Memoire Charlotte

BURKINA FASO Unité – Progrès - Justice

ECOLE SUPERIEURE DES TRAVAUX

LABORATOIRE NATIONAL DU BÂTIMENT

PUBLICS DE OUAGADOUGOU

ET DES TRAVAUX PUBLICS / S.E

11 BP 111 CMS OUAGADOUGOU 11

01 BP 133 OUAGADOUGOU 01

Année Académique : 2017 - 2018 MEMOIRE DE FIN DE CYCLE D’ETUDES Stage effectué au Laboratoire National du Bâtiment et des Travaux Publics ----OUAGADOUGOU----

Thème :

« ANALYSE DE TROIS (3) METHODES DE DIMENSIONNEMENT DE CHAUSSEES ROUTIERES : CAS DE LA ROUTE MANGA - ZABRE » Rédigé et présenté publiquement par : KALMOGO Sibidou Charlotte Licence Professionnelle en Génie Civil Pour l’obtention du diplôme de MASTER EN GENIE CIVIL (INGENIEUR DE CONCEPTION EN GENIE CIVIL)

Directeur de mémoire :

Maître de stage :

M. ABDOU Soumana Ingénieur en génie civil et enseignant à l’ESTPO

M. SANA Ali Chef de service du département géotechnique routière au LNBTP et Chevalier de l’Ordre National

Ouagadougou / NIGER

Ouagadougou / BURKINA FASO

Composition du jury : Président du jury : Secrétaire : Membres du jury : BURKINA FASO

« ANALYSE DE TROIS (3) METHODES DE DIMENSIONNEMENT DE CHAUSSEES ROUTIERES : CAS DE LA ROUTE MANGA – ZABRE »

DEDICACES

A mon Père, homme de bonne volonté, en reconnaissance de sa patience envers moi.

A ma petite sœur, en témoignage des respectueuses amitiés.

A ma Mère, femme de cœur et de rigueur, en reconnaissance du pardon de tous les manquements à mes devoirs d’enfants.

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Rédigé et présenté par : KALMOGO Sibidou Charlotte ESTPO M2 Promotion : 2017 – 2018 Page I

« ANALYSE DE TROIS (3) METHODES DE DIMENSIONNEMENT DE CHAUSSEES ROUTIERES : CAS DE LA ROUTE MANGA – ZABRE »

REMERCIEMENTS Albert SCHWEITZER disait : « La gratitude est le secret de la vie. L’essentiel est de remercier pour tout. Celui qui a appris cela sait ce que vivre signifie. Il a pénétré le profond mystère de la vie. » Sur ce, j’adresse mes remerciements à / aux :  M. Gaston GNOUMOU, Directeur Général de l’Ecole Supérieure des Travaux Publics

de

Ouagadougou

(ESTPO),

pour

m’avoir

agréée

dans

son

établissement ;  M. Issaka GUIGUEMDE, Directeur Académique de l’Ecole Supérieure des Travaux Publics de Ouagadougou ;  l’ensemble du corps administratif et professoral de l’ESTPO pour l’encadrement reçu tout au long des cinq ans ;  M. le Directeur Général du Laboratoire National du Bâtiment et des Travaux Publics (LNBTP), pour m’avoir accordé un stage de trois (3) mois pour la rédaction de mon mémoire de fin de cycle ;  M. Soumana ABDOU pour sa disponibilité, ses conseils et ses suggestions tout au long de cette étude, ainsi que sa contribution technique en tant que Directeur de Mémoire ;  M. Ali SANA chef de service du département géotechnique routière au LNBTP, pour son encadrement depuis le début de mon stage, et l’apport de sa grande expérience en tant que maître de suivi, à la réalisation effective de ce mémoire ;  l’ensemble du personnel du LNBTP pour m’avoir accueillie et suivie ;  membres du jury pour leur disponibilité ;  tous ceux qui, de près ou de loin, ont contribué à la réalisation de ce mémoire ;

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SIGLES ET ABREVIATIONS AALBTP : l’Association Africaine des Laboratoires du Bâtiment et des Travaux Publics AASHTO : American Association of State Highway and Transportation Official BB : Béton Bitumineux BTP : Bâtiments Travaux Publics CBR : Californian Bearing Ration (Indice Portant Californien) CAM : Coefficient d’Agressivité Moyen CAMES : Conseil Africain et Malgache pour l’Enseignement Supérieur CBR : Californian Bearing Ratio CCTP : Cahier de Clauses Techniques Particulières CEBTP : Centre Expérimentale de Recherches et d’Etudes des Bâtiment et Travaux Publics DGNET : Direction Générale de la Normalisation et des Etudes Techniques ESB : Enduit Superficiel Bicouche ESTPO : Ecole Supérieure des Travaux Publics de Ouagadougou FCFA : Franc de Communauté Financière Africaine GLN : Graveleux Latéritique Naturel GNT : Grave Non Traité LCPC : Laboratoire Central des Ponts et Chaussées LNBTP : Laboratoire National du Bâtiment et des Travaux Publics LPEE : Laboratoire Public d’Etudes et d’Essais Mémoire de fin de cycle d’étude pour l’obtention du diplôme d’ingénieur de conception en géni civil

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« ANALYSE DE TROIS (3) METHODES DE DIMENSIONNEMENT DE CHAUSSEES ROUTIERES : CAS DE LA ROUTE MANGA – ZABRE »

MTLH : Matériaux Traités aux Liants Hydrocarbonés NE : Nombre d’Essieu équivalent de 13t NF : Norme Française PF : Plate-Forme PL : Poids Lourds PST : Partie Supérieure des Terrassements RD : Route Départementale RN : Route Nationale RR : Route Régionale SCADD : Stratégie de Croissance Accélérée et de Développement Durable SETRA : Service d’Etudes Techniques des Routes et Autoroutes TC : Trafic Cumulé TMJA : Trafic Moyen Journalier Annuel TN : Terrain Naturel

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GLOSSAIRE Analyser : déterminer de façon détaillée les éléments constitutifs de quelque chose, et les mettre en évidence ; Confronter : mettre en rapport afin de comparer ; Critique : *observation négative ou positive portée sur la qualité de quelque chose ; *apporter divers renseignements ou commentaires sur les éléments essentiels et déterminants de quelque chose ; Emergence : évolution positive, se sortir d’une situation difficile ; Empirique : quelque chose qui est fondée sur l’observation et l’expérience personnelle des faits, et non sur une théorie établie ; Fiabilité : aptitude à fonctionner sans incidents ; Impératif : absolument nécessaire ou urgent, une nécessité absolue à laquelle on ne peut se soustraire ; Ingéniosité : faire preuve d’invention et d’intelligence ; Mettre en exergue : mettre en évidence ; Optimal : le meilleur possible ; Précoce : qui se produit plus tôt ; Rationnelle : quelque chose qui est conçue avec une méthode établie et sur la logique ; Une optique : une façon de voir les choses ;

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NOMENCLATURE Symbole

Signification

Unités

r

Coefficient de répartition transversal

-

E

Module de Young

MPa

n

Durée de vies

ans

i

Taux de croissance

%

ν

Coefficient de Poisson

-

b

Pente de fatigue du matériau

-

t°

Température

°C

εt

Déformation par traction à la base de la couche de

μdef

surface

εz

Déformation verticale réelle

μdef

εZadm

Déformation verticale admissible

μdef

σtadm

Contrainte admissible en traction à la base d’une couche

MPa

σZ

Contrainte verticale réelle

MPa

σZadm

Contrainte verticale admissible

MPa

σb

Contrainte de traction du matériau

MPa

kc

Corrélation labo/terrain (1 < kc < 1,3)

-

kr

Coefficient de risque

-

ks

Coefficient de rigidité (1 < ks < 1,3)

-

kd

Coefficient de discontinuité

-

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« ANALYSE DE TROIS (3) METHODES DE DIMENSIONNEMENT DE CHAUSSEES ROUTIERES : CAS DE LA ROUTE MANGA – ZABRE »

RESUME Cette présente étude se focalise sur une comparaison de trois méthodes de dimensionnement de chaussées routières, afin de juger de la méthode la plus optimale pour la conception du tronçon Manga – Zabré. Les méthodes en jeu sont les méthodes empiriques (CEBTP et CBR) et la méthode rationnelle (ALIZE LCPC). Pour parvenir à faire cette étude comparative, une définition des différents paramètres de dimensionnement des trois méthodes là, a d’abord été abordée. Il s’agit entre autre de la durée de vie, du trafic, de la portance du sol support… Ensuite un dimensionnement proprement dit de la chaussée a été faite. A ce niveau, des structures de chaussée ont été proposées en fonction de la classe de trafic et de la classe du sol support : un sol support de classe S4 et des classes de trafic variant de T2 à T3. Par la suite, une vérification de contraintes a été faite sur le logiciel ALIZE. Certaines structures dont les contraintes n’étaient pas conformes, ont connu des modifications sur leur épaisseur. Il s’agit ici des structures proposées par la méthode du CBR et une de la méthode rationnelle. Enfin, nous sommes passés à une analyse critique et une étude comparative. L’analyse critique nous a révélé que la méthode rationnelle est une méthode de dimensionnement complète, en ce qu’elle prend en compte les facteurs ‘‘climat et vérification de contraintes’’ dans son étape de dimensionnement. Ce qui n’est pas le cas des méthodes CBR et CEBTP. Après le choix des structures, le dimensionnement s’arrête là. De l’étude comparative, on note que dimensionner selon la méthode rationnelle revient plus économique que dimensionner suivant CEBTP ou CBR. Par ailleurs, les matériaux proposés en couche de fondation et de base par la méthode rationnelle présentent quelques limites compte tenu de l’accroissement rapide du trafic. En conclusion, il est à noter que pour chaque projet routier donné, et d’un ingénieur à un autre, la méthode de conception vari. Et compte tenu des limites et des avantages que présente chaque méthode, il appartient au concepteur de juger de la méthode de dimensionnement qui convient le mieux à son projet. Pour ce présent projet, ce sont les structures proposées par la méthode du CEBTP qui ont été retenues pour la conception du tronçon Manga – Zabré.

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« ANALYSE DE TROIS (3) METHODES DE DIMENSIONNEMENT DE CHAUSSEES ROUTIERES : CAS DE LA ROUTE MANGA – ZABRE »

Mots clés : chaussée routière - méthodes de dimensionnement – hypothèses de dimensionnement – vérification - analyse critique - étude comparative

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« ANALYSE DE TROIS (3) METHODES DE DIMENSIONNEMENT DE CHAUSSEES ROUTIERES : CAS DE LA ROUTE MANGA – ZABRE »

ABSTRACT

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« ANALYSE DE TROIS (3) METHODES DE DIMENSIONNEMENT DE CHAUSSEES ROUTIERES : CAS DE LA ROUTE MANGA – ZABRE »

AVANT-PROPOS Située au Nord-Ouest de la mairie de Boulmiougou, dans le secteur 12 de la ville de Ouagadougou (ex secteur 18), l’Ecole Supérieure des Travaux Publics de Ouagadougou (ESTPO) est née de l’initiative d’un groupe de hauts cadres chrétiens qui désirent résolument apporter leur contribution au développement de leur pays. C’est un institut d’enseignement privé qui a été créée en 2006 par l’arrêté N°2006-190/MESSRRS/SG/CNESSP/SP du 03/10/2006 par douze (12) fondateurs parmi lesquels figurent un grand nombre d’ingénieurs du génie civil et dont plusieurs ont assumé de hautes responsabilités dans l’Administration de notre pays en charge des secteurs des infrastructures, des transports, du désenclavement, de l’habitat et de l’urbanisme. Les cours sont assurés par des chercheurs, des enseignants d’université et des ingénieurs de haut niveau, exception faite de l’année préparatoire où les élèves du niveau terminal reçoivent un enseignement complémentaire de professeurs certifiés des lycées, afin de leur donner le niveau scientifique requis pour l’admission en première année des techniciens supérieurs. L’ESTPO offre une formation technique de qualité en Génie Civil. Cela fait maintenant treize (13) années d'existence et d'expérience qu’elle compte en cette année 2019. Avec ses diplômes reconnus par le CAMES, l’école a la vocation de former des ingénieurs de conception en génie civil, des ingénieurs des travaux publics, des techniciens supérieurs ainsi que des géomètres topographes. Les cycles sont respectivement de cinq (5), trois (3), et deux (2) ans après un bac scientifique et sur examen des notes pour les ingénieurs de conception, des travaux publics et des techniciens supérieurs. Quant aux géomètres topographes, la durée de formation est de cinq (5) ans pour les ingénieurs géomètres, et deux ans pour les techniciens topographes.  Master II (Ingénieurs de conception) Cette formation permet aux étudiants de pouvoir postuler comme ingénieurs de conception dans le domaine des routes, ouvrages d’arts, bâtiments, barrages, que ce soit dans le privé ou dans le public. La durée de la formation est de trois (3) ans pour les titulaires d’un DEUG A (MP, PC ou MPI) ou DEUG B (CB ou BG), de cinq (5) Mémoire de fin de cycle d’étude pour l’obtention du diplôme d’ingénieur de conception en géni civil

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« ANALYSE DE TROIS (3) METHODES DE DIMENSIONNEMENT DE CHAUSSEES ROUTIERES : CAS DE LA ROUTE MANGA – ZABRE »

ans pour les titulaires d’un baccalauréat scientifique ou technique (C, D, E, F ou S), d’un baccalauréat génie civil ou d’un diplôme jugée équivalent, et de deux (2) ans pour les titulaires d’une licence professionnelle en génie civil (ou d’un diplôme jugée équivalent).  Licence professionnelle (Ingénieurs des travaux) Ce cycle confère aux étudiants un grade professionnel leur permettant ainsi de mettre en application, toutes les connaissances théoriques acquises en classe. Que ce soit dans le domaine du bâtiment, des routes, du barrage, ils ont la capacité requise pour diriger des travaux. La durée de la formation est de trois (3) ans pour les titulaires d’un baccalauréat scientifique ou technique (C, D, E, F ou S), d’un baccalauréat génie civil ou d’un diplôme jugée équivalent et d’un an pour les titulaires d’un BTS en génie civil.  Techniciens supérieurs A l’issue de cette formation, les étudiants acquièrent le titre de conducteur des travaux, projecteurs dans les bureaux d’études, superviseurs des travaux dans l’administration public. La durée de la formation est de deux (2) ans pour les titulaires d’un baccalauréat scientifique ou technique (C, D, E, F ou S), d’un baccalauréat génie civil. Dans le cadre du master, les étudiants, afin d’obtenir leur diplôme de fin de cycle, doivent au préalable suivre des cours théoriques afin d’acquérir des connaissances de base, pour par la suite être évalués. Les évaluations peuvent être soit un projet individuel ou collectif, soit un devoir sur table. Les cours théoriques sont renforcés par des travaux pratiques et des sorties d’études. En fin d’année scolaire, les étudiants vont en stage afin de mettre en pratique les connaissances théoriques acquises, et élaborer leur mémoire de fin de cycle. Et c’est à l’issue de ce mémoire, que leur diplôme leur ait octroyé. Partant de là, nous avons eu à réfléchir durant tout notre temps de stage sur le thème suivant : « ANALYSE DE DEUX (2) METHODES DE DIMENSIONNEMENT DE CHAUSSEES ROUTIERES : CAS DE LA ROUTE MANGA - ZABRE »

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LISTE DES FIGURES Figure I.1 : organigramme du LNBTP................................................................................................ 9 Figure I.2 : situation géographique de la zone du projet .............................................................. 10 Figure II.1 : profil en travers type d’une route (source : google.com) ......................................... 14 Figure II.2 : Schéma de fonctionnement d’une structure de chaussée sous l'application d'une charge roulante (source : wikipédia.org) ......................................................................................... 16 Figure II.3 : constitution structurale d’une coupe de chaussée (source : google.com)............ 17 Figure II.4 : structure type d’une chaussée souple (source : google.com) ................................ 19 Figure II.5 : structure type d’une chaussée rigide (source : google.com) .................................. 20 Figure II.6 : structure type d’une chaussée semi-rigide (source : google.com) ........................ 21 Figure V.1 : principe de dimensionnement selon la méthode du CEBTP .................................. 50 Figure V.2 : principe de dimensionnement selon la méthode rationnelle .................................. 50 Figure V.3 : principe de dimensionnement selon la méthode du CBR....................................... 51 Figure a : diffusion de la contrainte selon Boussinesq ................................................................... C Figure b : diffusion des contraintes selon Westergaard ................................................................. D Figure c : diffusion des contraintes selon Hogg ............................................................................... E Figure d : diffusion des contraintes selon Burmister (source : google.com) ................................F Figure e : exemple de problème traité avec le moteur ALIZE ....................................................... G

