon la charge statique moyenne par unité de longueur du cylindre: SPI: 30 < MIlL < 60 Kg/cm SP2: 60 < M11L<90Kg/cm

Y.8.4 - Les p~

.

vibrante&

Elles sont classées à partir de la pression statique sous la semelle Md-' exprimée en KPa On distingùe quatre classes ; seules nous intéressent en matière de terrassement les plus eflicaces : PQ3: 10 < Mws< 15KPa PQ4: Mws> 15 KPa

Y.8.5 - Engins divers Cette brève description des engins de terrassement ne serait pas complète si l'on omettait d'énumérer rapidement les engins dits "de servitude" mais dont le rôle est souvent primordial :

Chapitre Il :Les terras.ement. routiers

237

- L'œrrosease dont la capacité en eau doit être en rapport avec les cadences du chantier. Par exemple 10000 mS par jour sur un chantier nécessitent 200 mS d'eau (compte tenu de l'évaporation) pour augmenter la teneur en eau de 1 %. C'est-à-dire 10 voyages pour une citerne de 20 m3• - Les camions tous terrains pour le ravitaillement en carburant, en huiles et pour le.'l dépannages : il n'est pas toujours facile ni rentable de déplacer les engins d'un bout du chantier à l'autre pour les opérations d'entretien. - Lespompes permettant l'épuisement des venues d'eau, le drainage, les rabattements de nappes, etc. - Les matëriels divers tels que compresseurs, groupes électrogènes, perforatrices, etc. VI - EXECUDON DES TERRASSEMENTS

YI. 1 - Exécution des déblais En schématisant à l'extrême, on peut dire que les problèmes qui se posent lors de l'exécution des déblais sont les suivants : - Extraction (bancs rocheux; terrains meubles très compacts). - Ecoulements d'eau. n s'agit ici non de l'écoulement des précipitations pendant l'exécution du chantier (problèmes qui seront traités dans la rubrique: préparation du chantier de remblai) mais des écoulements ou nappes existant dans le terrain avant exécution du déblai. - Talus qui posent deux types de problèmes: tenue des talus en terrain meuble et exécution des talus en terrain rocheux. - Préparation du chantier de remblai (cas des bancs rocheux: fragmentation; cas des terrains meubles à indice de consistance faible : stratégie de la teneur en eau ; cas des sols évolutifs).

VI.l.l - Extraction Les problèmes correspondants ont déjà été évoqués d'une part au § VI en ce qui concerne les bancs rocheux, et aux § V2 et V.6 en ce qui concerne les sols meubles compacts et cohérents. VI.l.2 -Lee écoulenumts d'eau Si le terrain, avant exécution du déblai, est parcouru parun écoulement souterrain ou contient une nappe (ou, et cela se produit, est parcouru par plusieurs écoulements ou contient plusieurs nappes), les travaux vont être, si l'on ne prend pas de précaution, profondément perturbés par ces écoulements ou nappes : engins se "plantant" dans un sol détrempé, glissements de terrain, ' n convient ici de répéter ce qui doit être le refrain de ce chapitre: ce n'est pas au moment où le chantier de déblai met au jour l'écoulement que l'on doit se préoccuper du problème, c'est au moment de l'élaboration du projet que l'on doit repérer l'écoulement et prévoir les travaux à effectuer pour résoudre le problème.

COURS DE ROUTES

238

De quels moyens dispose-t-on ? a) Modifier le tracé. Ce moyen doit toujours être examiné, mais il n'est pas toujours possible de l'adopter. L'ingénieur qui consent à creuser WJ, déblai dans un terrain contenant un écoulement ou une nappe CÙJit €tre sûr qu'il ny a pas d'autre solution. b) Rabattement de nappe par tranchée drainante ou par pompage (Fig. 13).

..

......:~:._._..

~

•••••••••• •

__ ------7

----------------.--'--1--.----- .... Profil de déblai

/

-" .•....... ~ <,

............. ...

~"

:'~~Pè NT

à réalis

.

•••••••••••••

c

----_ ....-._---

.

,.,.'

-

/., ~

_-_

d'eau

_-- .

" Niveau de la nappe rabattue

Drain

Fig. 13Rabauemeni de nappe (schéma de principe) Est-il nécessaire d'insister sur le fait que dans un cas comme dans l'autre l'évacuation

des eaux extraites CÙJit être assurée ? c) Drains sublwrizonta.ux. La solution consiste à creuser des perforations et à mettre en place des drains qui vont chercher l'eau à plusiews mètres en arrière du talus (Fig. 14). Ce procédé est utilisé pour stabiliser les talus avant qu'ils ne glissent et également lorsque le glissement est amorcé.

----......

.........-._.:- ........ _......

d) Masque drainant; C'est aussi un pro-

.

..

.... ,

n

cédé de stabilisation de talus. consiste à mettre en place contre celui-ci un matériau très"frottant" à granularité élevée et à porosité élevée (Fig. 15).

Fig. 14Mise enplace d'un, drain subhorizontal

Ce masque a un double effet: par sa porosité il draine l'eau et limite les entraînements de matériaux et par' son poids, il constitue un soutènement du sol

Chapitre Il :Les terrassemenss routiers

239

Fig. 15Masque drainant

e) Eperon drainani.Cette solution est souvent employéecommeune phase intennédiaire pennettant la mise en place du masque drainant: on réalise d'abord le terrassement jusqu'à un profil provisoireprévu avec une pente du talus plus douce que le talus définitif: de place en place sur un à deux mètres de large on creuse une entaille (à la pelle mécanique ou hydraulique) jusqu'au talus définitif. On remplit alors d'un matériau pierreux drainant et à angle de frottementinterne élevé; puis on enlèvele sol entre les épis et on complètele masque drainant. Bien entendu, si l'éperon ne doit pas être seulement une phase d'exécution du masque mais une solution définitive, on doit creuser l'entaille plus profondémentque ne l'indique la figure 16, de manière à ce que l'épi ne fasse pas saillie sur le profildéfinitif. Profil provisoire cU terrassement ~ (mais défmitif du talus)

Fig. 16Eperon drainant

les solutions à mettre en œuvre dans le cas d'un écoulement d'eau exigent que collaborent à l'étude duprojet des spécialistesde mécanique des sols, degéobJgie, d'hydrogéologie, de terrassement, etc. Ilfaut accepter de dépenser beaucoup d'argent en études :on sera tout swpris ensuite de constater que l'exécution s'effectue sans histoires et pour ainsi dire facilement. VI.l.3 - Talus

- Dans le cas de talus rocheux,c'est laréalisationdutalus qui en général pose des problèmes, car il est difficilede découper la roche suivant le profilprévu. Aujourd'hui, cette difficulté est résolue grâce au prédécoupage. On vientforerdes trous de mine (avantle terrassement) distants de 0,50 m à 1 m et disposés suivantle plan du talus à obtenir,On fait exploserdans ces trous des charges légèresdestinées à créer dans la roche une fissurequi coïncidera avec le talus

COURS DE ROUTES

240

futur. On terrasse ensuite normalement en utilisant des explosifs dans la masse du rocher à extraire; les ondes de choc sont stoppées par la fissure créée suivant le plan du talus. - Dans le cas de talus en terrain meuble, le problème est la tenue future du talus. Nous avons évoqué au § VI.1.21e problème de cette tenue en présence d'écoulement Mais le problème se pose aussi en l'absence d'écoulement: c'est une question classique de Mécanique des soIs, pour laquelle, à condition d'être consultés en temps utile, les Laboratoires des Ponts et Chaussées sont actuellement bien équipés. la solution du problème est dans l'examen d'un équilibre mécanique des forces en jeu.

