Cours de Routes Tome 2 [PDF]

Zitiervorschau

ROUTES TOME2

ENTPE , ALEAS

COURS DE ROUTES tome 2

COURS DE ROUTES par Christian BABILOTTE Paul CAMPOROTA Michel FAURE Henri LOURDAUX Yves MOUTON Jacques NOUVIER Yves ROBIN-PRÉVALLÉE sous la direction de Dominique CHATARD

0? 9,167

ENTPE ,

ALEAS

PREFACE Depuis la Rome antique, l'histoire des peuples est indissociable de celle de la Route. A l 'aube du troisième millénaire, la Route demeure un élément irremplaçable d'échange, d'ouverture, et de développement économique. La modernisation, l'entretien et l'exploitation du réseau routier constituent à ce titre un véritable enjeu dans chacun des pays. En France, cet objectif se traduit actuellement par un programme ambitietLx de réalisations autoroutières concédées, conjugué à un effort budgétaire conséquent de l'Etat et des collectivités territoriales. Au delà, il convient de lancer d'importantes réflexions pour définir les besoins de développement des réseaux et ce, dans le cadre d'une approch e intermodale.

Ces perspectives conduisent les différents maîtres d'ouvrage à s'intéresser tout particulièrement à la conception de ces infrastructures. Même si les techniques routières appartiennent dans notre pays à une grande tradition de savoir-faire, celles-ci doivent néanmoins s'adapter en permanence aux avancées technologiques et aux nouvelles exigences de qualité exprimées par les usagers et les riverains. Il convient par ailleurs d'élargir l a notion de projet routier aux problématiques liées à l'aménagement du territoire, à l' environnement et au paysage. Il s'agit là d'une préoccupation essentielle aujourd'hui. Ces mutations ont déjà donné lieu à la parution de nombreux textes réglementaires, guides m éth odol ogiques et outils informatiques qui visent à aider les actions des concepteurs routiers. Le présent ouvrage s'inscrit parfaitement dans ce champ de préoccupations. Il présente notamment l' intérêt de regrouper, sous une forme didactique, l'essentiel des grandes notions et références techniques actuelles, nécessaires aux acteurs de l 'aménagement routier. Je me r éjouis de cette initiative d'une Grande Ecole du Ministère d e l 'Equipe m e nt, et je félicite chaleureusement les auteurs de ce remarquable travail.

Le Directeur des Routes Christian LEYRIT

AVERTISSEMENT Une des vocations premières de l'Ecole Nationale des Travaux Publics de l'Etat est de former des ingénieurs routiers. Ce métier qui consistait, il y a quelques années essentiellement dans le choix des techniques routières, s'est beaucoup diversifié. La route n'est plus seulement "une trace tangible inscrite matériellement dans le sol"\ mais elle "relève d'un bien 2 public qui appartient à tous" . L'ingénieur routier doit concevoir, construire, entretenir, équiper, exploiter et gérer 2 la route, "territoire de la collectivité" . Depuis de nombreuses années, l'Ecole Nationale des travaux Publics de l 'Etat permet à ses élèves d'acquérir ces connaissances multiples, en particulier grâce à son cours de ROUTES. Ce cours aborde les aspects les plus divers, de la conception d e la route, à la construction et l'entretien des chaussées, en passant par la gestion de la circulation et la prise en compte de l'environnement (protection des paysages, diminution des nuisances,etc.). Il intègre les évolutions techniques et réglementaires les plus récentes. Les enrichissements successifs du cours polycopié l'ont rendu digne d'être publié. Ce cours est rédigé par les meilleurs spécialistes du ministère de l'Equipement, des Transports et du Logement et d e ses partenaires privés et parapublics, faisant partie, pour la plupart, de l'équipe enseignante. Il est l e fruit d ' un important travail collectif réalisé par des professionnels, hommes de terrain pour la plupart, sous la coordination de Michel FAURE, professeur d e Routes à l'ENTPE, auteur lui-même de nombre\Lx chapitres. · Cet ouvrage (constitué d e d emi: volumes ) est avant tout d estiné à des étudiants en Génie Civil, qui abordent ce domaine p o ur la première fois, mais il ambitionne également d'être un ouvrage d e référen ce utile aux professionnels, en particulier pour les d o maines de la conception et la construction routière. Ceci explique le niveau d ' approfondissement de certains chapitres. 1ous

tenons à remercier tous les auteurs pour le résultat obtenu qui nous a semblé justifier une diffusion extérieure à l'E 1TPE. Cet ouvrage d evrait d ébuter une ligne de publication des Cours d e l'ENTPE. Dominique CHATARD Chef du Département Transports et Génie Civil Direction d es Etudes de l'E TPE 1