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LISTE DES IMAGES Image II.1 : état d’une Chaussée souple sans et sous sollicitations (source : google.com) ... 20 Image II.2 : état d’une chaussée rigide sans sollicitations (source : google.com).................... 21 Image II.3 : état d’une chaussée semi-rigide sans et sous sollicitations (source : google.com) ............................................................................................................................................................... 22 Image a : définition de la structure (Manga – Gon Boussougou).................................................. H Image b : entrée des paramètres de dimensionnement et calcul de contraintes (Manga – Gon Boussougou) ................................................................................................................................. H Image c : résultats des calculs (Manga – Gon Boussougou) ......................................................... I Image d : définition de la structure (Gon Boussougou – Zabré) .................................................... I Image e : entrée des paramètres de dimensionnement et calcul de contraintes (Gon Boussougou - Zabré) ............................................................................................................................ J Image f : résultats des calculs (Gon Boussougou - Zabré) ............................................................. J Image g : définition de la structure (Manga – Gon Boussougou).................................................. K Image h : entrée des paramètres de dimensionnement et calcul de contraintes (Manga – Gon Boussougou) ................................................................................................................................. K Image i : résultats des calculs (Manga – Gon Boussougou) .......................................................... L Image j : définition de la structure (Gon Boussougou – Zabré) ...................................................... L Image k : entrée des paramètres de dimensionnement et calcul de contraintes (Gon Boussougou - Zabré) .......................................................................................................................... M Image l : résultats des calculs (Gon Boussougou - Zabré) ........................................................... M Image m : définition de la structure (Manga - Gon Boussougou) ................................................. N Image n : entrée des paramètres de dimensionnement et calcul de contraintes (Manga - Gon Boussougou) ......................................................................................................................................... N Image o : résultats des calculs (Manga - Gon Boussougou) ......................................................... O Image p : définition de la structure (Gon Boussougou – Zabré) ................................................... O Image q : entrée des paramètres de dimensionnement et calcul de contraintes (Gon Boussougou - Zabré) ........................................................................................................................... P Image r : résultats des calculs (Gon Boussougou - Zabré)............................................................ P

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LISTE DES TABLEAUX Tableau III.1 : valeur du coefficient de répartition transversale en fonction du type de route 24 Tableau III.2 : classe de trafic en fonction du nombre de poids lourds par jour par an ........... 26 Tableau III.3 : classe de trafic en fonction du TC .......................................................................... 27 Tableau III.4 : CAM en fonction du trafic (donné par le LCPC – SETRA) ................................. 28 Tableau III.5 : CAM en fonction du matériau (donné par le LCPC – SETRA) .......................... 28 Tableau III.6 : classe de trafic en fonction du nombre d’essieu équivalent de 13t ................... 29 Tableau III.7 : Classe de portance en fonction du CBR selon CEBTP ...................................... 29 Tableau III.8 : Classe de portance en fonction du module de Young selon LCPC .................. 30 Tableau III.9 : tableau récapitulatif (1) ............................................................................................. 31 Tableau III.10 : proposition d’option avec CEBTP......................................................................... 32 Tableau III.11 : Usure sous le trafic ................................................................................................. 33 Tableau III.12 : valeur des coefficients d’équivalence .................................................................. 33 Tableau III.13 : options proposées................................................................................................... 35 Tableau III.14 : tableau récapitulatif (2)........................................................................................... 35 Tableau III.15 : proposition d’option avec la méthode rationnelle ............................................... 36 Tableau IV.1 : caractéristiques des matériaux pour le dimensionnement (Source : CCTP) .. 40 Tableau V.1 : Tableau de comparaison .......................................................................................... 53 Tableau V.2 : Coût des différents matériaux (1) ............................................................................ 55 Tableau V.3 : Coût des différents matériaux (2) ............................................................................ 56 Tableau V.4 : Coût des différents matériaux (3) ............................................................................ 57 Tableau V.5 : Coût des différents matériaux (4) ............................................................................ 57

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LISTES DES ANNEXES Annexe 1 : compléments du chapitre IV ........................................................................................... B Annexe 2 : simulations sur ALIZE ...................................................................................................... H

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SOMMAIRE Sommaire DEDICACES ................................................................................................................... I REMERCIEMENTS ......................................................................................... II SIGLES ET ABREVIATIONS ........................................................ III GLOSSAIRE .................................................................................................................. V NOMENCLATURE ............................................................................................. VI RESUME ............................................................................................................................ VII ABSTRACT ...................................................................................................................... IX AVANT-PROPOS .................................................................................................... X LISTE DES FIGURES................................................................................ XII LISTE DES IMAGES ................................................................................... XIII LISTE DES TABLEAUX ........................................................................ XIV LISTES DES ANNEXES ......................................................................... XV SOMMAIRE .................................................................................................................. XVI INTRODUCTION GENERALE............................................................................................................ 1 CONTEXTE ET JUSTIFICATION ...................................................................................................... 3 OBJECTIFS DE L’ETUDE................................................................................................................... 4 Objectif global.................................................................................................................................... 4 Objectifs spécifiques ........................................................................................................................ 4 RESULTATS ATTENDUS ................................................................................................................... 4 METHODOLOGIE DE L’ETUDE ........................................................................................................ 4 CHOIX ET INTERÊT DU THEME ...................................................................................................... 5 CHAPITRE I : GENERALITES SUR LE PROJET ........................................................................... 6 I.1. PRESENTATION DE LA STRUCTURE D’ACCUEIL ........................................................... 6 I.1.1. Généralités sur la structure ............................................................................................... 6 I.1.2. Domaines d’interventions .................................................................................................. 7 I.1.3. Missions ............................................................................................................................... 7 I.1.4. Organigramme de la structure .......................................................................................... 8 I.2. PRESENTATION DU PROJET D’ETUDE ........................................................................... 10 I.2.1. Plan de situation de la zone d’étude .............................................................................. 10 I.2.2. Description du projet ........................................................................................................ 11 CHAPITRE II : GENERALITES SUR LES ROUTES .................................................................... 13 Mémoire de fin de cycle d’étude pour l’obtention du diplôme d’ingénieur de conception en géni civil

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II.1. DEFINITION D’UNE ROUTE ................................................................................................ 13 II.2. TERMINOLOGIE ROUTIERE ............................................................................................... 13 II.3. LA CHAUSSEE ROUTIERE.................................................................................................. 15 II.3.1. Définition ........................................................................................................................... 15 II.3.2. Rôle des chaussées ........................................................................................................ 15 II.3.3. Les sollicitations et contraintes des chaussées .......................................................... 16 II.3.4. Constitution de la chaussée : les différentes couches et leur................................... 17 rôle ................................................................................................................................................ 17 II.3.5. Les différents type de chaussées.................................................................................. 19 CHAPITRE III : DIMENSIONNEMENT DE LA CHAUSSEE ........................................................ 23 INTRODUCTION III ........................................................................................................................ 23 III.1. LES HYPOTHESES DE DIMENSIONNEMENT ............................................................... 23 III.1.1. Le coefficient de répartition transversale (r) ............................................................... 24 III.1.2. La durée de vie (n) ......................................................................................................... 24 III.1.3. Le taux d’accroissement (i) ........................................................................................... 25 III.1.4. Le trafic moyen journalier annuel par sens (TMJA ou N) à la date de mise en service .......................................................................................................................................... 25 III.1.5. Le trafic cumulé poids lourds (TC) ............................................................................... 26 III.1.6. Le coefficient d’agressivité moyen (CAM) .................................................................. 27 III.1.7. Le nombre d’essieu équivalent de 13t (NE) ............................................................... 28 III.1.8. La portance du sol support (CBR) ............................................................................... 29 III.1.9. Les matériaux utilisés en couches de chaussées ..................................................... 30 III.2. DIMENSIONNEMENT DE LA CHAUSSEE ....................................................................... 30 III.2.1. Paramètres de dimensionnement donnés par le CCTP ............................................... 30 III.2.2. Dimensionnement de la chaussée ............................................................................... 31 CONCLUSION III ............................................................................................................................ 36 CHAPITRE IV : VERIFICATIONS DU DIMENSIONNEMENT AVEC LE LOGICIEL ALIZE ... 37 INTRODUCTION IV ....................................................................................................................... 37 IV.1. LES MODELES DE LA MECANIQUE DES CHAUSSEES ............................................. 37 (Voir annexe Page B à F) .............................................................................................................. 37 IV.2. UTILISATION DU LOGICIEL ALIZE .................................................................................. 37 IV.2.2. Les limites à vérifier pour les différentes couches .................................................... 37 IV.3. VERIFICATION DU DIMENSIONNEMENT ET INTERPRETATIONS DES RESULTATS ................................................................................................................................... 39 Mémoire de fin de cycle d’étude pour l’obtention du diplôme d’ingénieur de conception en géni civil

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IV.3.1. Suivant la méthode du CEBTP .................................................................................... 40 IV.3.2. Suivant la méthode rationnelle ..................................................................................... 42 IV.3.3. Suivant la méthode CBR ............................................................................................... 45 CONCLUSION IV ............................................................................................................................... 47 CHAPITRE V : ETUDE COMPARATIVE ........................................................................................ 48 INTRODUCTION V......................................................................................................................... 48 V.1. ANALYSE DE L’INFLUENCE DU COEFFICIENT DE REPARTITION TRANSVERSALE ........................................................................................................................... 48 V.2. ANALYSE DU RAPPORT ENTRE L’INDICE CBR ET LE MODULE DE PLATEFORME ................................................................................................................................ 49 V.3. ANALYSE DES ETAPES DE DIMENSIONNEMENT DES TROIS METHODES ......... 49 V.3.1. Etapes de dimensionnement suivant la méthode du CEBTP .................................. 49 V.3.2. Etapes de dimensionnement suivant la méthode rationnelle ................................... 50 V.3.3. Etapes de dimensionnement suivant la méthode du CBR ....................................... 51 V.4. ANALYSE DES MATERIAUX UTILISES EN COUCHES D’ASSISE DANS LES TROIS METHODES .................................................................................................................................... 52 V.4.1. L’enduit superficiel bicouche (ESB) et le béton bitumineux (BB) ............................ 52 V.4.2. Le graveleux latéritique naturel et la litho .................................................................... 53 V.5. ANALYSE FINANCIERE ....................................................................................................... 54 V.5.1. Suivant la méthode CEBTP et CBR ............................................................................. 55 V.5.2. Suivant la méthode rationnelle ...................................................................................... 56 CONCLUSION V................................................................................................................................. 58 CONCLUSION GENERALE ............................................................................................................. 59 RECOMMANDATIONS ..................................................................................................................... 60 BIBLIOGRAPHIE ................................................................................................................................ 61 ANNEXES.................................................................................................................................................. A

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« ANALYSE DE TROIS (3) METHODES DE DIMENSIONNEMENT DE CHAUSSEES ROUTIERES : CAS DE LA ROUTE MANGA – ZABRE »

INTRODUCTION GENERALE La route est un ensemble de voies terrestres qui constituent un réseau destiné à la circulation. C’est l’un des facteurs les plus importants dans le développement économique et social d’un pays. Pour un pays enclavé et en voie de développement comme le BURKINA, l’importance et l’utilité de la route n’est plus à démontrée. En effet, c’est par elle que s’effectuent la plus grande partie des différents échanges, que ce soit commercial ou autre. C’est donc dire qu’une route, pour bien contribuer au développement d’un pays, doit être conçue avec la devise suivante : durabilité, fiabilité, sécurité, confortable. En parlant de « durabilité », nous avons constaté qu’au BURKINA FASO, un bon nombre de route n’atteint pas leur durée de vie prévue. Ces dernières se dégradent plus vite et laisse à désirer. Il y a donc lieu de se demander pourquoi et de chercher à comprendre. Plusieurs facteurs pourraient bien expliquer cette dégradation précoce. On peut citer entre autre, les problèmes de remontées d’eau dans les structures de chaussées, l’insuffisance du compactage des différentes couches, la mauvaise qualité des matériaux, la température inadéquate des matériaux bitumineux pour la couche de roulement, la qualité du sol support, ou encore, le dimensionnement des couches de la chaussée. De tous ces problèmes, c’est celui lié à la méthode de dimensionnement qui a le plus attiré notre attention. La méthode choisie pour dimensionnée la chaussée est – elle bien maitrisée ? Ses paramètres ont-ils été pris en compte comme il le faut ? Il faut noter que plusieurs facteurs interviennent dans le dimensionnement d’une chaussée routière et que les méthodes de dimensionnement sont nombreuses, diverses, et ont chacune une particularité. De ce fait, une bonne maitrise des différents paramètres entrant dans le dimensionnement sont nécessaires voir même obligée. C’est dans cette optique que nous avons porté notre réflexion sur le thème suivant : « ANALYSE DE TROIS (3) METHODES DE DIMENSIONNEMENT DE CHAUSSEES ROUTIERES : CAS DE LA ROUTE MANGA – ZABRE ». Pour ce présent mémoire, il s’agira pour nous d’une part, de mettre en lumière les

hypothèses

permettant

l’établissement

des

trois

méthodes

(3)

de

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dimensionnement. D’autre part, nous dimensionnerons, analyserons, interpréterons et vérifierons les résultats obtenus et en tireront des conclusions. Afin de permettre une bonne compréhension du sujet, le mémoire a été structuré comme suit : le chapitre 1 nous donne une idée sur le projet : présentation du LNBTP, du projet ; le chapitre 2 évoque une généralité sur la chaussée routière ; le chapitre 3 porte sur le dimensionnement proprement dit d’une chaussée ; le chapitre 4 concerne la vérification des résultats ; le chapitre 5 fait ressortir l’étude comparative des différentes méthodes ; Le mémoire s’achève par une conclusion générale, une liste de références bibliographiques et des annexes qui présentent les détails des résultats analysés dans le mémoire.

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CONTEXTE ET JUSTIFICATION Pays sans aucune façade maritime, le Burkina Faso est relié aux capitales des pays voisins par des voies bitumées. Il dispose de plus de 2500 km de voies bitumées sur un total d’environ 15 000 km de route. Les principales villes du pays sont reliées à la capitale politique par des voies bitumées. Ces voies contribuent au développement économique et social du pays à travers le transport des biens et des personnes (importation, exportation, migration), ainsi qu’à l’exploitation des ressources. C’est donc dire que le réseau routier constitue un impératif pour le Burkina. Une route en très bon état, favoriserait non seulement un confort quand au transport des passagers d’une ville à une autre, mais aussi, contribuerait à accroitre l’économie du pays.

Fort conscient de cela, le gouvernement burkinabé a mis

l’accent sur la réparation de certaines voies, et la construction d’autres. Cependant, le réseau routier fait face à d’énormes obstacles auxquels il faut songer à remédier. En effet, une majeure partie des routes, sous l’action des charges des véhicules poids lourds se déforment ou encore, sont entrain de se dégrader avant même d’avoir effectuées la moitié de leur âge de vie. Il y a donc un problème. Et c’est ce qui nous emmène à nous interroger sur les normes et les spécifications des méthodes de dimensionnement des chaussées routières. Après des recherches sur le net, de nombreuses documentations et des approches directes auprès de certains ingénieurs routier, il est ressorti que les méthodes de dimensionnement utilisées sont de nature européenne ou autre et qu’elles ne sont pas bien appréhendées ou bien maitrisées par certains ingénieurs. Ces méthodes venant de l’extérieur, ont été établies en tenant compte de leur climat, de la nature de leur sol, des matériaux provenant de leur sous sol… Pourtant, nous sommes sans savoir que le climat Burkinabé est très différent de celui de la France par exemple et que nous n’avons pas le même type de sol. De plus, la plupart des études qui ont permis l’établissement des méthodes CEBTP, CBR, ont été menées au Laboratoire National des Ponts et Chaussée de France. Par ailleurs, il y a la non maitrise des paramètres du logiciel français Alizé, un logiciel de dimensionnement et de vérification. Partant de ces informations recueillies, nous nous sommes intéressés au thème suivant : « analyse de trois (3) méthodes de dimensionnement de chaussées routières : cas de la route Manga – Zabré ». Mémoire de fin de cycle d’étude pour l’obtention du diplôme d’ingénieur de conception en géni civil

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OBJECTIFS DE L’ETUDE Objectif global L’objectif global de notre étude consiste à analyser complètement trois (3) méthodes de dimensionnement de chaussée routière, et à faire ressortir les avantages et les inconvénients de chaque méthode.

Objectifs spécifiques Les objectifs spécifiques de l’étude se résument aux points suivants : effectuer un dimensionnement complet de la chaussée ; vérifier le dimensionnement avec le logiciel ALIZE ; établir une étude comparative ; tirer des conclusions ;

RESULTATS ATTENDUS un dimensionnement complet de la chaussée est effectué ; une vérification du dimensionnement avec le logiciel ALIZE est faite ; une étude comparative des différentes méthodes est établie ; des conclusions sont tirées ;

METHODOLOGIE DE L’ETUDE choix du thème de mémoire ; échange avec les encadreurs et élaboration du plan de travail ; collectes d’informations ; recherche documentaire ; stage en laboratoire et sur le chantier ; rédaction du rapport provisoire ; analyse réelle des expériences ;

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CHOIX ET INTERÊT DU THEME Le domaine du géni civil est très vaste et très complexe de part ses différentes caractéristiques. Nous avons le bâtiment, les routes, les ponts, les barrages, les ouvrages spécifiques… Nous, en tant qu’ingénieur de conception en fin de cycle, nous avons pu appréhender durant cinq (5) de formation, le domaine des routes, à travers les différents cours (entretien routier, procédés généraux de construction des routes, Route I et II, économie de transport), les visites de chantier et les stages. Et nous savons qu’en tant qu’ingénieurs, nous sommes emmenés à construire, nous sommes emmenés à bâtir notre pays et l’Afrique en générale. Et étant sans savoir que « La route du développement passe par le développement de la route », et que la route contribue en grande partie à accroitre l’économie du pays, après s’être informés sur les opportunités, les forces, les faiblesses, ainsi que les menaces auxquelles fait face le système de transport routier de notre pays, notamment en ce qui concerne les infrastructures routières, nous avons obligations d’apporter notre contribution pour l’émergence du secteur routier au Burkina.