Vl.l.4 - Préparation du clumtier de remblai Une partie des difficultés du chantier de remblai provient d'zme préparation insuffisante au chantier de déblai : bien entendu, cette préparation doit, selon le leitmotiv de ce chapitre, être prévue au projet

a) Fragmenuuion des bancs rocheux la présence au chantier de remblai de gros blocs (de volume supérieur par exemple à 50 litres) peut rendre difficil~ ou impossibles le régalage et le compactage. . Si ces blocs sont très rares, on peut les éliminer au moment du remblaiement ou les réincorporer dans le corps du remblai en tassant du sol meuble autour d'eux (l'une ou l'autre opération est d'ailleurs onéreuse). Si ces blocs sont nombreux: et si l'on n'a pas su mettre ~ point un dispositif de remblaiement augmentant l'épaisseur des couches et "enrobant" les blocs (ou autre dispositif), il . faut fragmenter ces blocs. On peut également les mettre de coté pour réaliser des enrochements (il y en a presque toujours sur un chantier 1). Le plus souvent on prépare la fragmentation au déblai (emploi convenable de la défonceuse - éventuellement brise-roche ou explosif) et on achève lafragmentation au remblai avec le compacteur. Mais en définitive, le moyen le plus efficace (et le plus rentable) est le rouleau vibrant monoaxe tracté très lourd (15 à 161) qui peut compacter une couche épaisse de matériaux rocheux: (1,00 m) et dont la puissance est telle que l'engin concasse "littéralement" les blocs situés à la smface de la couche (sauf pour les roches très dures).

b) Stratégk de la teneur en eau

Le compactage des sols meubles impose que l'on soit, au moins approximativement, maître de leur teneur en eau. Or, on n'est pas maître de la teneur en eau naturelle du matériau (c'est-à-dire celle qu'il a dans le terrain où l'on ouvre le déblai). Tout au plus (et il ne faut s'en priver) peut-on la connaître à l'avance par des sondages. On n'est pas maître non plus de la météorologie. Mais on peut tenter de ne pas travailler en mauvaise saison. Finalement, la stratégie de la teneur en eau doit s'adapter à la situation météorologique. Nous la schématisons par ses deux: extrêmes.

Chapitre

11: Le. terrassements routiers

241

- Temps sec stable. Si le matériau n'est pas sensible à l'eau ou si le matériau ost 80nsible à l'eau mais que la teneur en eau naturelle est inférieure à l'optimum Proctor, il n'y u aucune préparation particulière à effectuer. Par contre, il faut profiter du beau temps pour réduire la teneur en eau d'un matériau fin ayant une teneur en eau naturelle trop élevée. On y parvient en ameublissant le sol d'avance en le scarifiant de manière à faire pénétrer l'air et à faciliter l'évaporation, et en l'extrayant en couche mince. - Temps pluvieux. On ne peut plus espérer abaisser la teneur en eau au dessous de la teneur en eau naturelle. Tout au plus peut-on se prémunir contre une élévation de la teneur en eau et ilfaut évidemment lefaire. Pourcela: - On se gardera d'extraire du sol à l'avance ou de l'ameublir dans l'espoir de l'aérer (on ne ferait que faciliter la pénétration de l'eau). - On ménagera des swfaces d'attaque sans ornières ou cuvettes où l'eau séjournerait et on essaiera de procéder à une extraction frontale des matériaux. En fin de journée notamment, on remettra les swfaces attaquées en état. - On ménagera des pentes importantes (au moins 10 % sinon 20%) pour favoriser le ruissellement de l'eau de pluie. - On s'assurera qu'il existe un dispositif complet d'évacuation d'eau et on en préparera à l'avance la conception (dès le stade du projet).

c) Cas des sols évolutifs

Les sols évolutifs sont des sols fragiles souvent gorgés d'eau. Le passage répété des engins ne manque pas de provoquer cette évolution et de transformer un matériau qui se présente sous forme de blocs en une pâte plastique et glissante. pourra arriver que l'on ait intérêt à l'extraire à la pelle qui malaxera moins le matériau et le fera moins évoluer et cela dans l'espoir de le mettre en remblai sans le faire évoluer. Mais on devra se demander si cet espoir est réaliste et si au remblai ne se produira pas alors inéluctablement l'évolution que l'on a su éviter au déblai. Toutefois, même si cette évolution se produit au remblai, le chantier d'extraction et le transport ont été facilités ..C'est peut être déjà un résultat intéressant

n

. VI.2 - Les transports Terrasser, c'est aussi déplacer le sol, c'est-à-dire le transporter. La phase du transport est donc au centre même des opérations de terrassement Comme pour les autres opérations, la recherche du moindre effort, c'est-à-dire du moindre coût va décider quelle sera la méthode la plus avantageuse. Pour transporter, il faut un véhicule dans lequel se fait le transport et une voie sur laquelle se déplacera ce véhicule. Le paramètre essentiel à considérer pour le transport c'est évidemment la distance, car la nature même des matériaux à transporter n'intervient qu'au chargement ou au déchargement. Or, nous allons voir que, pour les terrassements, en fonction

COURS DE ROUTES

242

de l'augmentation de la distance de transport, les moyens ou véhicules deviennent de plus en plus sophistiqués, pendant que la voie aura des caractéristiques de plus en plus élaborées, pour permettre des vitesses de plus en plus élevées.

une distance comprise entre 0 et 50 m erwiron On utilise le bouteur. - Les matériaux sont poussés en vrac par la lame, lentement - La "voie" est constituée simplement par une plate-forme dressée grossièrement par le bouteur. POlU

-

une distance comprise en 50 m et 2 ()()() m environ - On utilise très souvent la décapeuse automotrice (avec éventuellement chargement POlU

à l'aide de pousseurs). . - Les matériaux sont transportés dans la berme de la décapeuse à vitesse moyerme (de 30 à 50 kmIh). - Pour obtenir le meilleur rendement des décapeuses, des pistes de circulation sont aménagées - Suffisamment larges (10 ni), assez solides - pour résister aux pressions engendrées par des engins pesant plus de 50 tonnes, Sur de grands chantiers, l'on prévoit même une niveleuse pour corriger en permanence les déformations de la piste, et même une arroseuse pour éviter laformation de nuages de poussière qui gênent la visibilité des conductews et qui représentent un risque d'accidents. POlU une distance de transport comprise entre 2 ()()() m et 10 ()()()m e1Wiron - Les décapeuses cèdent le terrain aux tombereaux. - Le chargement est fait au moyen d'une pelle, ou, ce qui est le mieux avec un gros

chargeur sur pneus. - La piste est encore plus soignée car la vitesse des tombereaux sera plus élevée que celle des décapeuses (de l'ordre de 60 kmIh). POlU

les grandes distances de transport

L'emploi de camions routiers (châssis 6 x 4, semi-remorque, train routier à deux remorques) peut alors être envisagé. - La piste devient alors une véritable chaussée, conçue et réalisée pour assurer un service durable et sans défaut, à la vitesse requise. Notons enfin, pour mémoire, qu'il n'est pas exclu que des terrassements à longue distance puissent être effectués au moyen d'un transport par voie ferrée. C'est d'ailleurs de cette manière que tous les terrassements ont été exécutés avant l'invention du pneumatique, Pour compléter, ilfaut encore rappeler qu'un atelier de transport donne le meilleur rendement en "tournant rond" c'est-à-dire qu'il faut que tous les véhicules circulent à la même vitesse, qu'il n'y ait pas de temps mort, d'attente, de dépassement par des véhicules plus rapides. Un atelier de transport doit pouvoir fonctionner "comme le métro". Les parcs de maté·riels hétérogènes, voire hétéroclites doivent être proscrits.

