Les Materiaux De La Chaussee

LES MATERIAUX DE LA CHAUSSEE

LES MATERIAUX DE LA CHAUSSEE 1. GENERALITES : On appelle chaussée toute surface spécialement aménagée, sur le sol ou sur un ouvrage, pour le stationnement ou la circulation des personnes et des véhicules. La chaussée peut être définie aussi comme l’ensemble des voies dans le sens transversal et comme l’ensemble des couches au-dessus de la plate-forme support dans le sens vertical. Le but principal de la chaussée est d’assurer une circulation permanente en toute saison, et ceci pour une durée assez longue. Historiquement, la route a évoluée depuis les romains avec des routes en pavé ou dalles puis, avec la mécanisation et l’évolution du parc véhicule, elle a été bouleversée en incorporant des matériaux bitumineux, liants hydrauliques, ….. La chaussée peut être schématisée par une succession d’un certain nombre de couches de natures et d’épaisseurs différents constituants la surface et le corps de chaussée. Ces couches, qui constituent le corps de chaussée, doivent supporter et transmettre au sol support, en les répartissant, les agressions verticales, sans déformations irréversibles trop importantes et également sans dégradation. La coupe type d’une chaussée est comme indiqué sur la figure 1. Noter qu’une seule couche de surface, appelée couche de roulement, est suffisante. Cette couche peut être en bétons bitumineux ou simplement un enduit superficiel. Des solutions béton existent aussi (béton armé continue BAC ou béton armé) mais sont d’usage très limité en Tunisie. La couche de liaison peut être intercalée entre la couche de roulement et la couche de base. Elle est à base de liants hydrocarbonés. La couche de base et celle de fondation constituent le corps de chaussée qui prend appui sur le sol support. Couche de surface

Couche de roulement Couche de liaison

Corps ou assise de chaussée

Couche de base Couche de fondation Sous couche éventuellement

Couche de forme éventuellement Sol support

Figure 1 : coupe type d’une chaussée

Le dimensionnement d’une chaussée et le choix des matériaux prennent en considération plusieurs facteurs dont principalement la classe de trafic. La classe de trafic Ti est déterminée à partir du trafic poids lourds journalier moyen (PL-MJA) de la voie la plus chargée de la chaussée pendant l’année de mise en service. On définit les classes T0, T1, T2, T3, T4 et T5 (voir tableau). Classes du trafic Classe du catalogue Limites PL-MJA

T5 0

Centres des classes

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T4 25

T3 50

35

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T2 150

85

T1 300

200

T0 750

500

2000 1200

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Les matériaux de base utilisés dans la construction routière sont principalement : les granulats, les liants hydrocarbonés et les liants hydrauliques. 2. LES GRANULATS : Ils constituent la principale composante des différentes couches de chaussée. Selon la nature des couches, le pourcentage des granulats varie entre 70 à 100 %. Suivant leurs usages, les granulats peuvent être des sables, graviers (différentes coupures) ou des graves qui sont des mélanges de cailloux, gravier et de sables (gros, fin, très fin). Ces granulats doivent répondre à plusieurs spécifications techniques en ce qui concerne leurs propriétés (granularité, angularité, propreté, résistance à l’usure, résistance au choc,….). Le tableau suivant donne les spécifications demandées pour un usage routier des granulats de la couche de roulement ou de liaison.

Spécifications des granulats pour techniques routières Trafic

Spécification A : aplatissement LA : Los-Angles

T4

T3

T2

T1

MDE : Micro-Deval CPA : coefficient de polissage accéléré P : propreté ES : Equivalent de sable A LA MDE CPA P ES A LA MDE CPA P ES A LA MDE CPA P ES

Couche de liaison

Couche de roulement

≤ 30 ≤ 30 ≤ 25

≤ 30 ≤ 25 ≤ 20 ≥ 0.45 ≤2 ≥ 50

≤2 ≥ 50 ≤ 30 ≤ 25 ≤ 20 ≤2 ≥ 50 ≤ 25 ≤ 25 ≤ 20 ≤2 ≥ 50 ≤ 20 ≤ 25 ≤ 20 ≤2 ≥ 50

≤ 25 ≤ 20 ≤ 15 ≥ 0.50 ≤2 ≥ 50 ≤ 20 ≤ 20 ≤ 15 ≥ 0.50 ≤2 ≥ 50 ≤ 20 ≤ 15 ≤ 15 ≥ 0.50 ≤2 ≥ 50