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CHAPITRE I : GENERALITES SUR LE PROJET I.1. PRESENTATION DE LA STRUCTURE D’ACCUEIL I.1.1. Généralités sur la structure Le Laboratoire National du Bâtiment et des Travaux Publics (LNBTP) est un laboratoire de génie civil agrée par l’Etat Burkinabé. Il a été créé sous forme d’établissement public par l’arrêté n°68– 223/PRES/LP/TP du 13 Septembre 1968. Par la suite, il a été transformé en Société d’Etat (S.E) par l’arrêté n°94-420/PRES/MIC/MIC/MTPHU du 23 Novembre 1994 et régi par la loi n° 25/99/AN du 16 Novembre 1999. Il a un capital estimé à trois cent dix huit millions de franc CFA (318 000 000 F CFA) Ce laboratoire, dont la devise est « Construire en toute confiance », a plus de cinquante (50) années d’expériences qui sont mises au profit du développement des infrastructures au Burkina Faso : des missions d’études, de contrôles et d’expertises au service de la promotion de la qualité des ouvrages, une organisation des ressources et une expertise pour garantir la fiabilité des ouvrages. Laboratoire bien équipé, il assure avec rapidité et fiabilité, les différentes missions qui lui sont confiées. Il comprend en son sein au moins cent vingt (120) personnes parmi lesquelles des ingénieurs, des techniciens et des agents techniques. Il reçoit à travers des conventions de coopération, l’assistance technique de la SOCOTEC International PARIS, et du Laboratoire Public d’Etudes et d’Essais (LPEE) du MAROC. De plus il est membre de l’Association Africaine des Laboratoires du Bâtiment et des Travaux Publics (AALBTP). La structure est situé au 1909, Boulevard Naaba Zombré – 01 BP 133 Ouagadougou 01 – Burkina Faso. Et pour toutes informations, elle est joignable par téléphone au (00226) 25 34 33 39 / 25 34 29 57 (numéro du service administratif) ou par fax au (00226) 25 34 31 87 (numéro du service personnel) ou encore par Email au [email protected] ou [email protected], ou encore consulter le site web au WWW.lnbtp-burkina.com.

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I.1.2. Domaines d’interventions I.1.2.1. Etudes des sols et fondations reconnaissance géotechnique des sols et fondations ; essais sur les sols et fondations d’ouvrages ; détermination du type et de la profondeur des fondations des ouvrages ; études géotechniques des sols et fondations d’ouvrages ; I.1.2.2. Contrôles des structures d’ouvrages contrôle technique des structures en vue de l’assurance décennale ; expertise et expérimentation des ouvrages ; contrôle des équipements techniques (climatisation, plomberie, électricité, ascenseur) ; contrôle de la qualité et de la mise en œuvre des matériaux de construction ; études de formulation de matériaux de construction ; études pathologiques des ouvrages ; I.1.2.3. Géotechnique routière études et contrôle géotechnique ; essais sur bitumes et enrobés bitumineux ; auscultation des chaussées ; auscultation sonique des pieux ; essais sur les sols et granulats ;

I.1.3. Missions missions d’études et d’expertises consistant à fournir aux maitres d’ouvrages, à l’administration et au secteur privé, les données nécessaires à l’établissement des documents finaux d’exécution, dans les domaines des routes, voies aéroportuaires et ferroviaires, du bâtiment, des barrages, des ponts et des ouvrages divers ;

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missions de contrôles ayant pour rôle la vérification de la conformité de l’exécution des travaux selon les prescriptions techniques imposées et les règles de l’art ; des missions de recherches appliquées et fondamentales qui favorisent une meilleure maitrise de la connaissance des sols et matériaux : toutes choses qui visent à des économies induites sur les projets de développement ;

I.1.4. Organigramme de la structure

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DIRECTION GENERALE

SECRETARIAT DG DIVISION RECOUVREMENT ET CONTENTIEUX

DIVISION DOCUMENTATIONS ET ARCHIVES

DIVISION CONTROLE INTERNE

COMITE QUALITE ET RECHERCHE

DIRECTION TECHNIQUE SECRETARIAT DT DIVISION MATERIELS TECHNIQUES

DEPARTEMENT GEOTECHNIQUE ROUTIERE SECRETARIAT DGR

DIVISION CONTROLES GEOTECHNIQUES

SECTION ANALYSE GRANULOMETRIQUE

DEPARTEMENT SOLS ET FONDATIONS SECRETARIAT DSF

DIVISION ETUDES ET ESSAIS GEOTECHINIQUES

SECTION ECHANTILLONAGE

DIVISION CLIENTELES CONTRATS ET FACTURATIONS

DIVISION ETUDES ET CONTROLE DES OUVRAGES HYDAULIQUES

SECTION PROCTOR CBR

SECTION PRODUITS HYDROCARBONES

SECTION LIMITES

DEPARTEMENT STRUCTURES SECRETARIAT DS

DIVISION ESSAIS MECANIQUES DE SOLS

DIVISION CONTROLE TECHNIQUE

SECTION ESSAIS EN LABORATOIRE

SECTION ESSAIS IN SITU

SECTION DESSIN ET GRAPHIQUES

Figure I.1 : organigramme du LNBTP

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DELEGATION REGIONALE DE BOBO-DIOULASSO

SECRETARIAT DRB

DIVISION MATERIAUX DE CONSTRUCTION

SECTION ESSAIS, ETUDES ET CONTROLE M.C

DIVISION FINANCES

DEPARTEMENT ADMINISTRATIF ET FINANCIER SECRETARIAT DAF

DIVISION COMPTABILITE

DIVISION PERSONNEL

DIVISION ACHAT ET SUIVI DU PATRIMOINE

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I.2. PRESENTATION DU PROJET D’ETUDE I.2.1. Plan de situation de la zone d’étude

Figure I.2 : situation géographique de la zone du projet Mémoire de fin de cycle d’étude pour l’obtention du diplôme d’ingénieur de conception en géni civil

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I.2.2. Description du projet Dans le cadre de la Stratégie de Croissance Accélérée et de Développement Durable (SCADD), le gouvernement du Burkina Faso considère comme étant de la plus haute priorité, le désenclavement des zones productives qui permet de valoriser les productions dans ces zones et d'accroître ainsi le revenu des populations rurales. Ainsi, le Ministère des Infrastructures du Burkina Faso a commandité un projet d’études en vue de l'aménagement et/ou du bitumage d'environ 153 km de routes, qui regroupent trois tronçons identifiés dans les Régions du Centre-Sud et du Centre-Est. Le projet comprend : la construction et le bitumage de la route nationale N°29 (RN29) MangaZabré- Zoaga- Frontière du Ghana, d'un linéaire d'environ 100 km ; en outre, il est prévu 4 km de voiries dans les villes de Manga et Zabré ; la réhabilitation du tronçon de la route régionale N°09 (RR 09) Bagré Dindéogo, d'un linéaire d'environ 40 km et de la route départementale N°30 (RD30) Dindéogo - Zonsé, d'un linéaire d'environ 9 km ; I.2.2.1. Objectifs du projet L'objectif global du projet est de donner les moyens aux populations rurales de la zone du projet, de participer plus activement au développement de l'économie locale et nationale. Les objectifs spécifiques des travaux sont, de désenclaver les provinces du Zoundwéogo et du Boulgou ayant respectivement pour Chefs-lieux de région Manga et Tenkodogo ainsi que de connecter le pôle économique de Bagré aux centres de consommation (Ouagadougou, Tenkodogo, les villes frontalières du Ghana). Notant le rôle vital et la contribution de la zone du PPCB (Projet Pôle de Croissance de Bagré) à l’agriculture et à l’économie nationale, il va de soi que, l’absence et/ou la mauvaise qualité des infrastructures de transport dans cette zone constitue une contrainte majeure au développement de ce secteur. Ainsi, pour lever cette contrainte, le Gouvernement Burkinabè a entrepris la réalisation des études technico-économique et d’avant-projet détaillé des travaux de construction et de bitumage de la route nationale n°29 (RN29) MANGA – ZABRÉ – ZOAGA – FRONTIÈRE

DU

GHANA

et

des

travaux

de

réhabilitation

des

routes

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départementales n°30 (RD30) DINDÉOGO – ZONSÉ et régionale n°09 (RR09) BAGRÉ – DINDÉOGO. Ce projet s’inscrit aussi dans la Stratégie du Secteur des Transports 2011-2025 recommandée par la Table Ronde des bailleurs de fonds tenue en mai 2000 et adoptée par le Gouvernement du Burkina Faso courant mars 2003. Pour rappel, les objectifs essentiels de cette stratégie sont : le désenclavement des zones d’habitation et de culture ; la meilleure circulation des biens et des personnes ; la contribution à la lutte contre la pauvreté ; I.2.2.2. Cadre géographique du projet Les routes concernées sont situées dans les provinces du Zoundwéogo et du Boulgou, relevant respectivement des Régions du Centre-Sud et du Centre-Est du Burkina Faso. Les origines et fins des tronçons sont indiquées comme suit : en ce qui concerne la route nationale n°29 (RN29), le projet débute dans la ville de Manga (fin du revêtement bitumineux) et la fin du projet est à la frontière du Burkina avec le Ghana, soit un linéaire d'environ 100 Km. À ce linéaire s’ajoute 4 Km de voiries reparties entre les villes de Manga et Zabré. Ce qui porte à un linéaire total de 104 Km pour la RN29 ; quant à la Route Régionale n°09 (RR09), le projet débute à la fin du revêtement du tronçon, non loin de la ville de Bagré et la fin du projet est située dans la ville de Dindéogo au croisement avec la RN29, soit un linéaire d'environ 40 Km ; pour la Départementale n°30 (RD30), elle relie l'agglomération de Dindéogo (RN29) à celle de Zonsé, soit un linéaire d'environ 9 Km. Le linéaire total de routes à étudier dans le cadre du présent projet est d'environ 153 Km ; Notre présente étude porte sur le tronçon Manga – Zabré en cours de travaux. Le tronçon est long de 79 Km. Il débute dans la ville de Manga et se termine quelques mètres après le PK0 de Zabré. La largeur de la chaussée varie de 7m à 8m. Pour faciliter notre étude, nous considèrerons une largeur uniforme de 8m pour tout le tronçon. La distance Manga – Zabré se répartie comme suit : Manga – Gon Boussougou = 43 km ----------- Gon Boussougou – Zabré = 36km

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CHAPITRE II : GENERALITES SUR LES ROUTES II.1. DEFINITION D’UNE ROUTE Une route est une voie de communication terrestre aménagée, permettant de se déplacer d’un point à un autre. Elle joue un rôle de transport à distance, de collecte et de diffusion, ainsi que de liaison humaine. Elle a pour but de permettre la circulation des biens et des personnes en toute saison, dans les conditions suffisantes et aussi durables que possible de confort et de sécurité. La route participe de nos jours à la qualité de l’environnement et du cadre de vie. C’est aussi un facteur important pour le développement des différentes nations. Ces caractéristiques géométrique sont illustrés par : le tracé en plan Il met en évidence les longueurs des sections rectilignes et la valeur des rayons de courbures dans les virages. En somme, il définit le tracé de la route et indique par la même occasion son environnement et l’emplacement des ouvrages d’art et de ses équipements. le profil en long Il s’agit d’une coupe longitudinale de la route indiquant les pentes longitudinales, les rampes, ainsi que les rayons des sommets des côtes et des points bas. En terme clair, il indique les raccordements, les hauteurs des remblais et des déblais au niveau de l’axe. le profil en travers Il illustre essentiellement la largeur de la chaussé et celle des accotements. Il indique aussi les pentes transversales.

II.2. TERMINOLOGIE ROUTIERE l’emprise : c’est la partie du terrain qui appartient à la collectivité et est affectée à la route ainsi qu’à ses dépendances ; l’assiette : c’est la surface du terrain réellement occupée par la route ; Mémoire de fin de cycle d’étude pour l’obtention du diplôme d’ingénieur de conception en géni civil

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la Plate-forme: surface de la route qui comprend la chaussée et les accotements ; la Chaussée : surface aménagée de la route sur laquelle circulent les véhicules ; les accotements : zones latérales de la plate-forme qui bordent extérieurement la chaussée affectée à la circulation des cycles et des piétons ;

Figure II.1 : profil en travers type d’une route (source : google.com)

le terrain naturel : il se défini comme l’état auquel se présentait le milieu avant les travaux ; les fossés : tranchées latérales bordant les accotements et destinées à recueillir les eaux de ruissellement de la chaussée. Ils sont exécutés en amont des talus de déblais et aux pieds des talus de remblai ; les talus : parois inclinées de déblai ou de remblai suivant la nature des terrains. On distingue les talus de déblais dont les pentes sont de 1/1 et les talus de remblais dont les pentes sont de 3/2. Certain nécessitent un revêtement de protection contre les eaux de ruissèlement (gazon, perré maçonné…) ; un déblai : une route est dite en déblai, lorsque le niveau de la chaussée est plus bas que celui du TN ; Mémoire de fin de cycle d’étude pour l’obtention du diplôme d’ingénieur de conception en géni civil

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Un remblai : une route est dite en remblai lorsque le niveau de la chaussée haut que celui de la chaussée ; une rampe : c’est une section de route qui monte par rapport à un observateur ; une pente : c’est une section de route qui descend par rapport à un observateur ;

II.3. LA CHAUSSEE ROUTIERE II.3.1. Définition Une chaussée est une structure plane, conçue et dimensionnée pour garantir l’écoulement du trafic dans de bonnes conditions de visibilité, de sécurité et de confort pour les usagers. Elle est aussi définie selon la norme NF P 98086,2011 comme une structure constituée par superposition de matériaux granulaires dimensionnés plus ou moins épais, disposées en une ou plusieurs couches bien individualisées ayant chacune un rôle déterminé et dont la fonction est de résister aux actions mécaniques du trafic.

II.3.2. Rôle des chaussées Le rôle principal de la chaussée est de reporter sur le sol support, les efforts dus au trafic, en les répartissant convenablement. Elle a pour rôle secondaire : (a) d’écouler une quantité de véhicules de toutes catégories en un temps donné ; (b) de s’adapter à tous les sols et climats possibles ; (c) de résister pour une certaine durée ; (d) de supporter les différentes charges provenant des véhicules suivant la nature de leurs pneumatiques, leurs répartitions géométriques, le poids des roues ;

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Figure II.2 : Schéma de fonctionnement d’une structure de chaussée sous l'application d'une charge roulante (source : wikipédia.org)

II.3.3. Les sollicitations et contraintes des chaussées (a1) les sollicitations de nature mécanique : le poids statique ; la pression au sol ; les efforts de freinage, d’accélération, de rotation ; la répétition des charges ; (a2) les sollicitations de nature climatique : la pluie et l’eau de manière générale ; le gel, le dégel ; le froid, le chaud ; les rayons solaires ; (a3) les sollicitations diverses comme : les agents chimiques ; le déversement accidentel de gazole, huile ; (b) les contraintes sont en général d’ordre économique. Nous avons : la durée de vie de la chaussée ; le niveau de service ; Mémoire de fin de cycle d’étude pour l’obtention du diplôme d’ingénieur de conception en géni civil

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le cout du premier investissement ; le coût d’entretien ; l’environnement, c’est-à-dire les ressources disponibles ;

II.3.4. Constitution de la chaussée : les différentes couches et leur rôle Une chaussée est constituée d’une superposition de couches d’épaisseurs et de matériaux différents, dont l’ensemble est appelé superstructure et reposant sur une infrastructure. Dans l’infrastructure, nous avons le sol de plateforme et une couche de forme en cas de mauvaise portance du sol support ou de remblai. Pour la superstructure nous avons la couche de fondation, la couche de base, la couche de liaison et la couche de revêtement ou surface. La couche de fondation et la couche de base constituent l’assise. La couche de liaison et la couche de surface constituent les couches de surfaces.