Chapit,.e Il

:

W terrassemenis routiers

243

Enfin, l'on doit retrouver la même homogénéité entre la nature du parc des engins de transport et les qualités de la piste de circulation. On voit trop souvent en effet des pistes très mal entretenues, sur lesquelles cahotent et s'enlisent des engins qui ne demanderaient qu'à rouler vite et bien. VI.3 - Exéculion des remblais VI.3.1 - Prépartuion. sous remblai Avant de commencer un remblai, il faut dans un certain nombre de cas, effectuer une

"prëparation sous remblai". Bien que l'on ait souvent exagéré l'importance de cette opération, il ne faut pas négliger: - D'aplanir le terrain naturel lorsqu'il est en pente, pour éviter que le remblai ait tendance à glisser (lorsque la pente du terrain naturel est forte, on taille progressivement des redans dans la pente, au fur et à mesure de la montée du remblai). - D'enlever les matériaux putrescibles comme les souches d'arbres. - De drainer et canaliser hors de l'emprise toutes les venues d'eau. Cette dernière opération est certainement la plus importante mais souvent la plus mal exécutée. VI.3.2 - Décomposition

de l'opémtion de mise en remblai

L'opération de mise en remblai peut se décomposer en 3 parties auxquelles s'ajoutent des problèmes annexes (talutage) : -le déchargement du véhicule transporteur, -le régalage, -le compactage. a) Déchargement lorsque les terres sont déplacées au bouteur, cette opération est évitée puisque les terres ne sont pas chargées dans un véhicule. lorsque les terres sont transportées à la décapeuse, le déchargement et le régalage se font en une seule opération. lorsque les terres sont transportées en camion ou en tombereau, le déchargement se fait par basculement de la benne, si bien que l'on vient constituer un tas qu'il faudra ensuite régaler avec un autre engin (bouteur ou niveleuse). narrive toutefois que l'on décharge le camion ou le tombereau en le faisant avancer::ee qui étale quelque peu le tas et constitue un début de régalage.

b)Régalage Le problème essentiel est celui de l'épaisseur de la couche dematëriaua: elleest.oonditionnée par le compactage et doit être adaptée :

COURS DE ROUTES .

244

- à la puissance de l'engin de compactage, - à la nature du sol à compacter, - à la teneur en eau de ce soL On trouvera sur cette épaisseur des indications précieuses dans le G.T.R.. c) Compactage C'est l'opération essentielle de la mise en remblai; c'est aussi ~ plus délicate: Pour obtenir en effet un compactage efficace et économique, ilfaudrait se placer à une teneur en eau voisine de l'Optimum Proctor Normal, Pour les sols peu sensibles à l'eau et perméables, les excès d'eau ne sont pas gênants, car celle-ci s'évacue sous l'effet de la densification de squelette minéral. Mais au contraire, pour les ~Is sensibles à l'eau, les excès d'eause traduisent, comme le montre le chapitre "Géoteclmique routière", par des chutes de portance sensible: le sol se comporte alors comme une "boue" fluide incompactable. Quant aux sols moyennement plastiques et "dotés de dilatance" 4, ils sont susceptibles d'un phénomène très gênant: le matelassage. On désigne de èette expression imagée le phénomène suivant : à l'emplacement où opère le compacteur, le sol s'enfonce profondément mais ilreflue tout autour du compacteur en se gonflant. (Fig. 17). Compacteu

Fig. 17Schéma duphérwmène de maielassage: Si bien qu'une vague avance devant le compacteur. En somme, ilse produit le même phénomène que celui qui se manifeste lorsque l'on pose sa tête sur un oreiller pneumatique: ilne s'enfonce sous le poids de la tête que pour se gonfler autour d'elle, le volume de l'air dans le coussin demeurant inchangé. On connaît aujourd'hui très bien l'explication de ce phénomène, explication que nous résumerons ainsi : le rôle de l'air de l'oreiller pneumatique est joué par du sol proche de la saturation. Le poids du compacteur entraîne l'apparition de contraintes totales qui du fait de la saturation se traduisent par une pression interstitielle élevée; c'est cette pression interstitielle qui pour se libérer refoule le sol autour du compacteur. Au reste plus on compacte et 4 On appelle dilatance le phénomène suivant: sous l'effet d'un cisaillement du sol, celui-ci, au lieu de ce compacter, se dilate.

Clwpitre Il : Le. terrassement. routier.

245

plus le sol se densifie, plus (à teneur en eau fixe) il s'approche de la saturation. Si l'on poursuit le compactage, le phénomène s'amplifie. ' Quant au rôle de la membrane étanche de l'oreiller pnewnatique, il est joué par du sol qui a subi la dilatance. Sous l'effet de cette dernière, de l'air a pénétré dans cette partie du sol, qui s'éloigne au contraire de la saturation. Ce sol acquiert donc une certaine résistance mécanique ; il se crée donc en surface une croOte résistante reposant sur un sol plus ou moins "liquéfié". D'où le phénomène. Qu'il s'agisse de sol humide ou du phénomène de matelassage, le compactage des sols sensibles à l'eau devient impossible lorsque la teneur en eau devient trop élevée. faut donc adopter une stratégie de l'eau qui est le complément au remblai de celle que nous avons vue au déblai.

n

d) Stratégie de la teneur en eau On ne peut conduire cette stratégie que si l'on s'y est préparé dès l'étude du projet en étudiant les teneurs en eau naturelles. Un bon indicateur de résultat de cette étude consiste à porter sur le diagramme Proctor complet (cf. chapitre "Géotechnique routière") l'étendue des teneurs en eau naturelles c'est-à-dire la marge de fluctuation de celles-do On peut ainsi apprécier si la teneur en eau naturelle (celle du déblai) sera trop forte ou trop faible

(Fig. 18)

=

W1 teneur en eau insuffisante pour-assurer un bon compactage dans des conditions économiques acceptables. ilfous arroser le TTUJtérÜJ.u si cela est possible ou dans certains cas uuliser le compactage par

vibration. W2 = teneur en eCULoptimale pour assurer à lofais un bon compactage et .obtenir une bonne pottance. W3 = teneur en eau rendant le compactage plus délicat coec un risque de "matelassage", On essaiera defaire baisser W en "aérant" le sol ou par traitement à la chaux (voir §suivant). W4 = teneur en eau trop important.e. Le compactage est impossible, la engins "seplantent".

vu - LE TRAITEMENT

Fig. lB Au moment de l'étude duprojet, en pottam. sur le diagramme Proctor la teneurs en eCUL nauuelles, on évalue la dijficu1th ~ l'on rencontrera sur le chantier.