3. LES LIANTS HYDROCARBONES: Ce sont des produits liquides très visqueux, de couleur noire et dont la viscosité est sensible à la température. Le liant de base utilisé en technique routière est le bitume qui est un produit obtenu à partir du pétrole dont plusieurs essais servent à le caractériser (voir chapitre liants hydrocarbonés). On utilise aussi en construction routière les émulsions. Ces deux produits servent pour la couche de roulement, pour la couche de liaison ou pour le corps de la chaussée. Dans ce cours, seulement quelques éléments concernant la couche de roulement seront données. Plus de détails serait dans le cours de routes. La couche de roulement peut être soit en béton bitumineux soit en enduit superficiel. 4. LE BETON BITUMINEUX : Le béton bitumineux (‫ )ﺧﺮﺳﺎﻧﺔ زﻓﺖ‬ou enrobé bitumineux est un béton où l’eau et le ciment seront remplacés par un liant hydrocarboné. Du fait de l’absence du ciment (éléments fins), on y incorpore des fillers pour augmenter la compacité. Cours de matériaux de construction

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Les bétons bitumineux (BB) doivent répondre à certains impératifs tels que: 

la stabilité mécanique ; résistance et déformation en température



la résistance à la glissance, à la fatigue, aux efforts horizontaux et aux sollicitations hivernales ;



l’imperméabilité ;



les qualités de roulement.

La formulation d’un enrobé doit tenir compte de tous ces facteurs en plus du trafic, du type de structure, des conditions climatiques et de l’épaisseur du revêtement. Les matériaux entrant dans la composition d’un enrobé sont:  les granulats (voir spécifications plus haut);  le liant, généralement du bitume ;  les fines d’apport ;  les dopes et les activants éventuellement. Les bitumes doivent résister aux contraintes de traction, cisaillement et compression, éviter la susceptibilité thermique, avoir une bonne adhésivité aux granulats et résister au vieillissement(5 ans en moyenne). Les dopes d’adhésivité sont destinés à renforcer la résistance des BB contre les dégradations provoquées par les agents extérieurs (essentiellement l’eau). 4.1- Formulation des enrobés : On réalise pratiquement à nos jours que les enrobés appelés semi grenus (les enrobés denses et les enrobés grenus ne sont plus utilisés). La composition granulométrique et la teneur en bitume 40/50 ou 60/70 sont déterminées en laboratoire. Les granularités adoptées sont 0/10 (BB 0/10) et 0/14 (BB 0/14). Les pourcentages des passants pour ces deux classes sont: Tamis (mm) 14 10 6.3 4 2 0.08

BB O/10 94-100 65-75 45-60 30-40 7-10

BB O/14 94-100 72-84 50-66 40-54 28-40 7-10

Les épaisseurs d'utilisation par couche sont :

La teneur en liant est définie à partir des études de laboratoire en tenant compte de l’épaisseur et de la compacité du revêtement. A titre indicatif, la teneur des enrobés bitumineux varie de Cours de matériaux de construction

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5.4 à 6.1% selon leur type (40/50 teneur varie de 5.1 à 5.3%). L’étude détaillée d’une formulation d’un béton bitumineux se fait par une approche théorique complétée par des essais de laboratoire. Par les essais, on détermine certaines caractéristiques des enrobés. On distingue principalement:  essai de comportement au compactage par la Presse de Cisaillement Giratoire (PCG) ;  essai de stabilité et de fluage Marshall ;  essai de traction directe ;  essai d’orniérage LCPC ;  essai de fatigue ;  essai de compression simple Duriez ;  etc. Exemple de composition d’un béton bitumineux : Tamis (mm) 14 10 6.3 4 2 0.08

Courbe réelle 97 78 58 47 34 8,5

BB O/14 94-100 72-84 50-66 40-54 28-40 7-10

On prépare 6 kg pour effectuer 04 éprouvettes pour réaliser la stabilité et le fluage Marshall Tamis (mm) 10 - 14 6.3 - 10 6.3-4 4-2 2-0.08 0.08