Figure II.3 : constitution structurale d’une coupe de chaussée (source : google.com)

II.3.4.1. La couche de surface Elle comprend la couche de liaison et la couche de revêtement qui est en contact avec les pneus des véhicules. Son rôle est :

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de présenter un uni de surface durable, de façon à assurer durant toute sa durée de vie, un confort de roulement aux véhicules, et de garantir une adhérence optimale pneu-chaussée ; de résister aux efforts horizontaux des pneumatiques ; d’empêcher les infiltrations des eaux superficielles ; de résister sans déformation, ni usure trop rapide, aux efforts de cisaillements transmis par les roues ; II.3.4.2. La couche d’assise Elle comprend la couche de base et la couche de fondation. Elle apporte à la structure de chaussée l’essentiel de sa rigidité et, répartit par diffusion latérale, les sollicitations induites par le trafic sur la plate-forme support, afin de maintenir les déformations à ce niveau dans les limites admissibles. (a) la couche de base Elle a pour rôle : supporter les charges de trafic transmises par le revêtement ; constituer la couche rigide pour le compactage de la couche de roulement ; neutraliser les effets négatifs des agents atmosphériques ; La couche de base est prépondérante et doit être constituée de matériaux suffisamment durs pour résister à l'attrition. Il est spécifié que le matériau cru doit avoir un grand indice portant (CBR > 80%) ou alors qu'il soit traité (CBR > 120 ou 160%). La couche de base est faite en graveleux naturels ou concassé, de granularité dense ou ouverte, et peut être stabilisée ; (b) La couche de fondation C'est la couche immédiatement au-dessus de la plate-forme. Elle joue comme rôle la répartition de façon homogène des contraintes sur le sol support. Cette couche doit être bien compactée pour éviter les tassements ultérieurs. Les matériaux qui la composent doivent avoir un CBR ≥ 30%. Mémoire de fin de cycle d’étude pour l’obtention du diplôme d’ingénieur de conception en géni civil

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II.3.4.3. La couche de forme On peut rencontrer dans un même projet des sols de caractéristiques très variables. Afin d’améliorer et d’uniformiser la portance du sol, on est amené à interposer, entre le sol support et les couches de chaussée, un élément de transition qui peut être constitué soit de matériaux grenus roulés ou concassés, soit de matériaux traités aux liants hydrauliques : c’est la couche de forme. C’est elle qui fait la transition entre la structure et la partie supérieure des terrassements (PST). Son interface avec la couche d’assise est dénommées plate-forme de chaussée et a la fonction de repartir sans dommage les efforts du à la circulation des véhicules sur le sol.

II.3.5. Les différents type de chaussées Partant du mode de fonctionnement mécanique de la chaussée, nous avons les chaussées souples, les chaussées rigides, les chaussées semi-rigides. II.3.5.1.Les chaussées souples Elles sont constituées d’une couche bitumineuse en surface, au dessus d’une couche de base et d’une couche de fondation en matériaux granulaires traités ou non, et distribuent les efforts de surfaces à travers ces couches là. La distribution se fait de façon à ce que l’effort sur la plate-forme soit compatible avec la résistance de l’infrastructure et du sol support.

Figure II.4 : structure type d’une chaussée souple (source : google.com) Mémoire de fin de cycle d’étude pour l’obtention du diplôme d’ingénieur de conception en géni civil

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Elle se comporte comme une plaque de caoutchouc lorsqu’une charge lui est appliquée. En effet lorsqu’il y’a le passage d’une charge le sol support se déforme avec la structure de la chaussée. Après le passage de la charge, la chaussée retrouve sa forme d’avant. Cependant il faut noter que si la charge est trop lourde et trop fréquente, la chaussée ne reprend pas sa forme initiale. Ce qui entrainera une dégradation rapide de la structure.

Image II.1 : état d’une Chaussée souple sans et sous sollicitations (source : google.com)

II.3.5.2. Les chaussées rigides Elles sont constituées d’une dalle de béton en ciment portland reposant directement sur la couche de fondation ou sur la plate-forme. La dalle de béton joue un double rôle : elle est à la fois la couche de base et la couche de roulement.

Figure II.5 : structure type d’une chaussée rigide (source : google.com) Mémoire de fin de cycle d’étude pour l’obtention du diplôme d’ingénieur de conception en géni civil

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Elle répartit les efforts de surfaces dus aux charges de cisaillement sur une large surface afin d’éviter une déformation sur la couche de fondation ou sur l’infrastructure. Dans le cas d’une chaussée neuve à faible trafic, la couche de fondation n’est pas nécessaire.

Image II.2 : état d’une chaussée rigide sans sollicitations (source : google.com)

II.3.5.3. Les chaussées semi-rigides Une chaussée semi-rigide est une chaussée constituée d’une couche de surface en béton bitumineux, reposant sur une couche de base en matériaux stabilisés aux liants hydrauliques et d’une couche de fondation granulaire.

Figure II.6 : structure type d’une chaussée semi-rigide (source : google.com) Mémoire de fin de cycle d’étude pour l’obtention du diplôme d’ingénieur de conception en géni civil

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Les couches bitumineuses assurent : La qualité d’uni de surface ; La limitation de la remontée des fissures transversales de la couche de matériaux traités aux liants hydrauliques ; La couche de base diffuse et atténue les efforts transmis de part sa rigidité élevée offerte par le liant hydraulique ;

Image II.3 : état d’une chaussée semi-rigide sans et sous sollicitations (source : google.com)

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CHAPITRE III : DIMENSIONNEMENT DE LA CHAUSSEE INTRODUCTION III Le dimensionnement d’une structure de chaussée routière consiste à déterminer la nature et l’épaisseur des couches qui la constituent, afin qu’elle puisse résister aux diverses agressions auxquelles elle sera soumise tout au long de sa vie. Dans le cadre de dimensionnement des chaussées routières, plusieurs méthodes ont été développées. D’une méthode à une autre, les paramètres de dimensionnement varient.

Notre

travail

consiste

à

mettre

en

lumière

trois

méthodes

de

dimensionnement. Ceci dit, nous avons décidé de pencher notre réflexion sur deux méthodes empiriques (CEBTP et CBR) et une méthode rationnelle (ALIZE). Dans ce chapitre, il sera question pour nous d’une part de mettre en exergue les hypothèses de dimensionnement, et d’autre part, d’effectuer un dimensionnement suivant les trois méthodes évoquées.

III.1. LES HYPOTHESES DE DIMENSIONNEMENT Le dimensionnement se fait suivant les paramètres généraux suivants : le coefficient de répartition transversale (r) ; la durée de vie (n) ; le taux d’accroissement (i) ; le trafic moyen journalier annuel par sens (TMJA) ; le trafic cumulé poids lourds (TC) ; le coefficient d’agressivité moyen (CAM) ; le Nombre d’Essieu équivalent de 13 t (NE) ; la portance du sol support (CBR) ou la classe de plateforme (PF) ; les matériaux utilisés pour les différentes couches de la chaussée ;

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III.1.1. Le coefficient de répartition transversale (r) Ce coefficient est fonction de la largeur de la route, du nombre de voie et du sens de cette dernière car, en effet, en fonction de la largeur de la voie et de son sens, tous les véhicules n’emprunteront pas la même direction au même moment. Tableau III.1 : valeur du coefficient de répartition transversale en fonction du type de route

Typologie de la route

Valeur de r

Routes bidirectionnelles de largeur ≥ 6 m

1

Routes bidirectionnelles de 5 m à 6 m de largeur

1,5

Routes bidirectionnelles de largeur ≤ 5 m

2

Routes unidirectionnelles à 1 x 2 voies

1

Routes unidirectionnelles à 2 x 2 voies

0,9

Routes unidirectionnelles à 2 x 3 voies

0,8

Source : Guide Technique pour l’Utilisation des Matériaux Régionaux d’Ile-de-France (Page 5)

Remarque : la valeur du coefficient de répartition transversale n’est pas prise en compte dans le calcul du trafic cumulé poids lourds par le CEBTP

III.1.2. La durée de vie (n) La durée de vie est le nombre d’année pour lequel la route est conçue. C’est le temps pour lequel la route doit résister au passage répété des véhicules sur la chaussée. Avec CEBTP, le dimensionnement est pour quinze (15) ans. Avec la méthode française par contre, la durée de vie est fonction du type de voie (30 ans pour les Voies supportant un trafic important et 20 ans pour les chaussées courantes). Par ailleurs, en fonction de la qualité recherchée, de l’objectif visé, la durée de vie peut varier.

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III.1.3. Le taux d’accroissement (i) Il peut être linéaire ou géométrique. En général, la valeur du taux d’accroissement est donnée par l’économiste de transport. Le taux d’accroissement est dit linéaire lorsque le trafic suit une régularité temporelle. La formule permettant le calcul du taux d’accroissement lorsqu’il est linéaire est le suivant : i=

𝐓𝐧 − 𝐓𝐢 𝐓𝐢 (𝐧−𝟏)

Source : Guide Pratique de Dimensionnement des Chaussées pour les Pays Tropicaux (page 24)

avec Tn le trafic après n années et Ti le trafic de départ et n le nombre d’année. Le taux d’accroissement est dit géométrique lorsqu’il y a une variation irrégulière du trafic suivant les années. Le taux d’accroissement géométrique est calculé comme suit : i=[(

𝐓𝐧 𝟏 𝐓𝐢

)𝐧 ] – 1

Source : Guide Pratique de Dimensionnement des Chaussées pour les Pays Tropicaux (page 24)

NB : le trafic de départ est fixé par le concepteur.

III.1.4. Le trafic moyen journalier annuel par sens (TMJA ou N) à la date de mise en service C’est la moyenne du nombre de véhicule poids lourds qui passe par jour sur un sens de la chaussée pendant une année. En fonction du nombre de véhicules poids lourds qui passent par jour sur une chaussée donnée en une année, on peut affecter une classe de trafic. Cette classe est donnée par la méthode française. Elle va de la classe la moins importante à celle la plus importante. Il faut noter que ce n’est pas cette classification qui est utilisée pour le dimensionnement de chaussées routières au Burkina Faso, mais la classe CEBTP. Mémoire de fin de cycle d’étude pour l’obtention du diplôme d’ingénieur de conception en géni civil

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Tableau III.2 : classe de trafic en fonction du nombre de poids lourds par jour par an

Classe de trafic

Nombre de poids lourds par jour par an

T5

[ 0 ; 25 [

T4

[ 25 ; 50 [

T3

T3+

[ 50 ; 85 [

T3-

[ 85 ; 150 [

T2

[ 150 ; 300 [

T1

[ 300 ; 750 [

T0

[ 750 ; 2000 [

TS

[ 2000 ; 5000 [

Tex

> 5000

Source : Guide Technique pour l’Utilisation des Matériaux Régionaux d’Ile-de-France (Page 5)

III.1.5. Le trafic cumulé poids lourds (TC) Selon la norme française NF98-082, sont considérés comme poids lourds tout véhicule dont la somme des essieux est supérieure à 3,50 KN. Il est calculé suivant la nature de l’évolution du trafic dans le temps et est exprimé en NPL. Si le taux d’accroissement est linéaire alors, le trafic cumulé des poids lourds est donné par la formule suivante : TC = 365 x TMJA x n x (

𝟐+(𝐧−𝟏) 𝐱 𝐢 𝟐

)

Source : Guide Pratique de Dimensionnement des Chaussées pour les Pays Tropicaux (page 24)

S’il est géométrique par contre, nous aurons cette formule : (𝟏+𝐢)𝐧 −𝟏 TC = 365 x TMJA x n x ( ) 𝐢 Source : Guide Pratique de Dimensionnement des Chaussées pour les Pays Tropicaux (page 24) Mémoire de fin de cycle d’étude pour l’obtention du diplôme d’ingénieur de conception en géni civil

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Avec la méthode française, la formule de calcul du trafic cumulé poids lourds inclus le coefficient de répartition transversale, et prend en compte la croissance linéaire du trafic.

TC = 365 x N x n x r x (

𝟐+(𝐧−𝟏) 𝐱 𝐢 𝟐

)

Source : Guide Technique pour l’Utilisation des Matériaux Régionaux d’Ile-de-France (Page 5)

A ce trafic cumulé poids lourds, on peut affecter une classe de trafic suivant la catégorie de voie. Cette classification est donnée par la méthode française : Tableau III.3 : classe de trafic en fonction du TC

Classe de trafic

Nombre de poids lourds (PL)

TC0

[ 0,01.106 ; 0,1.106 [

TC1

[ 0,1.106 ; 0,2.106 [

TC2

[ 0,2.106 ; 0,5.106 [

TC3

[ 0,5.106 ; 1,5.106 [

TC4

[ 1,5.106 ; 2,5.106 [

TC5

[ 2,5.106 ; 6,5.106 [

TC6

[ 6,5.106 ; 17,5.106 [

TC7

[ 17,5.106 ; 43,5.106 [

TC8

> 43,5.106

Source : Guide Technique pour l’Utilisation des Matériaux Régionaux d’Ile-de-France (Page 6)

III.1.6. Le coefficient d’agressivité moyen (CAM) D’un véhicule à un autre, les charges des roues sur la chaussée peuvent varier. Et en fonction de la qualité des matériaux qui composent la chaussée, de la configuration des essieux, du type de roues et de leur charge, cette dernière peut se dégrader plus vite ou lentement. D’où la nécessité d’appliquer un Mémoire de fin de cycle d’étude pour l’obtention du diplôme d’ingénieur de conception en géni civil

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coefficient d’agressivité moyen selon que le trafic sera très important ou pas. Ce coefficient est fonction d’une part de la classe de trafic et d’autre part de la nature des matériaux. Tableau III.4 : CAM en fonction du trafic (donné par le LCPC – SETRA)

Clase de Trafic

T5

T4

T3-

T3+

T ≥ T2

CAM

0,4

0,5

0,7

0,8

1

Ce tableau n°4 est utilisé pour les chaussées à faibles trafic et dont les matériaux n’ont pas été définis au départ. Tableau III.5 : CAM en fonction du matériau (donné par le LCPC – SETRA)

Nature des

Bitumineux

Bitumineux

Matériaux

e ˂ 20 cm

e > 20 cm

CAM

0,8

1

MTLH

Béton de

GNT et sol

ciment 1,3

1,3

1

Ce tableau n°5 est utilisé pour les chaussées à moyen et fort trafic. Il est utilisé lorsque la nature et les épaisseurs des couches constituants la chaussée sont connues. Par ailleurs le CAM peut être calculé.

III.1.7. Le nombre d’essieu équivalent de 13t (NE) Le LCPC donne la formule de calcul suivante : NE = CAM x TC Connaissant le nombre d’essieu équivalent de 13t, on peut affecter une classe de trafic. Cette classification est donnée par le CEBTP. Elle va de la classe la moins importante à la plus importante.

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Tableau III.6 : classe de trafic en fonction du nombre d’essieu équivalent de 13t

Classe de trafic

NE

T1

˂ 5.105

T2

[ 5.105 ; 1,5.106 [

T3

[ 1,5.106 ; 4.106 [

T4

[ 4.106 ; 10.106 [

T5

[ 10.106 ; 2.107 [

Source : Guide Pratique de Dimensionnement des Chaussées pour les Pays Tropicaux (page 25)

III.1.8. La portance du sol support (CBR) La portance du sol support (plateforme) est l’aptitude du sol à supporter les charges provenant des essieux depuis la couche de roulement jusqu’à la fondation. C'est-à-dire que la couche de roulement reçoit les charges des roues, les transmet à la couche de base, qui a son tour transmet à la couche de fondation, et pour finir le sol support récupère ces charges là de la couche de fondation. Ce qui caractérise le sol support est l’indice CBR. A travers lui, on peut savoir si le sol support est de bonne qualité ou pas. Le sol support peut être classé suivant l’indice CBR ou le module de Young (E). Suivant l’indice CBR, c’est le CEBTP qui donne cette classification, et suivant le moule de Young, c’est le LCPC qui donne la classification. Tableau III.7 : Classe de portance en fonction du CBR selon CEBTP

Classe (S)

S1

S2

S3

S4

S5

CBR

[0 ; 5 [

[5 ; 10 [

[10 ; 15 [

[15 ; 30 [

> 30

Source : Guide Pratique de Dimensionnement des Chaussées pour les Pays Tropicaux (page 21)

Plusieurs méthodes d’estimation du module E ont vu le jour : Mémoire de fin de cycle d’étude pour l’obtention du diplôme d’ingénieur de conception en géni civil

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formule de SHELL : E = 10 x CBR ; formule de G JEUFFROY : E = 6,5 X CBR0,65 ; formule de C REGIS : E = 0,85 x CBR 0,825 ; formule donnée par le LCPC : E = 5 x CBR ; La formule la plus utilisée est celle du LCPC. Tableau III.8 : Classe de portance en fonction du module de Young selon LCPC

Classe (PF)

PF1

PF2

PF3

PF4

Module (E)

[ 20 ; 50 [

[ 50 ; 120 [

[ 120 ; 200 [

≥ 200

NB : la classe de plateforme PF1 n’est plus utilisée.

III.1.9. Les matériaux utilisés en couches de chaussées Avec la méthode de CEBTP, les matériaux pour les différentes couches de chaussées sont donnés, ainsi que leurs épaisseurs. Et cela, en fonction de la classe de trafic et de la portance du sol. Les choix sont inscrits dans des tableaux qui vont de la page 35 à la page 53 du « GUIDE PRATIQUE DE DIMENSIONNEMNT DES CHAUSSEES POUR LES PAYS TROPICAUX » Avec la méthode rationnelle aussi, les matériaux ainsi que les épaisseurs sont déjà définies. Et le choix se fait suivant la classe de trafic et la classe de plateforme. Les choix sont inscrits dans des tableaux qui vont de la page 77 à la page 104 du « GUIDE TECHNIQUE POUR L’UTILISATION DES MATERIAUX REGIONAUX D’ILE-DE-FRANCE» Quant à la méthode CBR, le choix des matériaux est laissé à l’appréciation du concepteur.