DES SOLS

La raréfaction des ressources en bons matériaux dans certaines régions et l'importance du coût des transports, ont amené les techniciens routiers à rechercher d'autres solutions

COURSDE ROUTES

246

notanunent celles permettant de valoriser des matériaux disponibles sur le chantier. Le traitement en place des matériaux fins comme les limons pour l'exécution des remblais et des couches de forme s'est très largement développé .ces vingt dernières années en France. Nous aborderons dans ce paragraphe les actions de traitement des matériaux avec la chauxou d'autres réactifs (ciments, cendres volantes, laitiers ou autres sous-produits indus-

triels). VU.l - Effets du traitement à la chaux La chaux (dite aérienne) se présente sous les deux formes suivantes : - La chaux vive qui est principalement constituée d'oxyde de calcium Cao (en général à plus de 90 %). Elle est obtenue par calcination du calcaire aux environs de 1 ()()()OC. - La chaux éteinte qui est obtenue par hydratation de la chaux vive. Elle contient principalement de l'hydroxyde de calcium Ca(OH)2. Lorsque l'on mélange de la chaux vive à un sol fin (limon ou argile trop humide), se développent les réactions et phénomènes suivants : * On a incorporé au mélange a % en poids-d'une poudre sèche. En l'absence de toute réaction chimique la teneur en eau W deviendrait W/(l00 + a) * La chaux s'éteint en absorbant de l'eau selon la réaction: Ca 0 + H2 0 _..

(56g) + (l8g)

Ca (OHh + 15,5 K calories

(74g)

Cette première réaction abaisse la teneur en eau du mélange. * La réaction précédente est fortement exothennique ; de l'eau s'évapore (on voit sur le chantier la vapeur d'eau: le mélange "fume") ; c'est une 3ème cause d'abaissement de la teneur en eau. Les trois phénomènes précédents sont responsables d'une décroissance de la teneur en eau d'importance comparable, dont le total peut atteindre environ 0,8 % à 1 % d'eau par 1 % de chaux. * Les modifications entraînées dans le matériau lui-même rendent celui-ci beaucoup plus facile à malaxer. Ce malaxage aère le matériau et contribue à faire baisser la teneur en eau, à condition toutefois qu'il ne pleuve pas. En définitive, 1 % de chaux vive peut faire décroître, effet du malaxage et de l'aération compris, la teneur en eau de l'ordre de 1,5 % à 2 %. On voit donc le principal intérêt du traitement à la chaux vive qui est de pouvoir réutiliser des sols à teneur en eau trop élevée (état h c'est-à-dire dont la teneur en eau naturelle dépasse WOPN de 10 à 40 % suivant les sols). Mais le traitement à la chaux a d'autre effets :

1°) Il entrai:neune modification immédiate des propriétés géotechniques : Dès l'incorporation de la chaux, les fines argileuses s'agglomërenten éléments plus grossiers et friables. Ce

Chapilre 11 : Les terrassements routiers

247

phénomène appelé "Floculation" s'explique par la formation de "ponts" Ca (OlIh entre les feuillets d'argile. Au niveau des essais de laboratoire, on constate: - une diminution de l'Indice de plasticité Ip ou, ce qui revient au même, de la valeur de bleu VBS, - une augmentation de l'Indice Portant Immédiat IPI, - un aplatissement de la courbe Proctor avec diminution de la densité maximale et augmentation de la teneur en eau optimale. Sur chantier, un limon humide perd immédiatement son caractère collant pour prendre un aspect sableux, homogène. Sa manipulation devient aisée, son comportement à la mise en oeuvre etsa portance sont nettement améliorés. L'homogénéité qu'il acquiert le place dans des conditions idéales pour subir éventuellement un traitement au ciment. En général, un faible dosage en chaux, de l'ordre de 1 % suffit pour déclencher ces modifications. I.e schéma qui suit (fig. 19) résume l'effet immédiat d'un apport de chaux vive dans un sol humide. état solide

~

~k t t

état plastique

(rigide-fragile)

Wp

"

~

....

t

Wnat

"~ ,,",.6'

,P

.....c~ ~

état solide (rigide-fragile)

(sans résistance)

WL

t, • ••

~

;}

Wnat

~

~I~

(déformable-collant)

-*

état liquide

t état PlastiqUe~

Wt~

(déformable-collant)

W).

W%

)état liquide (sans résistance)

Fig. 19Modification immediate du comportement d'un sol argileu.x humideprovoqule par l'ùuroduaion de

cluwxvive.

2°) Il modifie les camaënstiques à long terme du sol traité : La chaux en tant que base forte, élève le PH du sol argileux et favorise la mise en solution de l'alumine et de la silice. se forme des aluminates et des silicates de caicium hydraté qui, en cristallisant, agissent comme un liant entre les grains. n se produit une réaction dit "pouzzolanique". Les performances mécaniques s'en trouvent augmentées.

n

248

COURS DE ROUTES

VU.2 - Le 1ra:itemenl à la chaux et au ciment Pour améliorer les caractéristiques d'un sol traité à la chaux, et notamment le rendre non gélif, on peut effectuer un deuxième traitement au ciment. Les réactions du ciment avec un limon, préalablement traité à la chaux, consistent essentiellement en une hydratation des silicates et aluminates de calcium anhydres, avec passage par la phase soluté suivie par la cristallisation des produits hydratés : c'est la prise hydraulique. C'est la croissance des microcristaux formés, leur enchevêtrement, leur feutrage progressif, qui enrobent et relient les grains du matériau entre eux, fonnant des sortes de ponts de plus en plus nombreux et solides. Ce qui conduit rapidement au durcissement du mélange, à l'obtention de caractéristiques mécaniques élevées et à sa stabilité à l'eau et au gel. On caractérise les sols fins argileux traités à la chaux et au ciment en fonction de leur résistance à latraction directe RT et de leur module de déformation~ mesurés à 180jours. VU.3 - L'étude de formulation

n s'agit de déterminer les dosages en chaux et en ciment à incorporer successivement dans le sol à traiter pour satisfaire les deux points suivants : - Un critère relatif à l'exécution, avec la détermination du dosage en chaux capable de conférer au sol fin traité une portance immédiate suffisante, permettant le compactage et la circulation des engins de chantier. . La recherche du dosage en ciment à incorporer au mélange sol fin-chaux pour obtenir les performances mécaniques exigées, pour une couche de forme, voire une assise de chaussée à faible trafic. VU.4 - L'exécution du traitement Le traitement en place est le plus utilisé car moins coûteux qu'un traitement en centrale. Généralement ilest réalisé lors de l'exécution du déblai. L'épandage de la chaux (ou d'un liant hydraulique comme le ciment) est réalisé avec des équipements à dosage volumétrique ou pondéral permettant le répandage à même le sol de 5 à 40 kglm2 de pulvérulent. C'est le point délicat de la technique à cause des problèmes d'environnement, notamment quand ily a du vent. Le mélange est réalisé avec : - des charrues à disques permettant de gros débits (jusqu'a 1000 m3Jheure) mais sur une épaisseur ne dépassant pas 20 cm, - des rotobêches, engins d'origine agricole dont la profondeur de malaxage est de l'ordre de 30 à 35 cm, - des pulvimixers à arbre horizontal,permettant des profondeurs de malaxagejusqu'à 40 cm et des rendements de 200 à 600 m31heure. Après compactage, on procède à une opération de fin réglage par "rabotage" d'une surépaisseur de 0 à 3 cm à l'aide d'une nivel~use ou d'un engin de type "Autograde".