% de chaque fraction 97-78=19 ou 100-78=22 78-58=20 58-47=11 47-34=13 34-8,5=25,5 8,5-0=8,5 total

masse de chaque fraction 1140 gr ou 1320 1200 660 780 1530 510 5820 ou 6000

Prendre une teneur en bitume 40/50 variant de 5.1 à 5.3% de la masse totale des granulats Cette teneur est le paramètre d’étude au laboratoire pour déterminer une composition optimale répondant au critère de résistance et de stabilité. Procédure : 1. Préparation : Mettre au préalable à l’étuve les granulats lavés (>2 mm) à T=160°C Mettre au préalable à l’étuve la fraction des granulats (0.08-2 mm) à T=160°C Mettre au préalable à l’étuve la fraction des granulats (<0.08) à T=160°C Mettre au préalable à l’étuve les moules et les hausses Mettre le bitume 40/50 à l’état fluide à T=160°C avec flemme à gaz réglable 2. Malaxage : Mettre la plaque de chauffage sous le bac du malaxeur attendre pour atteindre 160°C Introduire les granulats secs (>2 mm) déjà chaude : ne pas refroidir les granulats Mettre en rotation le malaxeur Introduire la quantité de bitume pesée doucement dans le bac du malaxeur Introduire la fraction des granulats (0.08-2 mm) déjà chaude Homogénéiser et malaxer Cours de matériaux de construction

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Introduire la fraction des granulats (<0.08) déjà chaude Homogénéiser et malaxer Le malaxage et le compactage doit être à T=160°C  Peser 1200 gr et remplir le moule 1 (placer des papiers filtres au fond et haut du moule) Compacter 75 coups de chaque coté du moule Laisser refroidir 5mn sous l’eau débit faible orienté sur la paroi externe du moule Démoulage avec piston Laisser refroidir à l’air durant 4 -5 heures (mettre l’éprouvette dans une position inclinée pour aération uniforme)  Recommencer la dernière opération pour confectionner les éprouvettes 2,3 et 4 3. Stabilité Marshall Prendre les dimensions de chaque éprouvette numérotée Peser chaque éprouvette numérotée avec une balance de précision soit M1 Peser chaque éprouvette numérotée immergée à l’eau avec balance hydrostatique soit M2 Avant essai sur la presse mettre les éprouvettes dans les socles et placer l’ensemble dans un bain thermostatique à 60°C Vitesse de la machine réglée à 0,846 mm/s Enregistreur graphique 3mm /s Fluage Marshall = affaissement entre l’origine et la résistance maximale avec un comparateur digital Sur un enregistreur graphique standard : Fluage Marshall = 2,54 . X : distance sur papier entre l’origine et la résistance maximale 4. Rapport Résistance maximale Fluage Marshall MVRg : masse volumique réelle des granulats

MVRg 

100 P1 P2 P3 Pn    .....  MVRg1 MVRg 2 MVRg 3 MVRgn

Pi : pourcentage des fractions ; MVRgi masse volumique réelle des fractions granulaires MVR : masse volumique réelle de l’enrobé

MVR 

100  Pl MVA ; compacité de l’éprouvette : C  .100 ; tel que : 100 Pl MVR  MVRg MVRl

MVA : masse volumique apparente de l’enrobé Pourcentage des vides résiduels : VR=100-C MVAg : masse volumique apparente des granulats dans l’éprouvette

 Pl  MVAg  MVA 1    100  Pl  Pourcentage des vides occupés par l’air et le liant : V  Pourcentage des vides comblé par le liant : Vl 

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MVRg  MVAg .100 MVRg

V  VR .100 V

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4.2- Fabrication et mise en œuvre des enrobés à chaud : Les BB semi-grenus 0/10 ou 0/14 peuvent être utilisés en couche de liaison ou de roulement. Les épaisseurs de mise en oeuvre varient de 5 à 9 cm. Ces bétons sont fabriqués dans des centrales et seront transportés par des camions. La fabrication peut être résumée par le schéma suivant : LEGENDE 1 : Prédosage des composants (granulats) 2 : Tambour sécheur (il faut que les granulats soient secs) 3 : Dépoussiérage ; 4 : Tour de malaxage ; 5 : Tour à filler ; 6 : Silo de stockage des enrobés ; 7 : Cabine de commande ; 8 : Citernes à liant ; 9 : Tambour sécheur en parallèle.