III.2. DIMENSIONNEMENT DE LA CHAUSSEE III.2.1. Paramètres de dimensionnement donnés par le CCTP Le trafic utilisé pour la présente analyse est issu de l’étude économique. Les hypothèses utilisées par le Consultant pour le calcul du trafic poids lourds sont :

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année de compactage du trafic : 2016 ; année de mise en service : 2020 ; coefficient de répartition transversale : r = 1 ; durée de vie : 15 ans ; taux d’accroissement géométrique (voir tableau n°9) ; TMJA des PL à la date de mise en service (voir tableau n°9) ; CAM (voir tableau n°9) ; CBR plateforme (voir tableau n°9) ;

III.2.2. Dimensionnement de la chaussée III.2.2.1. Suivant CEBTP Tableau III.9 : tableau récapitulatif (1)

Manga - Gon Boussougou

Gon Boussougou - Zabré

i (%)

5,4

6,7

n

15 ans

15 ans

TMJA

47PL

180PL

TC

381522,392PL

1613324,66PL

CAM

0,81

0,83

NE

309033,1371PL

1339059,468PL

Classe de trafic (T)

T1

T2

CBR / S

27 / S4

27 / S4

L’étude du trafic et l’analyse des sols de plateforme donnent les couples T1/S4 et T2/S4. En se référant au catalogue du « Guide Pratique de dimensionnement des chaussées pour les pays tropicaux » du CEBTP, suite à une analyse des différents choix de dimensionnement et compte tenu de la disponibilité des matériaux, des habitudes de réalisation et du coût des travaux, la structure optimale suivante a été retenue :

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Tableau III.10 : proposition d’option avec CEBTP

Option (page 37 du guide CEBTP) Couple

Revêtement

Couche de base

Couche de fondation

T 1 / S4

ESB

15 cm de litho

15 cm de litho

T 2 / S4

ESB

15 cm de litho

20 cm de litho

III.2.1.2. Suivant la méthode CBR  calcul de l’épaisseur minimale ; 𝐍

e=

𝟏𝟎𝟎+√𝐏×[𝟕𝟓+𝟓𝟎𝐋𝐨𝐠(𝟏𝟎)] 𝐂𝐁𝐑+𝟓

Source : Guide Pratique de Dimensionnement des Chaussées pour les Pays Tropicaux (page 124)

Avec, P la charge par roue équivalente à 6,5t par essieu de 13t et N le nombre journalier de poids lourds par sens. le tronçon Manga – Gon Boussougou ; 23,5

100+√6,5×[75+50Log( 10 )] e= ˂=> e = 10,5 cm 27+5

le tronçon Gon Boussougou - Zabré ;

e=

90 10

100+√6,5×[75+50Log( )] 27+5

˂=> e = 12,9 cm

 correction de l’épaisseur équivalente ; La méthode de Peltier qui donne l’épaisseur totale de la chaussée est généralement utilisée pour concevoir les chaussées en terre. Or les matériaux en terre perdent leur épaisseur chaque année. Pour répondre à cette usure, CEBTP a proposé des usures annuelles en centimètres (cm) sur les trafics :

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Tableau III.11 : Usure sous le trafic

PL/jour

Usure (cm/an)

10 - 30

1

30 - 100

2

T ˃ 100

3

Source : Guide Pratique de Dimensionnement des Chaussées pour les Pays Tropicaux (page 126)

Le trafic du tronçon Manga – Gon Boussougou est compris entre 10 et 30. Par conséquent, l’usure par an est de 1 cm. Celui de Gon Boussougou – Zabré par contre est compris entre 30 et 100. Par conséquent, l’usure par an est de 2 cm. L’épaisseur totale de la chaussée devient : le tronçon Manga – Gon Boussougou ; eT = e + (usure x n) ˂=> eT = 10,5 + (1x15) ˂=> eT = 25,5 cm le tronçon Gon Boussougou - Zabré ; eT = e + (usure x n) ˂=> eT = 12,9 + (1x15) ˂=> eT = 27,9 cm  choix des matériaux et leurs coefficients d’équivalence ; Tableau III.12 : valeur des coefficients d’équivalence

Matériaux Béton bitumineux en enrobé dense

Coefficients 2

Grave bitume

1,5 à 1,7

Grave ciment

1,5

Grave concassée

1

Grave roulée

0,75

Sable

0,5

Sable ciment

1 à 1,2

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En tenant compte du tableau d’équivalence des matériaux, des matériaux disponibles, et de l’aspect économique, nous proposons : pour le tronçon Manga – Gon Boussougou ; du grave concassé pour la couche de base et de fondation. Pour la couche de roulement nous opterons pour de l’enduit superficiel bicouche. Par conséquent on a les coefficients d’équivalences suivants pour les différentes couches : CB = 1 ; CF = 1 (l’enduit superficiel n’étant pas une structure portante, elle ne sera pas prise en compte dans le calcul). On se fixe les épaisseurs suivantes : eB = 10 cm ; Déterminons alors eF eT = CBeB + CFeF <=> eF =

[eT − (CB eB )] CF

<=> eF =

25,5−(1 ×10) 1

<=> eF = 15,5 cm

le tronçon Gon Boussougou - Zabré ; de la grave concassée pour la couche de base et fondation, et de l’enduit superficiel pour la couche de roulement. Par conséquent on a les coefficients d’équivalences suivants : CB = 1 ; CF = 1 On se fixe les épaisseurs suivantes : eB = 10 cm ; Déterminons alors eF eT =CBeB + CFeF <=> eF =

[eT − (CB eB )] CF

<=> eF =

27,5−(1 ×10) 1

<=> eF = 17,5 cm

 calcul des épaisseurs réelles ; pour le tronçon Manga – Gon Boussougou ; Couche de base en grave concassée : eB = CBeB <=> eB = 1 x 10 <=> eB = 10 cm Couche de fondation en grave roulée : eF = CFeF <=> eF = 1 x 15,5 <=> eF = 15,5 cm pour le tronçon Gon Boussougou - Zabré ; Couche de base en grave concassée : eB = CBeB <=> eB = 1 x10 <=> eB = 10cm Mémoire de fin de cycle d’étude pour l’obtention du diplôme d’ingénieur de conception en géni civil

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Couche de fondation en grave concassée : eF = CFeF <=> eF = 1 x 17,5 <=> eF = 17,5 cm  Synthèse ; Tableau III.13 : options proposées

Revêtement

Couche de base

Couche de fondation

ESB

10 cm de grave concassée

15,5 cm de grave concassé

ESB

10 cm de grave concassée

17,5 cm de grave concassée

III.2.1.3. Suivant la méthode rationnelle Tableau III.14 : tableau récapitulatif (2)

Manga - Gon Boussougou

Gon Boussougou - Zabré

r

1

1

i (%)

5,4

6,7

n

15 ans

15 ans

TMJA

47PL

180PL

TC

381522,392

1613324,66

CAM

0,81

0,83

NE

309033,1371

1339059,468

Classe de trafic (T)

TC2

TC3

E / PF

135 / PF3

135 / PF3

La méthode française utilise des fiches élaborées fonctions de la classe du trafic (TC) et de la classe de la plateforme (PF). En s’y référant on a :

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Tableau III.15 : proposition d’option avec la méthode rationnelle

Option 1 (fiche 21 page 99) Couple

Revêtement

Couches d’assise

TC2 / PF3

6 cm de BB à 40oC

25 cm de GNT

Option2 (fiche 27 page 99 ) TC3 / PF3

8 cm de BB à 40oC

25 cm de GNT

Pour la couche d’assise, il appartient au concepteur de répartir l’épaisseur entre la couche de base et celle de la fondation, de manière à ce que les contraintes soient vérifiées. Dans notre cas, nous proposons 10 cm pour la couche de base et 15 cm pour la fondation. Toutefois, ces épaisseurs peuvent être modifiées.

CONCLUSION III Pour parvenir à dimensionner la chaussée, nous avons d’abord mis en évidence les paramètres de dimensionnement suivant les méthodes CEBTP, CBR et rationnelle : nous les avons évoqués et définis. Il s’agit entre autre de la durée de vie de la chaussée, du trafic moyen journalier annuel, du trafic cumulé ect… Ensuite, nous nous sommes référés au CCTP pour extraire les données de ces paramètres, afin d’entamer le dimensionnement de la chaussée. Nous avons obtenu une classe de sol support unique et une classe de trafic différente pour tous les tronçons. Enfin, avec ses paramètres de dimensionnement, nous avons proposé des structures de chaussée pour chaque tronçon. Le dimensionnement ainsi effectué, il reste à savoir si les structures proposées pour chaque tronçon sont valides. C’est donc dire qu’une vérification de contraintes s’impose.

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CHAPITRE IV : VERIFICATIONS DU DIMENSIONNEMENT AVEC LE LOGICIEL ALIZE INTRODUCTION IV Tout dimensionnement de chaussée routière est suivi d’une vérification. Cette vérification a pour but de s’assurer de la fiabilité des résultats et d’optimiser au maximun les épaisseurs des différentes couches d’assise. Dans ce chapitre, nous allons nous attarder d’abord sur ce qui a permis d’aboutir à la mise au point des modèles mathématiques pour les systèmes multicouches qui constituent les chaussées. Plusieurs chercheurs ont mis au point des formules mathématiques, permettant le calcul des différentes contraintes dans la chaussée sous l’effet des charges des véhicules poids lourds. Par la suite, chacun des matériaux choisis sera vérifié vis-à-vis des limites admissibles en fonction de leur constitution et de leur position.

IV.1. LES MODELES DE LA MECANIQUE DES CHAUSSEES (Voir annexe Page B à F)

IV.2. UTILISATION DU LOGICIEL ALIZE (Voir annexe page G) IV.2.2. Les limites à vérifier pour les différentes couches Les paramètres à vérifier dépendent des couches constituant la chaussée et de la nature des matériaux. IV.2.2.1. Pour le sol support la contrainte verticale admissible (𝝈𝒛𝒂𝒅𝒎 ) : 𝟎,𝟑×𝑪𝑩𝑹

𝝈𝒛𝒂𝒅𝒎 = 𝟏+𝟎,𝟕𝒍𝒐𝒈𝑵𝑬(Formule de Kerkhoven et Dormon) la déformation admissible (εzadm) : elle est évaluée par plusieurs formules dont la plus utilisée dans nos pays pour dimensionner les chaussées neuves est celle du LCPC : 𝜺𝒛𝒂𝒅𝒎 = 𝑨 × 𝑵𝑬−𝟎,𝟐𝟐𝟐 Mémoire de fin de cycle d’étude pour l’obtention du diplôme d’ingénieur de conception en géni civil

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Avec A = 16000 pour T ≤ T3 et A = 12000 pour T > T3 IV.2.2.2. Pour les couches d’assise en matériaux GNT Pour ce type de matériau, le paramètre à contrôler est la déformation verticale admissible (𝜺𝒛𝒂𝒅𝒎 ) quelque soit sa position : 𝜺𝒛𝒂𝒅𝒎 = 𝑨 × 𝑵𝑬−𝟎,𝟐𝟐𝟐 Avec A = 16000 pour T ≤ T3 et A = 12000 pour T ≥ T3 IV.2.2.3. Pour les couches d’assise en matériaux de ciment et matériaux traités aux liants hydrauliques Ici, le paramètre à déterminer est la contrainte de traction admissible (𝝈𝒕𝒂𝒅𝒎 ) : 𝑵𝑬 𝟐

𝝈𝒕𝒂𝒅𝒎 = (𝟏𝟎𝟔 ) × 𝝈𝟔 × 𝑲𝒄 × 𝑲𝒓 × 𝑲𝒔 × 𝑲𝒅 avec : 𝝈𝟔 : Contrainte de traction pour 1.000.000 d’essieux de 13 tonnes ; Kd : coefficient de discontinuité ; Kc : coefficient de calage ; Kd : coefficient de portance ; Kd : coefficient de risque ; b : pente de la droite de fatigue ; NE : Nombre d’essieu équivalent cumulé ; 𝟏−𝟓𝜷

Pour les matériaux de ciment, Kr = 𝟏𝟎−𝒕𝒃𝜹 avec b= 𝟓 × 𝒍𝒐𝒈 𝟏−𝟕𝜷 et : t : la fatigue de la loi normale centrée directement liée au risque de déplacement du nombre de poids lourds ; β : pente de la courbe semi-logarithme ; IV.2.2.4. Pour la couche de roulement en matériaux bitumineux Pour ces matériaux, le paramètre à contrôler est la déformation tangentielle 𝑵𝑬

𝑬

admissible (𝜺𝒕𝒂𝒅𝒎 ) : 𝜺𝒕𝒂𝒅𝒎 = 𝜺𝟔 (𝟏𝟎𝟔 ) √𝑬𝟏 × 𝑲𝒄 × 𝑲𝒓 × 𝑲𝒔 avec : 𝟐

ɛ𝟔 ∶ déformation du matériau pour un million d’essieux de 13 tonnes ; NE : nombre d’essieux équivalent cumulé de 13 tonnes ; b : pente de droite de fatigue du matériau ; Mémoire de fin de cycle d’étude pour l’obtention du diplôme d’ingénieur de conception en géni civil

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E1 : module du matériau à la température de 10°C ; E2 : module du matériau à la température ambiante d’utilisation ; Kc : le facteur de calage pour ajuster le résultat du modèle de calcul du comportement observé de la chaussée ; Kr : le coefficient qui ajuste la valeur de la déformation admissible au risque des quelques retenues avec Kr = 𝟏𝟎−𝝁𝒃𝜸 ; 𝝁 : la fractale de la loi normale centrée réduite et liée directement au niveau de risque choisit en fonction du niveau du trafic choisit et de la catégorie de la voie ; 𝒄 𝟐

𝜸 : l’écart type si l’épaisseur est en cm et 𝜸 = √𝜸𝟐𝑵 + (𝒃) + 𝜸𝟐𝑯 ; 𝜸𝑯 : la dispersion des épaisseurs ; 𝜸𝑵 : la dispersion de la fatigue ; C : coefficient reliant la variation de formation à la variation aléatoire de l’épaisseur de la chaussée ; Ks : le facteur de stabilité tenant compte de l’hétérogénéité locale portance d’une couche (lié au sol support) ; Lorsque toutes ses limites ne sont pas satisfaites, on peut soit insérer une couche de forme, soit améliorer le module des matériaux, soit augmenter les épaisseurs des matériaux, soit remplacer certains matériaux par d’autres matériaux.