Chapitre Il : Les terrassemetus' rowwrs

249

Dans le cas de matériaux traités pour couche de forme (ou assise traitée), ilconvient do protéger la surface des intempéries, de l'évaporation de l'eau et du trafic de chnntior; Généralement on procède à un cloutage de la surface réalisé avec des gravillons 1Or20 quo l'on incruste dans le sol traité avec un cylindre lisse avant la réalisation d'un enduit superficiel à l'émulsion de bitume (voir chapitre 17"Les enduits superficiels"),

vm - LA COUCHE DE FORME vm.l

- Conception de la couche de forme

qui termine les terrassements et que l'on me! en place aussi bien sur la surface du déblai que sur la partie supérieure du remblai. La partie supérieure de cette couche de transition entre les terrassements et les chaussées constitue la "plate-forme support de la chaussée" (P.E). On désigne par Peutie Supérieure des Terrassements ou PST la zone supérieure (environ On appelle ainsi une couche de matériaux

un mètre d'épaisseur) des terrains en place (cas des profils en déblai) ou des matériaux rapportés (cas des profils en remblai). La plate-forme de la PST est l'Arase de terrassement AH (figure 20). plates-formes

A Plate-forme support de chaussées (PF) B Arase terrassement (AR)

1 Chaussée (couches de roulements, base et fondation) 2 Accotements 3 Couche de forme 4 Partie supérieure des terrassements PST: épaisseur d'environ 1m de sol naturel (section en déblai) ou de matériau rapporté (section en remblai) située sous la couche de forme.

Fig. 20 DljinitiJJn des différents termes

Selon les cas de chantier (nature des sols, climat, environnement hydrogéologique, trafic de chantier ...) la couche de forme se présente sous des formes différentes. Elle peut être : - inexistante car inutile lorsque les matériaux constituant le remblai ou le sol en place ont eux-mêmes les qualités requises, -limitée à l'apport d'une seule couche d'un matériau ayant les caractéristiques nécessaires; c'est le concept traditionnel de la couche de forme, - constituée d'une superposition de couches de matériaux différents répondant à des

COURS DE ROUTES

250

fonctions distinctes, incluant par exemple un géotextile, des matériaux grossiers, une couche de:fin réglage, un enduit gravillonné ... Cette association conçue rationnellement pemiet de former une structure d'adaptation dont la surface présente les caractéristiques requises pour une plate-forme support de la chaussée.

VID.2 - Rôle de la couche de forme A court terme 1-Permettre le passage des engins de chantier que ce soient les engins de terrassements ou les camions approvisionnant les matériaux pour la construction des ouvrages d'art ou de la chaussée. n est bien évident que la piste de chantier dont il a été parlé dans diverses parties de ce chapitre se situe souvent au niveau de la plate-forme des terrassements. Lorsque cette piste a été ainsi créée au bon riiveau, il est avantageux d'en tirer partie pour l'ensemble du chantier. 2 - Protéger la plate-forme contre les intempéries et permettre un bon nivellement de cette plate-forme à la:fin des terrassements. 3 - Contribuer à aplanir les difficultés de mise en oeuvre de la première couche de chaussée. nfaut en effet que soient réunies pour la construction de la chaussée les conditions objectives qui permettront cette mise en oeuvre de façon industrialisée, c'est-à-dire sans aléa. Terrassements et chaussée sont en effet deux phases de travaux distinctes, plus ou moins éloignées dans le temps, correspondant en général à des marchés séparés et dont l'esprit et les méthodes de travail présentent nécessairement des différences importantes. Les terrassements, ainsi que nous l'avons décrit, ont toujours affaire à des sols naturels qui sont ce qu'ils sont, c'est-à-dire hétérogènes, tantôt en remblai, tantôt en déblai, souvent sensibles aux conditions météorologiques, elles-mêmes aléatoires. Lorsque, sur un chantier, les terrassements se terminent, la qualité de ce que l'on obtient peut être à la fois assez différente d'une zone à une autre et assez différente aussi, de ce que l'on avait prévu, selon le temps qu'il a fait, la saison où l'on se trouve, le matériel utilisé pour les travaux, l'organisation et la qualité des travaux. En revanche, les techniques de construction de la chaussée correspondent davantage à une activité industrialisée, c'est-à-dire qu'elles ont recours à des matériaux normalisés, utilisés dans des structures de chaussées elles-mêmes normalisées, et mise en œuvre au moyen de matériels spécifiques, complexes et hautement performants. Comment concilier l'hétérogénéité et la prévision imparfaite propres aux terrassements à la rigueur, la régularité, la fiabilité exigées pour les conditions de mise en œuvre des chaussées ? On demandera donc à la couche de forme un minimum de portance permettant aux engins d'évoluer sans problème pour faire un bon travail et des qualités drainanzes, ou tout au moins d'insensibilité à l'eau, qui lui empêcheront de perdre ses qualités de portance. Pour le compactage de la couche de chaussée, cette meilleure portance offerte par la couche de forme va produire ce que l'on appelle "l'effet d'enclume" : les compacités requises sur les matériaux . de chaussée seront atteintes plus facilement.

Chapitre Il :Les terrassement. routiers

251

Along terme 1 - Homogénéiser la portance du substratum et permettre ainsi à l'Ingénieur responsable du dimensionnement de la chaussée de définir un niveau minimum de cette portance pour l'ensemble du projet, ou tout au moins pour une section suffisammentlongue de ce projet. n est clair que construire une chaussée de façon industrielle n'est pas compatible avec la mise en oeuvre des matériaux avec des épaisseurs trop fréquemment variables avec le profil en long. L'utilisation d'une couche de forme va donc permettre d'exiger sur l'ensemble de la plate-forme des terrassements que soient obtenuesdes caractéristiques minimales conduisant au choix d'une structure unique pour la chaussée.. Nous développerons cette conception dans le chapitre 12 "Conception et Dimensionnement des chaussées". . 2 - Augmenter l'épaisseur des couches non gélives de la chaussée. En effet, si l'on craint que le gel descende au-delà des couches de la chaussée, dans le sol de fondation,et si ce sol de fondation est constitué d'un sol gélif,la solution économique consiste bien souvent à prévoir pour la couche de forme un matériau peu ou pas gélif. 3 - Jouer le rôle de couche anticontaminante et drainante, lorsque la chaussée doit être construite sur un sol de fondation particulièrement humide et plastique. Dans ce cas là, l'on recommande d'interposer entre ce sol et le matériaude la couche de forme une nappe de textile artificiel non tissé, appelé géotextile,qui aura pour fonction essentielle de séparer définitivement le sol naturel et le matériau drainant, sans migrationpossible de fines de l'un vers l'autre, bien que la pression interstitielle du sol plastique puisse se dissiper librement à travers la nappe et s'écouler dans le matériau drainant. La couche de forme est donc une transition entre les terrassements et la construction de la chaussée.