A la sortie de la centrale, l’enrobé à une température voisine de 160 °C. Sa mise en place devra se faire à une température supérieure à 80 °C. Le matériau, transporté par camion, généralement bâché pour éviter par temps froid une déperdition de chaleur excessive, est mis en œuvre par un finisseur. La mise en œuvre passe par les étapes principales suivantes :  Nettoyage et brossage du support ;  Pose de la couche d’encollage ;  Mise en place du béton à l’aide du finisseur ;  Compactage qui peut se faire en plusieurs étapes et avec plusieurs types de compacteurs. La mise en service du béton bitumineux peu être immédiate. Des recherches récentes ont porté sur de nouveaux types d’enrobés de bitume (enrobés en couche mince pour renouvellement des couches de roulement, ou enrobés drainants susceptibles de diminuer les effets dus à la présence sur la chaussée d’un film d’eau en temps de pluie). 4.3- Fabrication et mise en œuvre des enrobés à froid : Les enrobés à froid peuvent être fabriqués à partir d’émulsion, soit à partir de bitumes fluxés ou fluidifiés. Ils sont utilisés surtout pour les travaux d’entretien (rebouchage de nids de poule,...) ou dans les travaux neufs. La granulométrie est choisie en fonction de l’utilisation, le dosage en liant est compris entre 4 et 6%. Le répondage se fait à la niveleuse. Le compactage doit être énergique. Ces types d’enrobés ne supportent pas un grand trafic.

Les essais relatifs aux enrobés sont résumés dans ce qui suit :

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Référence : NF P98-130 Titre : Enrobés hydrocarbonés. Couches de roulement et couches de liaison : bétons bitumineux semi-grenus (BBSG). Définition - Classification - Caractéristiques Fabrication - Mise en œuvre Référence : NF P98-131 Titre : Enrobés hydrocarbonés. Bétons bitumineux pour chaussées aéronautiques (BBA). Définition - Classification - Caractéristiques - Fabrication - Mise en œuvre Référence : NF P98-132 Titre : Enrobés hydrocarbonés. Couches de roulement et couches de liaison : bétons bitumineux minces. Définition - Classification - Caractéristiques - Fabrication Mise en œuvre Référence : NF P98-133 Titre : Enrobés hydrocarbonés. Couches de roulement : bétons bitumineux cloutés. Définition Classification - Caractéristiques - Fabrication - Mise en oeuvre. Référence : NF P98-134 Titre : Enrobés hydrocarbonés. Couches de roulement : bétons bitumineux drainants. Définition - Classification - Caractéristiques - Fabrication - Mise en œuvre Référence : NF P98-136 Titre : Enrobés hydrocarbonés. Bétons bitumineux pour couche de surface de chaussées souples à faible trafic. Définition - Classification - Caractéristiques Fabrication - Mise en oeuvre. Référence : NF P98-138 Titre : Enrobés hydrocarbonés. Couches d'assises : graves-bitume (GB). Définition Classification - Caractéristiques - Fabrication - Mise en œuvre Référence : NF P98-140 Titre : Enrobés hydrocarbonés. Couches d'assises : enrobés à module élevé (EME). Définition - Classification - Caractéristiques - Fabrication - Mise en œuvre Référence : NF P98-141 Titre : Enrobés hydrocarbonés. Couches de roulement et couches de liaison : bétons bitumineux à module élevé (BBME). Définition - Classification - Caractéristiques Fabrication - Mise en œuvre Référence : NF P98-145 Titre : Enrobés hydrocarbonés. Asphaltes coulés pour trottoirs et pour couches de roulement de chaussées. Définitions - Classification - Caractéristiques Fabrication - Mise en oeuvre. Référence : NF P98-150 Titre : Enrobés hydrocarbonés. Exécution des corps de chaussées, couches de liaison et couches de roulement. Constituants - Composition des mélanges Exécution et contrôle. Référence : XP P98-151 Titre : Enrobés hydrocarbonés. Contrôles occasionnels du pourcentage de vides lors de la mise en oeuvre avec planche de référence.