IV.3. VERIFICATION DU DIMENSIONNEMENT ET INTERPRETATIONS DES RESULTATS Les paramètres à entrer sur ALIZE sont les suivants : Pour la structure de base : nature des interfaces : collée ; épaisseur des différentes couches en mètre (m) ; type de matériaux et leurs modules ; Pour le calcul des valeurs admissibles : trafic cumulé ; Mémoire de fin de cycle d’étude pour l’obtention du diplôme d’ingénieur de conception en géni civil

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durée de service ; moyenne journalière annuelle ; taux d’accroissement (linéaire ou la géométrique) ; A ce niveau, il appartient au concepteur de choisir trois paramètres à entrer pour le calcul du trafic poids lourds cumulé. ALIZE propose cinq paramètres parmi lesquels il faut en choisir trois (3). introduire la valeur du CAM ; aller à la bibliothèque des matériaux pour choisir les matériaux des différentes couches (le faire l’un après l’autre), régler les paramètres qu’il faut et effectuer le calcul correspondant à chaque couche. Voici à présent les caractéristiques des matériaux pour le dimensionnement : L’enduit superficiel n’est pas une structure portante. Elle n’a donc pas été prise en compte dans le dimensionnement par la méthode rationnelle. Les valeurs minimales des CBR seront retenues pour le dimensionnement. La formule utilisée pour le calcul du module d’élasticité (E) est celle du LCPC. Tableau IV.1 : caractéristiques des matériaux pour le dimensionnement (Source : CCTP)

Matériaux

Litho

GLN Sol support S4

CBR à 95%

Module (E) en Mpa

Coefficient

(E = 5 x CBR)

de poisson

≥ 110 en base

550

≥ 80 en fondation

400

≥ 40 en fondation

200

≥ 80 en base

400

27

135

0,35

0,35 0,35

IV.3.1. Suivant la méthode du CEBTP IV.3.1.1. Pour la section Manga – Gon Boussougou Base : 15 cm de litho et CBR (95%) = 110 d’où E = 5 x 110 ˂=> E = 550 MPa ; Mémoire de fin de cycle d’étude pour l’obtention du diplôme d’ingénieur de conception en géni civil

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Fondation : 15 cm de litho et CBR (95%) = 80 d’où E = 5 x 80 ˂=> E = 400 MPa ; TMJA = 47 PL/jrs/ans ; n = 15 ans et CAM = 0,81 ; TC = 381522,392PL et NE = 309033,1371PL ; Plateforme de classe S4 : CBR = 27 et E = 27 x 5 ˂=> E = 135 MPa ; σzadm =

0,3 × CBR 0,3 × 27 ˂ => 𝜎zadm = ˂ => σzadm = 1,24 bars 1 + logNE 1 + log 309033,1371

𝛔𝐳𝐚𝐝𝐦 = 𝟎, 𝟏𝟐𝟒 𝐌𝐩𝐚 εzadm = A × NE −0,222 ˂ => εzadm = 16000 x 309033,1371−0,222

𝛆𝐳𝐚𝐝𝐦 = 𝟗𝟔𝟔, 𝟖 𝛍𝐝𝐞𝐟 Après simulation sur ALIZE (voir annexe page H – I), on obtient les résultats suivant : Couche de base : (𝜺𝒛 = 𝟔𝟐𝟕, 𝟎𝝁𝒅é𝒇 ) < (𝜺𝒛𝒂𝒅𝒎 = 𝟗𝟔𝟔, 𝟖𝝁𝒅é𝒇 ) ok ; Couche de fondation : (𝜺𝒛 = 𝟒𝟔𝟕, 𝟏𝝁𝒅é𝒇 ) < (𝜺𝒛𝒂𝒅𝒎 = 𝟗𝟔𝟔, 𝟖𝝁𝒅é𝒇 ) ok ; Sol support : (𝜺𝒛 = 𝟖𝟎𝟐, 𝟒𝝁𝒅é𝒇 ) < (𝜺𝒛𝒂𝒅𝒎 = 𝟗𝟔𝟔, 𝟖𝝁𝒅é𝒇 ) ok ; (𝝈𝒛 = 𝟎, 𝟏𝟏𝟎 𝐌𝐏𝐚) < (𝝈𝒛𝒂𝒅𝒎 = 𝟎, 𝟏𝟐𝟒𝑴𝑷𝒂) ok ; La structure proposée est satisfaisante. IV.3.1.2. Pour la section Gon Boussougou - Zabré Base : 15 cm de litho et CBR (95%) = 110 d’où E = 5 x 110 ˂=> E = 550 MPa ; Fondation : 20 cm de litho et CBR (95%) = 80 d’où E = 5 x 80 ˂=> E = 400 MPa ; TMJA = 180 PL/jrs/ans ; n = 15 ans CAM = 0,83 ; TC = 1613324,66 PL et NE = 1306792,975 PL ; Plateforme de classe S4 : CBR = 27 et E = 27 x 5 ˂=> E = 135 MPa ; σzadm =

0,3 × CBR 0,3 × 27 ˂ => 𝜎zadm = ˂ => σzadm = 1,13 bars 1 + logNE 1 + log1306792,975

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𝛔𝐳𝐚𝐝𝐦 = 𝟎, 𝟏𝟏𝟑 𝐌𝐩𝐚 εzadm = A × NE −0,222 ˂ => εzadm = 16000 x 1306792,975−0,222 = 𝟔𝟗𝟖, 𝟏𝟖𝟒𝛍𝐝𝐞𝐟 Après simulation sur ALIZE (voir annexe page I – J), on obtient les résultats suivant : Couche de base : (𝜺𝒛 = 𝟔𝟐𝟔, 𝟏𝝁𝒅é𝒇 ) < (𝜺𝒛𝒂𝒅𝒎 = 𝟔𝟗𝟖, 𝟏𝟖𝟒𝝁𝒅é𝒇 ) ok ; Couche de fondation : (𝜺𝒛 = 𝟑𝟖𝟕, 𝟗𝝁𝒅é𝒇 ) < (𝜺𝒛𝒂𝒅𝒎 = 𝟔𝟗𝟖, 𝟏𝟖𝟒𝝁𝒅é𝒇 ) ok ; Sol support : (𝜺𝒛 = 𝟔𝟔𝟗, 𝟒𝝁𝒅é𝒇 ) < (𝜺𝒛𝒂𝒅𝒎 = 𝟔𝟗𝟖, 𝟏𝟖𝟒𝝁𝒅é𝒇 ) ok ; (𝝈𝒛 = 𝟎, 𝟎𝟗𝟐 𝐌𝐏𝐚) < (𝝈𝒛𝒂𝒅𝒎 = 𝟎, 𝟏𝟏𝟑𝑴𝑷𝒂) ok ; La structure proposée est satisfaisante

IV.3.2. Suivant la méthode rationnelle IV.3.2.1. Pour la section Manga – Gon Boussougou Roulement : 6 cm de BB à 40oC ; Base : 10 cm de GNT2 avec E = 400 MPa ; Fondation : 15 cm de GNT3 avec E = 200 MPa ; TMJA : 47 PL/jrs/ans ; n = 15 ans et CAM = 0,81 ; TC = 381522,392PL et NE = 309033,1371PL ; Plateforme de classe PF3 ;

σzadm =

0,3 × CBR 0,3 × 27 ˂ => 𝜎zadm = ˂ => σzadm = 1,24 bars 1 + logNE 1 + log309033,1371 𝛔𝐳𝐚𝐝𝐦 = 𝟎, 𝟏𝟐𝟒𝐌𝐩𝐚 εzadm = A × NE −0,222 ˂ => εzadm = 16000 × 309033,1371−0,222 εzadm = 966,8𝛍𝐝𝐞𝐟

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Après simulation sur ALIZE (voir annexe page K – L), on obtient les résultats suivant : Couche de roulement :(𝜺𝒕 = −𝟐𝟐𝟔, 𝟗 𝝁𝒅é𝒇 ) < (𝜺𝒕𝒂𝒅𝒎 = 𝟑𝟎𝟒, 𝟐𝝁𝒅é𝒇 ) ok ; Couche de base : (𝜺𝒛 = 𝟖𝟒𝟕, 𝟓𝝁𝒅é𝒇 ) < (𝜺𝒛𝒂𝒅𝒎 = 𝟗𝟔𝟔, 𝟖𝝁𝒅é𝒇 ) ok ; Couche de fondation : (𝜺𝒛 = 𝟔𝟔𝟕, 𝟏𝝁𝒅é𝒇 ) < (𝜺𝒛𝒂𝒅𝒎 = 𝟗𝟔𝟔, 𝟖𝝁𝒅é𝒇 ) ok ; Sol support : (𝜺𝒛 = 𝟖𝟖𝟗, 𝟎𝝁𝒅é𝒇 ) < (𝜺𝒛𝒂𝒅𝒎 = 𝟗𝟔𝟔, 𝟖𝝁𝒅é𝒇 ) ok ; (𝝈𝒛 = 𝟎, 𝟏𝟎𝟗 𝐌𝐏𝐚) < (𝝈𝒛𝒂𝒅𝒎 = 𝟎, 𝟏𝟐𝟒𝑴𝑷𝒂) ok ; La structure proposée est satisfaisante. Toutefois, nous proposons de ramener l’épaisseur de la couche de roulement à 5 cm pour des raisons de mise en œuvre. Nous aurons donc : Roulement : 5 cm de BB à 40oC ; Base : 10 cm de GNT2 avec E = 400 MPa ; Fondation : 15 cm de GNT3 avec E = 200 MPa ; Les nouvelles contraintes sont les suivantes : Couche de roulement :(𝜺𝒕 = −𝟏𝟔𝟔, 𝟒 𝝁𝒅é𝒇 ) < (𝜺𝒕𝒂𝒅𝒎 = 𝟑𝟎𝟒, 𝟐𝝁𝒅é𝒇 ) ok ; Couche de base : (𝜺𝒛 = 𝟗𝟏𝟒, 𝟑𝝁𝒅é𝒇 ) < (𝜺𝒛𝒂𝒅𝒎 = 𝟗𝟔𝟔, 𝟖𝝁𝒅é𝒇 ) ok ; Couche de fondation : (𝜺𝒛 = 𝟕𝟎𝟓, 𝟓𝝁𝒅é𝒇 ) < (𝜺𝒛𝒂𝒅𝒎 = 𝟗𝟔𝟔, 𝟖𝝁𝒅é𝒇 ) ok ; Sol support : (𝜺𝒛 = 𝟗𝟒𝟎, 𝟗𝝁𝒅é𝒇 ) < (𝜺𝒛𝒂𝒅𝒎 = 𝟗𝟔𝟔, 𝟖𝝁𝒅é𝒇 ) ok ; (𝝈𝒛 = 𝟎, 𝟏𝟏𝟒 𝐌𝐏𝐚) < (𝝈𝒛𝒂𝒅𝒎 = 𝟎, 𝟏𝟐𝟒𝑴𝑷𝒂) ok ; La structure proposée est satisfaisante. IV.3.2.2. Pour la section Gon Boussougou – Zabré Roulement : 8 cm de BB à 40oC ;

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Base : 10 cm de GNT2 avec E = 400 MPa ; Fondation : 15 cm de GNT3 avec E = 200 MPa ; TMJA = 180 PL/jrs/ans ; n = 15 ans et CAM = 0,83 ; TC = 1613324,66PL et NE = 1339059,468PL ; Plateforme de classe PF3 ; σzadm =

0,3 × CBR 0,3 × 27 ˂ => 𝜎zadm = ˂ => σzadm = 1,13 bars 1 + logNE 1 + log1339059,468

𝛔𝐳𝐚𝐝𝐦 = 𝟎, 𝟏𝟏𝟑 𝐌𝐩𝐚 εzadm = A × NE −0,222 ˂ => εzadm = 16000 x 1339059,468−0,222 εzadm = 𝟔𝟗𝟖, 𝟏𝟖𝟒 𝛍𝐝𝐞𝐟 Après simulation sur ALIZE (voir annexe page L – M), on obtient les résultats suivant : Couche de roulement :(𝜺𝒕 = −𝟐𝟗𝟑, 𝟕 𝝁𝒅é𝒇 ) < (𝜺𝒕𝒂𝒅𝒎 = 𝟐𝟐𝟔, 𝟗𝝁𝒅é𝒇 ) non ; Couche de base : (𝜺𝒛 = 𝟕𝟑𝟎, 𝟔𝝁𝒅é𝒇 ) < (𝜺𝒛𝒂𝒅𝒎 = 𝟔𝟗𝟖, 𝟏𝟖𝟒𝝁𝒅é𝒇 ) non ; Couche de fondation : (𝜺𝒛 = 𝟔𝟏𝟓, 𝟐𝝁𝒅é𝒇 ) < (𝜺𝒛𝒂𝒅𝒎 = 𝟔𝟗𝟖, 𝟏𝟖𝟒𝝁𝒅é𝒇 ) ok ; Sol support : (𝜺𝒛 = 𝟖𝟐𝟏, 𝟗𝝁𝒅é𝒇 ) < (𝜺𝒛𝒂𝒅𝒎 = 𝟔𝟗𝟖, 𝟏𝟖𝟒𝝁𝒅é𝒇 ) non ; (𝝈𝒛 = 𝟎, 𝟏 𝐌𝐏𝐚) < (𝝈𝒛𝒂𝒅𝒎 = 𝟎, 𝟏𝟏𝟑𝑴𝑷𝒂) ok ; La structure proposée n’est pas totalement satisfaisante. Pour y remédier, nous proposons de réduire l’épaisseur de la couche de roulement de 3 cm, et d’augmenter celle de la couche de base et de fondation de 5 cm. La nouvelle structure devient donc : Couche de roulement : 5 cm de BB Couche de base : 15 cm de GNT2 Couche de fondation : 20 cm de GNT3 Mémoire de fin de cycle d’étude pour l’obtention du diplôme d’ingénieur de conception en géni civil

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Les résultats fournis par la nouvelle structure sont les suivantes : Couche de roulement :(𝜺𝒕 = −𝟏𝟓𝟖, 𝟔 𝝁𝒅é𝒇 ) < (𝜺𝒕𝒂𝒅𝒎 = 𝟐𝟐𝟔, 𝟗𝝁𝒅é𝒇 ) ok ; Couche de base : (𝜺𝒛 = 𝟔𝟖𝟒, 𝟓𝝁𝒅é𝒇 ) < (𝜺𝒛𝒂𝒅𝒎 = 𝟔𝟗𝟖, 𝟏𝟖𝟒𝝁𝒅é𝒇 ) ok ; Couche de fondation : (𝜺𝒛 = 𝟓𝟏𝟔, 𝟒𝝁𝒅é𝒇 ) < (𝜺𝒛𝒂𝒅𝒎 = 𝟔𝟗𝟖, 𝟏𝟖𝟒𝝁𝒅é𝒇 ) ok ; Sol support : (𝜺𝒛 = 𝟔𝟖𝟔, 𝟕𝝁𝒅é𝒇 ) < (𝜺𝒛𝒂𝒅𝒎 = 𝟔𝟗𝟖, 𝟏𝟖𝟒𝝁𝒅é𝒇 ) ok ; (𝝈𝒛 = 𝟎, 𝟎𝟖𝟐 𝐌𝐏𝐚) < (𝝈𝒛𝒂𝒅𝒎 = 𝟎, 𝟏𝟏𝟑𝑴𝑷𝒂) ok ; La structure proposée est maintenant satisfaisante.

IV.3.3. Suivant la méthode CBR IV.3.3.1. Pour la section Manga – Gon Boussougou Base : 10 cm de litho et CBR (95%) = 110 d’où E = 5 x 110 ˂=> E = 550 MPa ; Fondation : 15,5 cm de litho et CBR (95%) = 40 d’où E = 5 x 80 ˂=> E = 400 MPa ; TMJA = 47 PL/jrs/ans ; n = 15 ans et CAM = 0,81 ; TC = 381522,392PL et NE = 309033,1371PL ; Plateforme de classe S4 : CBR = 27 et E = 27 x 5 ˂=> E = 135 MPa ; σzadm =

0,3 × CBR 0,3 × 27 ˂ => 𝜎zadm = ˂ => σzadm = 1,24 bars 1 + logNE 1 + log 309033,1371

𝛔𝐳𝐚𝐝𝐦 = 𝟎, 𝟏𝟐𝟒 𝐌𝐩𝐚 εzadm = A × NE −0,222 ˂ => εzadm = 16000 x 309033,1371−0,222

𝛆𝐳𝐚𝐝𝐦 = 𝟗𝟔𝟔, 𝟖 𝛍𝐝𝐞𝐟 Après simulation sur ALIZE (voir annexe page N – O), on obtient les résultats suivant : Couche de base : (𝜺𝒛 = 𝟕𝟗𝟓, 𝟐𝝁𝒅é𝒇 ) < (𝜺𝒛𝒂𝒅𝒎 = 𝟗𝟔𝟔, 𝟖𝝁𝒅é𝒇 ) ok ; Mémoire de fin de cycle d’étude pour l’obtention du diplôme d’ingénieur de conception en géni civil

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Couche de fondation : (𝜺𝒛 = 𝟓𝟖𝟑, 𝟗𝝁𝒅é𝒇 ) < (𝜺𝒛𝒂𝒅𝒎 = 𝟗𝟔𝟔, 𝟖𝝁𝒅é𝒇 ) ok ; Sol support : (𝜺𝒛 = 𝟏𝟎𝟎𝟗, 𝟎𝝁𝒅é𝒇 ) < (𝜺𝒛𝒂𝒅𝒎 = 𝟗𝟔𝟔, 𝟖𝝁𝒅é𝒇 ) non ; (𝝈𝒛 = 𝟎, 𝟏𝟑𝟗 𝐌𝐏𝐚) < (𝝈𝒛𝒂𝒅𝒎 = 𝟎, 𝟏𝟐𝟒𝑴𝑷𝒂) non ; La structure proposée n’est pas satisfaisante. Pour y remédier, nous proposons d’augmenter l’épaisseur de la couche de base de 5 cm et diminuer celle de la couche de fondation de 0,5 cm. La nouvelle structure devient donc : Base : 10 cm de litho Fondation : 15 cm de litho La nouvelle structure est équivalente à celle proposée par le CEBTP. Par conséquent, nous n’aurons plus besoin d’une vérification, car les contraintes de cette structure ont déjà été vérifiées plus haut. (Voir IV.3.1.1) IV.3.1.2. Pour la section Gon Boussougou - Zabré Base : 10 cm de litho et CBR (95%) = 110 d’où E = 5 x 110 ˂=> E = 550 MPa ; Fondation : 17,5 cm de litho et CBR (95%) = 80 d’où E = 5 x 80 ˂=> E = 400 MPa ; TMJA = 180 PL/jrs/ans ; n = 15 ans CAM = 0,83 ; TC = 1613324,66 PL et NE = 1306792,975 PL ; Plateforme de classe S4 : CBR = 27 et E = 27 x 5 ˂=> E = 135 MPa ; σzadm =

0,3 × CBR 0,3 × 27 ˂ => 𝜎zadm = ˂ => σzadm = 1,13 bars 1 + logNE 1 + log1306792,975