vm.3 - Exécution de la couche de forme Le choix du type de matériau qui sera employé pour la couche de forme va donc dépendre de plusieurs facteurs : * Tout d'abord, très pratiquement des matériauxque l'on trouvera disponibles dans les terrassements. Au stade de la couche de forme, l'on recheiche surtout un matériau économique et en quantité suffisante. * De l'époque à laquelle on prévoit de faire les travaux. L'on sera beaucoup plus exigeant sur les matériaux de couche de forme si l'on envisage d'achever les terrassements en plein hiver. * Des problèmes spécifiques posés par les sols rencontrés le long du tracé au cours de l'étude du projet. Selon que l'on aura affaii-e à des sols fins plastiques humides, à des graves argileuses, ou à des sols évolutifs,etc., le problème de la couche de forme se posera différemment. * Des problèmes spécifiques posés parla technique choisiepour les couches de la future chaussée.

252

COURS DE ROUTES

latechnique à employer pour la couche de forme dépend du rôle qu'elle doit avoir dans chaque cas particulier et donc principalement des matériaux rencontrés dans les terrassements ; elle dépend également des possibilités du chantier en matériaux et en matériel. Nous nous bornerons dans ce qui suit àexaminer de façon non limitative les différents cas de figures qui peuvent éventuellement se présenter : a) Dans le cas d'une couche de forme destinée à améliorer le profil de la plate-forme d'un remblai rocheux, l'emploi d'une granulométrie moins grossière que celle de la masse du remblai suffira, ou encore l'on préfërera l'utilisation d'un rouleau vibrant très lourd (cf. § Y.S2 du présent chapitre) directement sur les matériaux rocheux. b) Dans le cas de matériaux de remblai sableux, ou graveleux propres et de granulométrie étroite, qui ne sont pas sensibles à l'eau, mais qui se comportent mal sous la circulation de chantier, la solution peut être un traitement avec un liant hydraulique (ciment, laitier granulé, cendres volantes). c) Dans le cas de matériaux sensibles à l'eau (sols limoneux et argileux) dont la consistance peut être insuffisante lors de leur mise en oeuvre ou par la suite, si un délai assez long ou même un hiver doit s'écouler avant la construction de la couche de chaussée plusieurs solutions sont possibles: c.I) L'une consiste à recouvrir le terrassement d'une couche de matériau granulaire non sensible à l'eau. Trois difficultés peuvent se présenter si l'on choisit cette solution: - Si le terrassement recouvert de sa couche de forme est soumis à une période de pluie, la couche granulaire perméable permet l'inhibition du sol sous-jacent sensible à l'eau et empêche ensuite, même par beau temps, une diminution de la teneur en eau par évaporation : la portance de la couche de forme peut alors être fortement diminuée. - Si le sol de terrassement est très humide et peu consistant lors de la mise en place de la couche de forme, il y a dès la mise en oeuvre mélange du sol fin et du matériau granulaire, lequel pero alors ses qualités. - Si le matériau granulaire a une granulométrie trop étroite ou trop discontinue et s'il doit supporter une certaine circulation de chantier, il se comportera mal sous cette circulation. A ces trois difficultés peuvent être associés trois type de remèdes : - Augmenter l'épaisseur de la couche de forme de telle sorte qu'elle devienne ellemême un véritable massif drainant (écoulement de l'eau en excès par les bords du massif). Nota: augmenter l'épaisseur est le plus simple en remblai, si l'on dispose de matériaux .granulaires peu coûteux : en déblai il oblige à une swprofondeur ; cette solution peut être satisfaisante si par exemple on cherche en même temps une protection contre les effets du gel; on pourra alors adopter une couche de forme de 70 ou 80 cm, ou éventuellement davantage. - Associer au matériau granulaire une nappe de textile artificiel (géotextile) comme il est dit ci-avant pour éviter les risques de mélange du sol fin et du matériau granulaire. -Tœiter le matériau granulaire avec un liant hydraulique, c2) Un autre type de solution pour les couches de forme sur sols limoneux et argileux consiste à traiter le sol fin lui-même soit à la chaux, soit successivement à la chaux puis au

Chapitre Il : Les terrassemenis routiers

253

ciment. Cette question est abordée au § VII du présent chapitre. Rappelons que ce traitement 5 ne met pas le sol traité àl'abri de l'action néfaste du gel et qu'il y a lieu d'en tenir compte. Cependant cette solution a le grand avantage de ne pas exiger de ressources nouvelles en matériaux d'emprunt, c.3) Sur certains chantiers, des matériaux de carrière correspondant à une fraction granulaire mise au rebut ont été utilisés avec succès : dans la plupart des grandes carrières de roches massives, la fraction 0120 et 0131,5 du concassage primaire est inutilisée car plus ou moins polluée. Ce matériau se trouve souvent en grande quantité et peut faire une couche de forme acceptable bien qu'il faille souligner qu'il est peu drainant et même quelque peu gélif en raison du sable pollué qu'il contient. . c.4) Enfin, il peut être envisagé d'extraire une roche de qualité médiocre mais dont le gisement est proche du chantier et de la concasser sommairement au moyen d'un appareil de concassage sous forme d'une grave 0/80. Le calcaire fissuré, certains schistes, des grès, des gneiss, peuvent faire l'affaire à une condition formelle: que ce matériau rocheux ne soit pas évolutif, et qu'il ne comporte par d'argile -ou presque pas- au sein du gisement.

cl) Dans le cas d'un sol de fondation constitué de matériaux très plastiques et très humides, et lorsqu'un traitement à la chaux est impossible à faire, d'une part parce qu'il ne donnerait pas de bons résultats et d'autre part parce qu'il ne serait pas faisable, la solution que l'on préconise généralement est celle qui est proposée en c.I ci-dessus associée évidemment à une nappe de textile artificiel non tissé. Encore faut-il pouvoir trouver en abondance un matériau grenu propre à proximité du chantier. Toutes les considérations qui viennent d'être développées ici montrent à l'évidence que la couche de forme est une étape capitale pour la construction d'une route car elle correspond à l'achèvement des terrassements, mais c'est sur elle et sur ses caractéristiques géotechniques que vont reposer les conditions objectives de la réussite de la chaussée. Nous ne craindrons pas de nous répéter encore une fois: c'est au stade de l'étude du projet que les problèmes de la couche de forme devront être réglés (nature provenance des matériaux, épaisseur de la couche, quantités disponibles, traitement éventuels, etc.) et que de la façon dont seront réglés ces problèmes dépendra le dimensionnement et le choix de la structure de la chaussée. Enfin, il faut mentionner que le G.T.R. dont il a été parlé dans ce chapitre, traite aussi de l'utilisation des sols en couche de forme et de leUISconditions de compactage. VDI.4 - Dimensionnement et classement des couches de forme Pour déterminer l'épaisseur de la couche de forme, on procède à la démarche suivante. * A partir de la classification géotechnique de sol et de ses conditions hydriques intéressant le mètre supérieur supportant la couche de forme on détermine la PST (partie Supérieure des Terrassements) qui est classée en sept catégories notées PST n? 0 à PST n06. la. PST n? 0, la plus mauvaise, présente des caractéristiques de portance insuffisantes 5 Ou du moins le traitement à la chaux seule.