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5. LES ENDUITS SUPERFICIELS : L’enduit superficiel (‫ )ﻃﻼء ﺳﻄﺤﻲ‬ou (‫ )ﻃﻼء ﻇﺎھﺮي‬en liants hydrocarbonés forment une classe de revêtements de surface particuliers. La technique consiste à répandre une couche de liant, puis de gravillons qu’un cylindrage énergique vient enchâsser dans le liant. Technologie ancienne prévue pour former la surface de couche de base en matériau non traité, les recherches faites sur l’adhérence et la nécessité de créer, ou de recréer, une forte rugosité en certains endroits lui ont donné une nouvelle jeunesse. Ses variantes sont nombreuses; elles portent sur la granulométrie des gravillons et leur mode d’application, monocouche ou bicouche, sur leur nature minéralogique. Les enduits superficiels assurent une bonne imperméabilisation du corps de la chaussée, une rugosité élevée et un bon drainage si le dévers dépasse 3%. Les constituants des enduits superficiels sont :  Les granulats qui doivent avoir les caractéristiques principales suivantes : LA ≤ 30, MDE ≤ 20, CPA ≥ 0.40, A ≤ 10%, P ≤ 2%. Les classes granulaires sont 4/6, 5/8, 6/10, 8/12, 10/16 et 12/20.  Les liants hydrocarbonés qui sont principalement les bitumes fluidifiés, des bitumes fluxés ou des émulsions de bitume. Les enduits superficiels peuvent se présenter sous plusieurs structures. Le choix est dicté principalement par la classe du trafic. Les différentes structures sont :  Les enduits monocouches simple gravillonnage, constitués par une couche de liant et une couche de granulats. Ils s’utilisent pour une classe de trafic T4.

 Les enduits monocouches double gravillonnage constitués par une couche de liant surdosée et deux couches de granulats de classes granulaires différentes. Ils s’utilisent pour une classe de trafic T3 et plus.

 Les enduits bicouches constitués par deux couches et de granulats alternés et de classes granulaires différentes. Ils s’utilisent pour une classe de trafic T2 et au dessus.

Suivant la structure retenue, les classes granulaires disponibles et les liants choisis, plusieurs formulations sont possibles. Le tableau suivant donne un exemple de formulation d’enduit monocouche double gravillonnage.

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Liants et granulats Granularité 6/10 et 4/6 ou 5/8 10/14 ou 10/16 et 4/6 ou 5/8 10/14 ou 10/16 et 6/10 12/20 et 8/12

Bitumes fluidifiés 400/600 (kg/m²)

Bitumes fluxés 800/1200 ou 1200/2000 (kg/m²)

Emulsions à 65 % (kg/m²)

1.350

1.250

1.800

1.350

1.300

1.800

1.500

1.400

2.000

1.700

1.600

2.200

Granulats (litres/m²) 7à 4à5 9 à 10 5à6 9 à 10 5à6 9 à 10 6à7

6. LE BETON HYDRAULIQUE : On utilise en général les ciments dont principalement le ciment Portland, le ciment au laitier, le ciment au calcaire, … Ces liants sont caractérisés principalement par la classe, le temps de prise, la chaleur d’hydratation, la composition, … Les couches de surface en béton de ciment sont réalisées à l’aide d’un béton classique, avec un temps de prise soit suffisamment long, égal ou supérieur à 3 heures à 20 0C, une maniabilité suffisante et une raideur compatible avec le matériel utilisé. La machine vibrofinisseuse reçoit le matériau à l’avant, et le répartit. Une vibration permet une meilleure mise en œuvre entre les coffrages en tôle métallique placés à l’avancement. Ceux-ci peuvent constituer les rails de roulement de la machine. Les appareils les plus modernes, dits à coffrage glissant, ne circulent pas sur des rails mais directement sur les parties latérales de la couche de fondation. Des joints «de retrait» ou «de flexion» sont exécutés dans le béton de ciment pour éviter une fissuration erratique due au retrait physico-chimique, à la flexion sous l’effet des charges ou aux gradients thermiques. Ils sont disposés tous les 5 à 6 mètres et sciés sur une profondeur du quart ou du sixième de l’épaisseur de la dalle, la fissuration ainsi prédéterminée se poursuivant naturellement au droit du joint. Ils sont soit équipés de goujons mis en place préalablement permettant un «transfert de charge» d’une dalle à l’autre et sciés alors transversalement à la chaussée. Enfin, un «produit de cure» est pulvérisé sur la dalle pour éviter une évaporation trop rapide de l’eau pendant la prise du béton. Un striage de la surface permet d’améliorer l’adhérence. Signalons une technique qui commence à se répandre, celle du béton armé continu (BAC): ce dernier est déversé sur un lit d’armatures métalliques et aucun joint n’est scié, la fissuration est alors répartie par l’effet des armatures, comme cela se produit dans une poutre en béton armé classique.

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