𝛔𝐳𝐚𝐝𝐦 = 𝟎, 𝟏𝟏𝟑 𝐌𝐩𝐚 εzadm = A × NE −0,222 ˂ => εzadm = 16000 x 1306792,975−0,222 = 𝟔𝟗𝟖, 𝟏𝟖𝟒𝛍𝐝𝐞𝐟 Après simulation sur ALIZE (voir annexe page O – P), on obtient les résultats suivant : Couche de base : (𝜺𝒛 = 𝟕𝟗𝟔, 𝟒𝝁𝒅é𝒇 ) < (𝜺𝒛𝒂𝒅𝒎 = 𝟔𝟗𝟖, 𝟏𝟖𝟒𝝁𝒅é𝒇 ) non ;

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Couche de fondation : (𝜺𝒛 = 𝟓𝟑𝟏, 𝟎𝝁𝒅é𝒇 ) < (𝜺𝒛𝒂𝒅𝒎 = 𝟔𝟗𝟖, 𝟏𝟖𝟒𝝁𝒅é𝒇 ) ok ; Sol support : (𝜺𝒛 = 𝟗𝟏𝟓, 𝟔𝝁𝒅é𝒇 ) < (𝜺𝒛𝒂𝒅𝒎 = 𝟔𝟗𝟖, 𝟏𝟖𝟒𝝁𝒅é𝒇 ) non ; (𝝈𝒛 = 𝟎, 𝟏𝟐𝟔 𝐌𝐏𝐚) < (𝝈𝒛𝒂𝒅𝒎 = 𝟎, 𝟏𝟏𝟑𝑴𝑷𝒂) non ; La structure proposée n’est pas satisfaisante. Pour y remédier, nous proposons d’augmenter l’épaisseur de la couche de base de 5 cm et celle de la couche de fondation de 2,5 cm. La nouvelle structure devient donc : Base : 15 cm de litho Fondation : 20 cm de litho La nouvelle structure est équivalente à celle proposée par le CEBTP. Par conséquent, nous n’aurons plus besoin d’une vérification, car les contraintes de cette structure ont déjà été vérifiées plus haut. (Voir IV.3.1.2)

CONCLUSION IV Après vérification des structures proposées par les méthodes rationnelle, CBR et CEBTP sur ALIZE, nous constatons que toutes les contraintes sont vérifiées pour les structures proposées par le CEBTP. Pour les structures proposées par la méthode française par contre, une seule a fait l’objet d’un changement d’épaisseur. Il s’agit du tronçon Gon Boussougou – Zabré. Il faut noter que pour ce tronçon, l’épaisseur de la couche de roulement était trop grande, ce qui a beaucoup joué sur la couche de base qui n’avait pas une épaisseur assez suffisante pour supporter les charges provenant de la couche de roulement. Aussi, l’épaisseur de la couche de fondation à son tour, avait besoin elle aussi d’être suffisamment grande pour supporter les charges transmises par la base. Quant aux structures proposées par la méthode CBR, il a fallu revoir les épaisseurs des différentes couches d’assises, parce que ces dernières étaient insuffisantes pour pouvoir supporter le trafic. Après que toutes les contraintes aient été vérifiées, il reste à savoir quelle est la méthode de dimensionnement la plus optimale entre les méthodes empiriques et rationnelles. Pour cela, une analyse critique et une étude comparative ne seraient pas de trop. Mémoire de fin de cycle d’étude pour l’obtention du diplôme d’ingénieur de conception en géni civil

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CHAPITRE V : ANALYSE CRITIQUE ET ETUDE COMPARATIVE INTRODUCTION V Une étude comparative sert à établir d’une part, des ressemblances et des différences entre deux ou plusieurs choses, et d’autre part, d’identifier si possible la meilleure de ces choses. Quant à l’analyse critique, elle permet de faire ressortir les failles probables et les limites d’une chose. Dans ce chapitre, il sera question pour nous de confronter les trois méthodes de dimensionnement utilisées plus haut.

V.1. ANALYSE CRITIQUE V.1.1. Analyse de l’influence du coefficient de répartition transversale sur le trafic Ce coefficient multiplicateur qui n’est pas prise en compte par le CEBTP dans le calcul du trafic cumulé, est à analyser avec précaution. En effet, ce coefficient peut faire croitre ou décroitre le trafic selon sa valeur : si r ˂ 1 alors, le trafic cumulé calculé selon la méthode rationnelle décroit, et sera inférieur à celui calculé selon CEBTP. A ce niveau, si le concepteur calcule le trafic cumulé en incluant le coefficient de répartition, et par la suite se réfère à la méthode du CEBTP pour déterminer la classe du trafic alors, il y aura risque de sous-évaluation du trafic. Autrement dit, la chaussée risque d’être sous dimensionnée ; si r = 1 alors, le trafic cumulé calculé selon CEBTP sera égal à celui calculé selon la méthode rationnelle ; si r > 1 alors, le trafic cumulé calculé selon la méthode rationnelle croit, et sera supérieur à celui calculé selon CEBTP. Si le concepteur calcule le trafic cumulé en incluant le coefficient de répartition, et par la suite se réfère à la méthode du CEBTP pour déterminer la classe du trafic alors, il y aura risque de surévaluation du trafic. Autrement dit, la chaussée risque d’être surdimensionnée ;

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V.1.2. Analyse du rapport entre l’indice CBR et le module de plateforme La formule la plus utilisée pour calculer le module de plateforme est celle du LCPC : E = 5 x CBR Sur ALIZE, lorsque toutes les contraintes ne sont pas vérifiées, on pense immédiatement à augmenter le module du matériau. Pourtant le module est fonction du CBR. Si le module augmente, cela implique une augmentation de la valeur du CBR. Mais on constate la plupart du temps que l’augmentation du module se fait en oubliant de revoir la valeur du CBR qui avait été fixée dès le départ. Considérons par exemple une valeur minimale de 50 pour le CBR du matériau de la couche de base. On aura E = 5 x 50 ˂=> E = 250 MPa. Après avoir lancé les calculs sur ALIZE, on constate que toutes les contraintes ne sont pas vérifiées. On décide alors de faire passer le module de 250 MPa à 400 MPa par exemple. Après vérification, les contraintes sont valides. En faisant passer le module de 250 MPa à 400 MPa, il faudrait revoir la condition d’utilisation du CBR de ce dit matériau en couche de base. Pour que ce matériau puisse être utilisé en couche de base, il faudrait reposer la condition suivante : E = 5 x CBR ˂=> CBR =

𝐄 𝟓

˂=> CBR =

𝟒𝟎𝟎 𝟓

˂=> CBR = 80

Il faudrait donc un CBR minimal de 80 pour le matériau qu’on a décidé d’utiliser en couche de base, en lieu et place de 50.

V.1.3. Analyse des limites d’application des trois méthodes V.1.3.1. La méthode du CEBTP

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Trafic (NE) / Classe de Trafic (Ti)

Indice CBR / Classe de sol support (Si)

Choix de la structure en fonction de la classe de trafic et du sol support Figure V.1 : principe de dimensionnement selon la méthode du CEBTP

On constate que la méthode du CEBTP ne dimensionne pas la chaussée en tenant compte de certains facteurs importants, voir indispensable, tels que les conditions climatiques et les caractéristiques mécaniques des matériaux. On ne sait donc pas comment vont évoluer les propriétés des matériaux à long terme sous l’effet des charges des poids lourds, ni comment va se comporter la chaussée sous l’effet de ces charges là. Les épaisseurs des couches d’assise sont elles suffisamment grande pour supporter le trafic à long terme ? On l’ignore complètement. A ce propos, Fatimata SAWADOGO, une ancienne étudiante du 2IE, de la promotion 2014 – 2015, affirme après une « Etude comparative des méthodes de dimensionnement de chaussée au BURKINA FASO » que la méthode du CEBTP donne des épaisseurs d’assise insuffisantes. V.1.3.2. La méthode rationnelle Trafic cumulé / Classe de trafic TCi

Indice CBR / classe de plateforme PFi

Choix de la structure en fonction de la classe de trafic et de plateforme

Vérification des contraintes et prise en compte de la température lorsque le revêtement est en matériau bitumineux Figure V.2 : principe de dimensionnement selon la méthode rationnelle Mémoire de fin de cycle d’étude pour l’obtention du diplôme d’ingénieur de conception en géni civil

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Contrairement à la méthode du CEBTP, la méthode rationnelle dimensionne la chaussée en tenant compte non seulement des conditions climatiques telles que la température des matériaux bitumineux, mais aussi, elle calcule les sollicitations engendrées par la chaussée sous l’effet des poids lourds. D’après Fatimata SAWADOGO, la méthode rationnelle est une méthode de dimensionnement complète. En parlant de température des matériaux bitumineux, un ancien élève de l’ESTPO, de la promotion 2016 – 2017, répondant au nom de KAPIOKO Elvis a eu a mené une étude sur le thème suivant : « Proposition d’une température optimale pour le dimensionnement des chaussées revêtues en béton bitumineux au Burkina Faso. » Ce dernier dans son développement, dénonce non seulement la non maitrise de la valeur de la température à appliquer, mais aussi, l’ignorance des conséquences de cette dernière sur le comportement mécanique du matériau bitumineux. V.1.3.3. La méthode du CBR Trafic (TMJA) par sens

Indice CBR

Calcul de l'épaisseur d'assise

Correction de l'épaisseur d'assise par application du coefficient d'usure

Choix des matériaux et prise en compte de leur coefficient d'équivalence

Fixation des épaisseurs des couches d'assises et calcul des épaisseurs provisoires

Calcul des épaisseurs réelles des couches d'assise Figure V.3 : principe de dimensionnement selon la méthode du CBR

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Contrairement aux méthodes CEBTP et rationnelle, où l’épaisseur des couches d’assise et les matériaux sont définis en fonction du trafic et de la qualité du sol support, la méthode du CBR demande à ce que l’épaisseur de la couche d’assise soit d’abord calculée et corrigée. Ensuite, les matériaux pour les différentes couches sont choisis et les épaisseurs de ces dernières sont fixées sans normes. Et pour finir, les épaisseurs réelles de ces couches sont calculées. Tout comme la méthode du CEBTP, la méthode du CBR ne tient pas compte des conditions climatiques et des propriétés mécaniques des matériaux.

V.2. ETUDE COMPARATIVE V.2.1. Analyse des matériaux utilises en couches d’assise dans les trois méthodes V.2.1.1. L’enduit superficiel bicouche (ESB) et le béton bitumineux (BB) Mise en œuvre de l’enduit superficiel bicouche ;  épandage d’une première couche de liant ;  épandage d’une 1ère couche de gravillons de gros calibres ;  épandage d’une deuxième couche de liant ;  épandage d’une dernière couche de gravillons de petits calibres ;  compactage ; Mise en œuvre du béton bitumineux ;  épandage d’une couche de liant ;  épandage du béton bitumineux par un finisseur équipé d’une table télescopique, en épaisseur constante préalablement déterminée ;  compactage par un compacteur à billes et par un compacteur à pneus ; Les avantages de l’enduit superficiel bicouche ;  rapidité d’exécution ;  assure une bonne imperméabilité superficielle ;  empêche la pénétration des eaux de ruissellement ;  apporte une solution très satisfaisante aux problèmes de glissance ; Mémoire de fin de cycle d’étude pour l’obtention du diplôme d’ingénieur de conception en géni civil

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Les avantages du béton bitumineux ;  possibilité d’être recyclé à 100% ;  confère une excellente adhérence ;  une durée de vie assez élevée ;  une facilité de mise en œuvre ;  une très bonne résistance ; Les inconvénients de l’enduit superficiel bicouche ;  perte de gravillons ;  bruit lors de la circulation des pneumatiques ; Les inconvénients du béton bitumineux ;  impossible de le stocker à froid ;  prix assez élevé ;  peut être défectueux lorsque les éléments constitutifs ne sont pas bien dosés ;  exécution très lente ; Tableau V.1 : Tableau de comparaison

Nature

Exécution

Temps de vie

Effet sonore

Prix

Recyclable

ESB

Rapide

Moyenne

Bruit

Acceptable

-

BB

Lente

Assez élevé

Pas de bruit

Elevé

100%

V.2.1.2. Le graveleux latéritique naturel et la litho Mise en œuvre ; La mise en œuvre de la latérite est beaucoup plus simple comparée à celle de la litho. Pour la latérite, on a l’approvisionnement de cette dernière tout au long de la chaussée, un étalage de celle-ci sur toute la longueur de la chaussée, une humidification et une homogénéisation, puis l’on termine par le compactage avec le compacteur à rouleau. Tandis que pour la litho, c’est un peu plus complexe. Il faut Mémoire de fin de cycle d’étude pour l’obtention du diplôme d’ingénieur de conception en géni civil

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d’abord un approvisionnement, un épandage, une humidification et homogénéisation de la latérite. Ensuite, un approvisionnement du concassé sur la latérite déjà préparée, un épandage de celui-ci, un mélange de l’ensemble concassé +latérite, une humidification et une homogénéisation. Enfin, on termine par le compactage avec le compacteur à rouleau suivi du compacteur à pneu. Il faut noter que la mise en œuvre de la litho demande une attention particulière et prend plus de temps. Impact environnemental ; On constate que la latérite est à l’honneur de la destruction des sols. En effet, la latérite s’extrait du sol, et cette extraction par les engins provoque des séquelles (exemple : de profonds trous) entrainant une réduction progressive des sols cultivables. Alors qu’avec la litho, on n’a nullement pas besoin d’une extraction. L’amélioration du sol en place par du concassé suffit largement. Résistance dans le temps ; De nos jours, avec la croissance rapide du trafic, il faudrait des matériaux qui pourront permettre à la chaussée de résister à long terme. Entre la litho et la latérite, la litho convient mieux. Et la valeur de son CBR permet de le confirmer.

V.2.2. Analyse financière Pour faciliter l’étude de prix, nous avons fait un tableau à quatre (4) colonnes et neuf (9) lignes :  dans la 1ère colonne, nous avons la nature des données nécessaires à l’évaluation de prix des différents matériaux utilisés en couches d’assise , en passant par la longueur de la chaussée, sa largeur, l’épaisseur des différentes couches d’assise, la nature des matériaux utilisés, leur quantité, leur prix unitaire ect…  dans la 2ème, 3ème et 4ème colonne, nous avons respectivement toutes les informations en rapport avec la couche de roulement, de base et de fondation ;  sur la 1ère et 2ème ligne se trouvent respectivement évoquée la longueur et la largeur de la chaussée ; Mémoire de fin de cycle d’étude pour l’obtention du diplôme d’ingénieur de conception en géni civil

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 la 3ème et 4ème ligne font respectivement ressortir les différentes couches d’assise et leur épaisseur ;  sur la 5ème ligne se trouve la quantité totale des matériaux à utiliser. Autrement dit le volume de matériaux pour les différentes couches. Et ce volume se calcule suivant la formule suivante : V = L x l x e Avec L, la longueur de la chaussée ; l, sa largeur ; e, l’épaisseur de la couche d’assise ;  la 7ème et 8ème ligne nous donnent respectivement le prix unitaire des différents matériaux et le montant correspondant au volume total de ces derniers pour les différentes couches d’assises. Ce montant est obtenu en multipliant le prix unitaire des matériaux par le volume total de ces derniers.  une fois ces différents montants obtenus, on les additionne pour trouver le montant total des matériaux constituants la couche d’assise. Et ce montant est énuméré sur la 9ème ligne. V.2.2.1. Suivant la méthode CEBTP et CBR le tronçon Manga – Gon boussougou ; Tableau V.2 : Coût des différents matériaux (1)

Longueur chaussée (m)

43000

Largeur chaussée (m)

8

Couches d’assise

Couche de roulement

Couche de Couche de base

fondation

Epaisseurs (m)

-

0,15

0,15

Matériaux

ESB

Litho

litho

Quantités (m2 / m3)

344000 m2

51600 m3

51600 m3

Prix unitaire (FCFA)

3500

22500

22500

Montant (FCFA)

1 204 000 000

1 161 000 000

1 161 000 000

Coût total (FCFA)

3 526 000 000

Source : Direction Générale de la Normalisation et des Etudes Techniques (DGNET)

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Nous obtenons un prix total de trois milliards cinq cent vingt six millions de francs CFA. le tronçon Gon boussougou - Zabré ; Tableau V.3 : Coût des différents matériaux (2)

Longueur chaussée (m)

36000

Largeur chaussée (m)

8

Couches d’assise

Couche de roulement

Couche de Couche de base

fondation

Epaisseurs (m)

-

0,15

0,20

Matériaux

ESB

Litho

Litho

Quantités (m3)

288000 m2

43200 m3

57600 m3

Prix unitaire (FCFA)

3500

22500

22500

Montant (FCFA)

1 008 000 000

972 000 000

1 296 000 000

Coût total (FCFA)

3 276 000 000

Source : Direction Générale de la Normalisation et des Etudes Techniques (DGNET)

Nous obtenons un prix total de trois milliards deux cent soixante seize millions. Le coût du tronçon ‘‘Manga – Gon Boussougou’’, additionné à celui de Gon ‘‘Boussougou – Zabré’’ nous donne un coût total de six milliards huit cent deux millions de francs CFA (6 802 000 000 FCFA), pour la réalisation du tronçon Manga – Zabré. V.2.2.2. Suivant la méthode rationnelle le tronçon Manga – Gon boussougou ; Pour ce tronçon, nous obtenons un prix total d’un milliard neuf cent soixante dix huit millions de francs CFA. Les détails de calcul sont dans le tableau suivant :