COURS DE ROUTES

254

pour la réalisation d'me couche de forme, alors la PSf n06, la meilleure, correspond à des merëriaux graveleux ou rocheux insensibles à reau. * A chaque PSf est associée une ou deux classe(s) de portance à long terme de l'arase de terrassement appelée ARi, pour prendre en compte les conditions hydriques à long terme pendant la durée de service de la chaussée.

Les arases sont classées en cinq catégories qui vont de ARo la plus mauvaise à ~ la meilleure (voir CTR fascicule n? 1 p. 64 et 65). * En fonction de la classe d'arase, le Guide des Terrassements Routiers, précise pour chaque catégorie de sol : 11 Si ce sol peut être utilisé en couche de forme, et si oui dans quelles conditions. 21 L'épaisseur de sol à mettre en oeuvre pour obtenir l'une des 4 classes de platesformes PFl à PF4 caractérisées à partir de leur portance selon le tableau ci-après. Module (Mpa) 1 CIasse de plate-forme

20

50

1 PFl

1

PF2

120 200 1 PF3 1 PF4

La portance de la couche de forme est déterminée par son module de déformation réversible mesuré avec l'essai de plaque (module EV2.- voir § X Contrôles) ou le module équivalent mesuré à la dynaplaque.

IX - LES GEOTEX'fll..FS On appelle "géotextiles" des textiles utilisés dans les travaux de géotechnique, notamment les travaux de terrassement et de drainage. Les géotextiles sont presque exclusivement fabriqués avec des matières synthétiques : polyester, polypropylène, polyamide, polyéthylène ... etc. Les géotextiles sont des produits perméables à l'eau (par opposition aux "géomembranes" qui sont des géotextiles imperméables). On distingue plusieurs types de géotextiles : - Les non-tissés constitués par des nappes de fibres reliées entres elles par enchevêtrement, thennosoudage. Leur épaisseur varie du lIlû de mm à plusieurs millimètres suivant les types. - Les tissés constitués par des fils entrecroisés perpendiculairement.

OCl - Le rôle de filtre On demande au géotextile de permettre le passage de l'eau, tout en retenant les particules fines solides transportées par l'eau. le principal domaine d'emploi concerne le drainage pour éviter le colmatage des drains par des matériaux fins (voir chapitre 9 "L'eau dans les sols").

OC2 - Le rôle de couche anticontaurinante Lorsque l'on est amené à mettre en oeuvre des matériaux de bonne qualité sur un support constitué par des matériaux fins et humides, on constate que le simple trafic du chantier

Chapitre Il :Les terrassements routiers

255

peut entraîner une pollution des matériaux propres par une remontée des matériaux fins, ce qui est un gaspillage inadmissible de matériaux souvent coûteux, qui perdent leur portance et peuvent devenir gélifs. Pour éviter le mélange entre les couches, on interpose un géotextile (en général non tissé) de façon à séparer les deux matériaux, sans empêcher le passage de l'eau. Cette pratique est d'usage courante entre une arase de terrassement en matériaux argileux et une couche de forme en matériaux granulaires. _ Au rôle d'écran perméable à l'eau, mais s'opposant à la contamination- du matériau d'apport par des fines argileuses s'ajoute un effet "d'armature". En effet la bonne résistance à la traction du géotextile assure une meilleure répartition des contraintes au niveau de l'arase terrassement. On considère que l'interposition d'un géotextile entre l'arase terrassement et une couche de forme permet de réduire l'épaisseur de cette dernière de 10 à 15 cm. (voir par exemple page 68 du fascicule II du GTR, où l'on constate qu'il faut 75 cm de matériaux D3r grave propre insensible à l'eau- pour obtenir une plateforme PF2 sur une PST n" 1 et seulement 60 cm si on intercale un géotextile à l'interface PST couche de forme). Une procédure de certification des géotextiles a été mise en place en 1988, et aujourd'hui plus de trente produits géotextiles ont obtenu un certificat de qualification qui porte sur : - Les caractéristiques géométriques du produit (épaisseur sous une contrainte de 2kpa et masse surfacique en grammes 1 m2). - Les caractéristiques mécaniques (résistance à la traction, au déchirement et au poinçonnement, déformabilité). - Les caractéristiques hydrauliques (permittivité, ouverture de filtration et transmissivité), X - lA MISE EN VEGEfATION La végétation est la meilleure protection contre les effets de l'eau, elle limite l'érosion et diminue l'infiltration. Par ailleurs, les -terrassements importants nécessités par la construction des ouvrages modernes provoquent dans le paysage des "blessures" qui sont inacceptables sur le plan esthétique. La mise en végétation est donc la reconstitution d'une symbiose végétale (et animale) sur le nouveau profil issu des travaux de terrassements. On pense en premier lieu à l'engazonnement, et c'est vrai que le gazon est la meilleure protection contre les effets de l'érosion. Mais il n'est pas toujours facile de faire tenir sur un talus une couche de terre végétale pour y faire pousser de l'herbe. En règle générale, une couche de 20 cm de terre végétale peut être mise en place sur un talus de pente au plus égale à 2 de base pour 1 de hauteur. Lorsque le talus comporte une pente plus raide, "l'accrochage" devient problématique.

COURS DE ROUTES

256

D'autres solutions peuvent être envisagées; certains végétauxs'accommodent bien de conditions difficiles: ainsi les genêts s'accrochent dans les fissures d'un substratum rocheux, les acacias poussent sur les alluvionscaillouteuses sèches, etc. XI - LE CONTROLE DES TRAVAUXDE TERRASSEMENT

nporte principalement sur deux points : XI.I - Identification des sols rencontrés .

n s'agit de s'assurer que les sols rencontrés lors de la réalisation des déblais correspondent bien aux solsprévus. Un laboratoirede chantier réalise surplace les essais classiques d'identificationtels que : - analyse granulomètrique,. - mesure de l'équivalent de sable pour les matériauxpeu ou insensibles à l'eau, - détermination de la teneur en eau naturelle et de l'argilositéavec valeur au bleu et indice de plasticité pour les sols limoneuxou argileux, . - essais Proctor et poinçonnement immédiat. XI.2 - Contrôles de compactage

C'est un point essentiel car tout défaut de compactage pourra occasionner des tassements ultérieurs (notammentdans le cas de remblais importants)et se traduit par une moindre portance des sols en place. Le contrôle de compacité consiste à mesurer la masse volumiqueapparente du sol en place et à la comparer à une valeur de référence, généralement celle trouvée lors de l'essai Proctor (')doPN): Cette mesure est aujourd'hui réalisée avec des ganunadensimètres, basés sur le principe de la diffusiond'un rayonnement y à travers la matière, cette diffusionétant en relation directe avec la teneur en vides du sol. - La méthode QIS Les nombreux contrôles de chantier réalisés au roUIS de ces trente dernières années permettent pour un sol donné, et un engin de Compactagedonné de savoir combien de passages (réalisés sous laforme d'aller et retour)doit effectuercet engin pour obtenir le compactage souhaité, et quelle est l'épaisseur maximale de lacouche qu'il peut compacter. la méthode Q/S consisté à comparer: - Q laquantité de sol en mS à compacter pendant un temps donné. - S la surface (exprimée en m2) "balayée" par l'engin de compactage pendant ce temps donné. . Sur chantier, le contrôleporte donc sur : Q que l'on détermine par des mètres simplifiés après compactage, ou à partir du nombre de cycles de chaque engin de transport.