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Tableau V.4 : Coût des différents matériaux (3)

Longueur chaussée (m)

43000

Largeur chaussée (m)

8

Couches d’assise

Couche de roulement

Couche de Couche de base

fondation

Epaisseurs (m)

0,05

0,10

0,15

Matériaux

BB

GNT

GNT

Quantités (m3)

17200

34400

51600

Prix unitaire (FCFA)

85000

6000

6000

Montant (FCFA)

1 462 000 000

206 400 000

309 600 000

Coût total (FCFA)

1 978 000 000

Source : Direction Générale de la Normalisation et des Etudes Techniques (DGNET)

le tronçon Gon boussougou - Zabré ; Tableau V.5 : Coût des différents matériaux (4)

Longueur chaussée (m)

36000

Largeur chaussée (m)

8

Couches d’assise

Couche de

Couche de base

roulement

Couche de fondation

Epaisseurs (m)

0,05

0,15

0,20

Matériaux

BB

GNT

GNT

Quantités (m3)

14400

43200

57600

Prix unitaire (FCFA)

85000

6000

6000

Montant (FCFA)

1 224 000 000

259 200 000

345 600 000

Coût total (FCFA)

1 828 800 000

Source : Direction Générale de la Normalisation et des Etudes Techniques (DGNET)

Nous obtenons un prix total d’un milliard huit cent vingt huit millions huit cent mille francs CFA. Le coût du tronçon ‘‘Manga – Gon Boussougou’’, additionné à celui de ‘‘Gon Boussougou – Zabré’’ nous donne un coût total de trois milliards huit cent Mémoire de fin de cycle d’étude pour l’obtention du diplôme d’ingénieur de conception en géni civil

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six millions six cent mille francs CFA (3 806 600 000 FCFA), pour la réalisation du tronçon Manga – Zabré. Quand on compare le montant fourni par la méthode rationnelle à celui fourni par les méthodes CEBTP et CBR, on constate clairement que dimensionner selon la méthode rationnelle revient moins coûteux. Par ailleurs, les matériaux que donne la méthode rationnelle présentent quelques limites importantes en tant que matériaux de chaussée. Moi - même KALMOGO Sibidou Charlotte, j’ai eu à mener une « étude technico – économique sur les couches de base non améliorées et améliorées aux concassés : cas de la voie d’accès n°4 du nouvel hôpital du secteur 30 », en vue de l’obtention de mon diplôme d’ingénieur des travaux en géni – civil ; diplôme obtenu à l’ESTPO. Il est ressorti de mon étude que la latérite est certes plus économique, mais compte tenu de la croissance rapide du trafic, la litho est bien meilleure pour des raisons de résistance dans le temps.

CONCLUSION V Il ressort premièrement de notre analyse critique que la méthode d’évaluation du trafic doit être énoncée de façon claire et précise, afin de minimiser les risques de sous dimensionnement. Aussi, le module des matériaux ne doit pas être augmenté ou diminué sans revoir la valeur minimale de leur CBR. Ensuite, il nous a été donné de constater que la méthode du CEBTP et du CBR donne parfois des épaisseurs d’assise insuffisantes et n’intègre pas certains paramètres dans le dimensionnement, contrairement à la méthode rationnelle. De l’étude comparative, on note que les matériaux que propose la méthode du CEBTP et du CBR en couche de roulement sont plus économiques et moins résistants que ceux proposés par la méthode rationnelle. Aussi, pour ce qui est des autres couches d’assises, suivant la méthode rationnelle, les matériaux proposés ne font pas le poids quant à leur capacité à résister à long terme au trafic. Enfin, dimensionner suivant la méthode rationnelle revient plus économique que dimensionner suivant la méthode du CEBTP ou du CBR. Au terme de ce chapitre, nous retenons que chaque méthode de dimensionnement comporte des avantages et des limites dans son application. Néanmoins, la plus optimale revient à l’ingéniosité du concepteur.

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CONCLUSION GENERALE Dans le dimensionnement des chaussées routières, la fiabilité des hypothèses de dimensionnement est très déterminante pour une bonne conception. Suivant

chaque

méthode

de

dimensionnement,

toute

hypothèse

de

dimensionnement se doit d’être énoncée et définit clairement. Il est donc très important pour l’ingénieur routier d’être à mesure de bien évaluer le trafic, et de connaitre les matériaux ainsi que leur comportement à long terme. Aussi, une bonne maitrise de l’outil informatique de sa part serait très bénéfique. Notre étude à consister d’une part à définir les paramètres de dimensionnement et d’autre part à faire une analyse critique et une étude comparative des méthodes après dimensionnement et vérification des contraintes. Pour ce présent projet, en termes de résistance, ce sont les méthodes du CEBTP et du CBR qui proposent de meilleurs matériaux pour les couches d’assise. Par contre, en terme économique, c’est la méthode rationnelle qui est moins couteux. Il faut noter que ces résultats obtenus ont un lien avec le trafic. Pour un trafic supérieur à celui de notre projet, nous n’aurons pas forcement les mêmes matériaux ni la même estimation financière. De cette étude comparative, il ressort qu’il n’y a pas de meilleure ou de mauvaise méthode de dimensionnement. Chaque méthode de dimensionnement comporte des avantages et des limites dans son application, et que seul l’ingénieur est à mesure de décider de la méthode qui convient le mieux à son projet. A la fin de cette étude, nous avons opté pour les structures proposées par la méthode du CEBTP pour la réalisation du tronçon Manga – Zabré.

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RECOMMANDATIONS Kjjhhhg

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BIBLIOGRAPHIE  Ouvrages et articles [1] Centre Expérimental De Recherches et d’Etudes du Bâtiment et des Travaux Publics. «Guide pratique de dimensionnement des chaussées pour les pays tropicaux». [2] Catalogue des structures de chaussée (Décembre 2003). «Guide technique pour l’utilisation des matériaux d’île de France». [3] Institut Français des Sciences et Technologies des Transports de l’Aménagement et des Réseaux (2016) «Manuel d’utilisation du logiciel ALIZE–LCPC, version 1.5 » [4] Université PAUL SABATIER / Toulouse 111 « Routes : matériaux, durabilité des chaussées » MASTER 2 GENIE – CIVIL, 2011/2012, Tome II. [5] Pierre LOMPO, IRF IVème Conférence Routière Africaine (20-25 Janvier 1980)Nairobi, Kenya. « Les matériaux utilisés en construction routière en Haute Volta, un Matériau non traditionnel « le lithostab » ». [6] Fatimata SAWADOGO (27 octobre 2015) « Etude comparative des méthodes de dimensionnement de chaussées au BURKINA FASO » [7] Elvis KAPIOKO (février 2018) « Proposition d’une température optimale pour le dimensionnement des chaussées revêtues en béton bitumineux au Burkina Faso » [8] Charlotte Sibidou KALMOGO (Avril 2017) « Etude technico – économique des couches de bases non améliorées et améliorées aux concassées : cas de la voie d’accès n°4 du nouvel hôpital du secteur 30 » [9] « LE PETIT ROBERT 1 », DICTIONNAIRE alphabétique et analogique DE LA LANGUE FRANCAISE.  Sites internet [10] www.google.com [11] ww.wikipédia.com Mémoire de fin de cycle d’étude pour l’obtention du diplôme d’ingénieur de conception en géni civil

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ANNEXES

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Annexe 1 : compléments du chapitre IV

IV.1. LES MODELES DE LA MECANIQUE DES CHAUSSEES Les modèles de la mécanique des chaussées permettent d'expliquer le fonctionnement et le comportement des divers types de structures routières à partir d'une schématisation simple des structures et des charges appliquées. Ils permettent aussi d'évaluer le niveau de sollicitation d'une structure de chaussée. Les modèles doivent donc représenter le plus possible le fonctionnement des structures étudiées. Par souci de simplicité, la plupart des méthodes de calcul de la réponse mécanique de la chaussée sont basées sur des hypothèses simplificatrices : charge idéalisée ; comportement linéaire élastique des matériaux ; couches constituées de matériaux homogènes et isotropes ;

IV.1.1. Le modèle de BOUSSINESQ (1885) Créé et utilisé initialement en mécanique des sols, ce modèle s’appuie sur un massif élastique semi-infini soumis à l’action d’une charge statique ponctuelle. Le mathématicien Français Boussinesq considère le sol comme un massif élastique, semi infini. Il suppose en plus que le corps de chaussée en matériau granulaire n'est pas très différent du sol support. La charge q du pneumatique appliquée à la chaussée, génère une contrainte en fonction de la profondeur. Le but est de rechercher à quelle profondeur du sol support la contrainte verticale a été suffisamment diffusée pour ne pas dépasser la contrainte admissible. L'expression de la contrainte est :

𝛔𝐳 = 𝐪𝟎 × [𝟏 −

𝐳𝟑 𝟑 (𝐚𝟐 +𝐳 𝟐 )𝟐

] avec :

q0 la pression appliquée par le pneumatique ; a : le rayon d’action de la charge ; z : la profondeur ;

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Il reste donc à déterminer la contrainte admissible Ϭadm du sol ainsi que la profondeur (épaisseur du corps de chaussée) pour laquelle, la contrainte verticale Ϭz sur le sol support ne dépasse pas celle admissible du sol. L'allure du diagramme de contrainte à différentes profondeurs est schématisée comme suit :

Figure a : diffusion de la contrainte selon Boussinesq

IV.1.2. Le modèle de WESTERGARD (1926) Harald Westergaard était un danois, professeur à l'Université de l'Illinois. Il crée le premier vrai modèle dédié aux chaussées. La simplicité du modèle retenu (modèle bi-couche en termes d’aujourd’hui), associée au génie mathématique de Westergaard lui permirent d’exprimer les contraintes sous forme d’équations explicites simples et à la portée de tous. Ce modèle donne les contraintes et déformations d’un système constitué d’une plaque, reposant sur un sol assimilé à un ensemble de ressorts verticaux, sans connexions horizontales communément appelé fondation de Winkler, et dont le déplacement vertical en un point est proportionnel à la pression verticale en ce point. Cela implique que le sol réagit de manière élastique et uniquement dans le sens vertical. Or, le sol ne se comporte pas comme un massif élastique : il accuse des déformations permanentes. La réaction du sol n'est donc pas strictement verticale : les contraintes se dispersent en profondeur et des contraintes de cisaillements ne sont pas à exclure. Mémoire de fin de cycle d’étude pour l’obtention du diplôme d’ingénieur de conception en géni civil

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Tous les spécialistes reconnaissent aujourd’hui que le modèle de Westergaard surestime les contraintes. Westergaard considère le sol comme un assemblage de ressort dont le déplacement vertical en un point est proportionnel à la pression verticale en ce point soit V = k x w.

Figure b : diffusion des contraintes selon Westergaard

IV.1.3. Le modèle bicouche de HOGG (1938) Il donne les contraintes et déformations d’une plaque reposant sur un massif élastique semi-indéfini de type Boussinesq. Le modèle bicouche génère des contraintes verticales et des déplacements qui sont difficiles à résoudre. Pour les déterminer, Hogg assimile la chaussée à une plaque mince et utilise les hypothèses simplificatrices de Navier : le plan moyen est confondu avec la fibre neutre ; les sections planes restent planes pendant la déformation ; les contraintes suivant une direction transversale peuvent être négligées ; Les déplacements verticaux satisfont à l'équation de Lagrange qui fournit une première relation entre les deux inconnues w et Ϭz:

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D∆2w = p avec p = Ϭz – q0 et D =

𝐄𝟏 ×𝐇 𝟏𝟐 ×(𝟏−𝐯𝟏 𝟐 )

et ∆2w =

𝛔𝐳 −𝐪𝐨 𝐃

D : le facteur de rigidité ; p : la somme des pressions ; w : la déflexion ;

Figure c : diffusion des contraintes selon Hogg

IV.1.4. Le modèle multicouche de BURMISTER (1943) Il a fallut attendre près de 20 ans avant de disposer d’un modèle pour les chaussées souples. C’est en 1943 que Burmister, professeur à l’Université de NewYork, publia sa solution du multi-couche élastique. Celui-ci connut un succès foudroyant : déjà à cette époque les chaussées et les aérodromes étaient constitués de plus de deux couches. Le développement rapide de l’informatique lui procura en outre les outils nécessaires à son exploitation. Il aborde et traite le problème général d’une structure à n couches reposant sur un massif élastique semi-indéfini. Les principales particularités du modèle sont les suivantes : les couches sont traitées comme des structures élastiques (et non comme des plaques) ; les interfaces entre couches peuvent être collées ou décollées ; Mémoire de fin de cycle d’étude pour l’obtention du diplôme d’ingénieur de conception en géni civil

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le cas de charges complexes (jumelages, essieux tandem ou tridem etc.) peut être traité en additionnant les effets des charges élémentaires ; sa principale limitation réside dans le fait que, comme dans le modèle de Hogg, les couches sont infinies en plan ; dans le cas des dalles en béton, il est notamment nécessaire de le compléter par un modèle aux éléments finis pour évaluer les conséquences des charges en bord ou en angle de dalle ; Pour évaluer les contraintes et les déplacements dans les couches, Burmister a utilisé la théorie de l'élasticité et l'hypothèse de la symétrie de révolution du chargement qui a beaucoup facilité les calculs.

Figure d : diffusion des contraintes selon Burmister (source : google.com)

Les transformations de Hankel ont facilité la résolution des équations du problème d'élasticité, en coordonnées cylindriques. Les formules sont généralisées pour n couches. Et avec le développement de l'outil informatique, ce modèle est maintenant plus accessible et est le plus utilisé. Les logiciels de calcul permettant de résoudre ce modèle sont : Alizé3® du LCPC, Ecoroute® de l'ENPC, Bistro de Shell et Chev de Chevron.

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IV.2.1. Description du moteur de calcul ALIZE Le moteur de calcul ALIZE permet la détermination des sollicitations créées par le trafic dans les différentes couches de matériaux constituant le corps de la chaussée. Il met en œuvre le modèle Burmister. Ce modèle s'appuie sur la modélisation mécanique de la structure par un massif semi-infini, constitué d'une superposition de couches de matériau d'épaisseur constante, à comportement élastique linéaire isotrope. Les paramètres descriptifs sont au nombre de deux : le module de déformation E et le coefficient de Poisson ʋ. Chaque interface entre couches adjacentes peut être prise collée, ou glissante, ou semi collée. Le chargement appliqué par les charges roulantes à la surface de la chaussée est représenté par un ensemble de disques circulaires, chargée chacun par une pression verticale uniforme et statique.

Figure e : exemple de problème traité avec le moteur ALIZE

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Annexe 2 : simulations sur ALIZE Manga – Gon Boussougou (méthode du CEBTP)

Image a : définition de la structure (Manga – Gon Boussougou)

Image b : entrée des paramètres de dimensionnement et calcul de contraintes (Manga – Gon

Boussougou) Mémoire de fin de cycle d’étude pour l’obtention du diplôme d’ingénieur de conception en géni civil

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Image c : résultats des calculs (Manga – Gon Boussougou)

Gon Boussougou – Zabré (méthode du CEBTP)

Image d : définition de la structure (Gon Boussougou – Zabré) Mémoire de fin de cycle d’étude pour l’obtention du diplôme d’ingénieur de conception en géni civil

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Image e : entrée des paramètres de dimensionnement et calcul de contraintes (Gon

Boussougou - Zabré)

Image f : résultats des calculs (Gon Boussougou - Zabré) Mémoire de fin de cycle d’étude pour l’obtention du diplôme d’ingénieur de conception en géni civil

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Manga – Gon Boussougou (méthode rationnelle)

Image g : définition de la structure (Manga – Gon Boussougou)

Image h : entrée des paramètres de dimensionnement et calcul de contraintes (Manga – Gon

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Image i : résultats des calculs (Manga – Gon Boussougou)

Gon Boussougou – Zabré (méthode rationnelle)

Image j : définition de la structure (Gon Boussougou – Zabré)

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Image k : entrée des paramètres de dimensionnement et calcul de contraintes (Gon

Boussougou - Zabré)

Image l : résultats des calculs (Gon Boussougou - Zabré)

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Manga – Gon Boussougou (méthode du CBR)

Image m : définition de la structure (Manga - Gon Boussougou)

Image n : entrée des paramètres de dimensionnement et calcul de contraintes (Manga -

Gon Boussougou) Mémoire de fin de cycle d’étude pour l’obtention du diplôme d’ingénieur de conception en géni civil

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Image o : résultats des calculs (Manga - Gon Boussougou)

Gon Boussougou – Zabré (méthode du CBR)

Image p : définition de la structure (Gon Boussougou – Zabré) Mémoire de fin de cycle d’étude pour l’obtention du diplôme d’ingénieur de conception en géni civil

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Image q : entrée des paramètres de dimensionnement et calcul de contraintes (Gon

Boussougou - Zabré)

Image r : résultats des calculs (Gon Boussougou - Zabré)

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