257

Il :Les terrassements routiers

Chapitre

S que l'on calcule en multipliant la largeur 1de l'engin par la distance D parcourue par le compacteur, que l'on obtient avec Son compteur kilométrique, ou un système d'enregistrement du type "tachygraphe" de camion qui permet de vérifier le temps et la vitesse de travail. A titre d'exemple, on trouvera ci-dessous un extrait du GTR. (fascicule TIpage 89) donnant les différentes valeurs de Q/S des sols classés B3' D2 et Cl B3'

Pour

Pl P2

~ Q/S e

o.,oss

0.030

0..10 0.40

Pl

Vi

D.IlS

o..oso

0..0/Jt) 0..111)

V3

Q.60

0..10

0.10 0..]( D.7l 0..40 '.00 D.S( 1.2G

V2

V4 D.I6S

VS

Energie de compactage moyenne

Code 2

VPl ~

S.O ·S.D

S.O

2.0

2.0

N

6

6

6

7

S

" 0.065 0..090

0..40. o..SS

0.

V

VP3 ~4 VPS SPi 1sP2 PQ3 PQ4

0.200

0.

0.

0

0.

0

0

S.O 2.0 S.O

2.e

S.O 2.0.

/.0

1.0

7

7

1 6

6

6

1

1

Légende: Q/S en mètres e : Epaisseur de la couche en mètre V : Vitesse de compactage en KmIh N : NolQbre de passages o : ComMPtew" ne convenant pas

Fig. 21 Tableau de compactage pour utilisation des matériaux B3' D2 et C1B3 en remblai.

On voit sur cet exemple que : L'épaisseur de la couche à compacter peut varier de 0,30 m et 1,20 m suivant l'efficacité de l'engin. - Les engins à pieds dameurs (cf §Y.8.3) ne conviennent pas. -la vitesse d'utilisation varie de 2 KmIh pour les engins de type vibrant à 5 KmIh pour les compacteurs à pneus. - Q/S varie de 0,055 pour l'engin le moins efficace (avec ces types de solsI) à 0,200 pour le plus peiformant. -

D'un point de vue pratique, la valeur du paramètre Q/S représente l'épaisseur d'un matériau donné que eetit compacter un compacteur donné en une application de charge (ou 1passage) pour obteruria Compacité recherchée. A ce titre Q/S pourrait être dénommé" épaisseur unitaire de compactage",

- Les contrôles de portance: Etant donné qu'il existe une relation directe entre le compactage et laportance d'un sol, on peut mesurer cette dernière pour apprécier le niveau de compactage. Parmi les méthodes les plus couramment utilisées, on citera : * L'essai deplaque: qui consiste à charger une plaque circulaire et à mesurer son enfoncement (ou déflexion) dans le sol. A l'aide de deux chargements successifs, on peut savoir si le compactage est "terminé" et connaître le module élastique du sol, utilisé pour la classification des Plates-formes PFl à PF4 (voir § VIll.4).

258

COURS DE ROUTES

* La Dynaplaque : avec cet engin on mesure la hauteur de "rebond" d'une masse qui tombe sur le sol, cette hauteur étant dépendante de la rigidité du sol. * Le dé.flectographe: qui mesure en continu l'affaissement du sol (ou déflexion) sous le passage d'une charge de 13 tonnes.

xn - CONCLUSION Comme nous l'avons vu tout au long de ce chapitre, le poste "Terrassement" est souvent (pour ne pas dire toujours) la phase délicate d'un chantier routier, celle sur laquelle pèsent le plus d'incertitudes, et de risques quant aux respects des délais et des coûts, Le succès du chantier se joue pour l'essentiel au bureau d'étude et dans les travaux préliminaires de laboratoire. Le projet de terrassement commence dès le début de l'étude préliminaire, où le lab0ratoire peut, à partir d'une étude géologique et géotechnique sommaire, et de son expérience des sols de la région, donner des indications grossières sur les différentes classes de sols susceptibles d'être rencontrées sur les différents tracés. Cette étude va ensuite en s'affinant avec la reconnaissance de toutes les difficultés prévisibles au niveau de l'Avant Projet Sommaire (bande de 300 m) pour déboucher sur des informations précises à inclure dans le Dossier de Consultation des Entreprises (DCE). Au cours de ces trente dernières années, on n'a pas enregistré d'évolutions spectaculaires au niveau des matériels utilisés. En revanche, les stratégies mises en oeuvre ont sérieusement évolué. C'est ainsi que la mise en dépôt de matériaux médiocres et leur remplacement par d'autres matériaux provenant souvent d'emprunts extérieurs au chantier est aujowd'hui une solution de moins en moins utilisée. Pour des problèmes d'environnement, on s'efforce de réutiliser au maximum tous les matériaux rencontrés, et pour cette raison le traitement des sols avec de la chaux et/ou du ciment s'est fortement développé ces dernières années. Enfin, c'est également dans le cadre du chantier de terrassement que l'on peut traiter des problèmes aussi variés que celui de la protection des eaux, ou des nuisances phoniques. BmUOGRAPHIE Ministère de l'Equipement, du logement et des Transports SErRA - LCPC Guide Technique pour la réalisation des remblais et des couches de forme. Septembre 1992. . P. GAUD et E. I.EFLAIVE. Terrassements 10 et 20 partie, Revue Générale des Routes et Aérodromes. Février et Mars 1971. LCPC Reconnaissance géologique et géotechnique des tracés de routes et autoroutes (1982). SEIRA. Note d'infonnation n" 33, "Procédure de certification des géotextiles". Janvier 1988 Note d'information n? 71, "Géotextiles certifiés". Mars 1992 SErRA - LCPc, «Le traitement des sols à la chaux et / ou aux liants hydrauliques». Guide Technique. Projet - avril 1997.

,

ALEAS

ROUTES Tome 2 sous la direction de Dominique CHATARD

1)

Conception et dlmenslonnement des chaussées par Christian BABILOTTEet Michel FAURE • L~ granulats par Paul CAMPOROTA et Michel FAURE • Les liants hydrocarbonés ~ Lesenrobés à chaud • Lesenduits superficiels • Les matériaux trattés aux liants hydrauliques .~ Leschaussées en béton ~ t:entretien routier par Michel FAURE • Les liants hydrauliques par Yves MOUTON t:exploltatlon de la route en rase campagne par Jacques NOLMER • t:explottatlon en milieu urbain par Yves ROBIN-PR~ALL~E • Sécurité routière. Le rôle de l'Infrastructure par Henri LOURDAUX

ISBNl-908016-90-7 ~

ENTPE