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Régis DEBRAY, Rhapsodie pour La route. Les cahiers de médiologie 2 François DAGOGNET, Qu 'est-ce qu 'une roule ? Les cahiers de médiologie 2

SOMMAIRE CHAPITRE 12 : CONCEPTION Er DIMENSIONNEMENT DF.S CHAUSSEES 11 I - SOI.llCITATIONS SUPPORTEF.S PAR LES CHAUSSEES _ _ _ _ 12 I.1-Les sollicitations provenant du passage des charges _ _ __ _ _ 12 I.2 - Les sollicitations tangentielles _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 13 I.3 - Les sollicitations d' origine thermique _ _ _ __ _ _ _ _ _ _ 13 II - CONS'IITUTION ET ROLE D'UNE CHAUSSEE _ _ __ _ _ _ 13 Il.1 - Rôles des différentes couches de chaussées _ _ __ __ _ _ 13 II.2 - Rôle particulier de la couche de surface - démarche pour son choix_ 14

ID - DIFFERENI'ES FAMilLES DE STRUCI'URES DE CHAUSSEES -

PRINCIPES DE FONCTIONNEMENf _ _ _ _ _ __ _ _ _ _ 19 ill.1 - Les chaussées souples _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ __ _ _ 19 ill.2 - Les chaussées bitumineuses épaisses 20 ill.3 - Les chaussées à assise traitée aux liants hydrauliques (dites également "semi-rigides") _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 20 ill.4 - Les chaussées à structure mixte 21 ill.5 - Les chaussées à structure inverse 22 ill.6 - Les chaussées en b éton de ciment 22

IV - PARAMETRES PRIS EN COMPIB POUR LE DIMENSIONNEMENT

22 IV.1-Trafic _ __ _ _ __ __ __ _ __ _ _ _ _ _ _ 23 IV.2 - La plate.forme support _ _ _ _ _ _ __ _ _ _ _ _ _ _ 27 IV.3 - Caractérisation des matériaux _ _ _ _ _ _ _ __ _ _ _ _ 29 IV.4 - Données cLmatiques et d'environnement - Vérification au gel _ _ 36

V - DEMARCHE Ef MEfHODES PRATIQUES DE DIMENSIONNEMENT _

37

V.1 - Démarch e _ _ __ __ _ _ __ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 37 V.2 - Modélisation _ _ __ _ _ _ _ _ _ _ _ _ __ _ _ _ _ 38 V.3 - Vérification de la structure - Comparaison des valeurs calculées aux valeurs admissibles _ __ _ _ _ _ _ _ _ _ __ _ _ _ _ 39 V.4 - Méthodes pratiques de dimensionnement 39

CHAPITRE 13: LES GRANULATS _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 45 I - INTRODUCTION _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ __ __ _ _ _ 45 II - CARACIBRISATION DES GRANULATS _ __ __ _ __ _ 46 Il.1 - La granularité _ _ __ _ _ _ _ __ _ __ _ _ _ _ _ 46 Il.2-Les caractéristiques intrinsèques des gravillons _ _ _ _ _ _ _ 48 Il.3 - Caractéristiques de fabrication des gravillons _ __ _ _ _ _ _ 51 Il.4 - Les caractéristiques de fabrication des sables _ _ _ _ _ _ __ 55 Il.5 - Ch oix des catégories de granulats _ _ __ _ _ _ __ _ _ _ 56 Il.6 - Affinité pour les liants _ __ _ _ _ __ _ _ _ _ _ _ _ _ 56

ID - CONSIDERATIONS GEOLOGIQUES Er PEfROGRAPJilQUF.S SOl'vlMAIRES _ 57 ill.1 - Roches éruptives _ __ _ _ _ _ __ _ _ __ _ _ _ _ 57 ill.2 - Roch es sédimentaires _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 58 ill.3 - Roches métamorphiques _ _ _ _ _ _ _ _ __ _ _ __ 59 ill.4 - Roches artificielles _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ __ __ ___ 59

IV - ELABORATION DF.S GRANULATS _ _ _ __ _ _ _ __ _ 59 IV.1 - Etude des gisements 59 IV.2 - Extraction 60 IV.3 - Concassage - Criblage 60 IV.4-Stockage - Reconstitution -Expédition 61 IV.5 - Prise en compte de l'environnement 62

V-CONfROLE _ __ __ _ __ _ _ _ _ __ __ _ _ 62

CHAPITRE 14: LES LIANTS HYDROCARBONES _ _ __

_

_ 65

I - UN PEU D'HISTOIRE

65

Il - GENF.SE DF.S LIANfS HYDROCARBONES

66

Ill - LES GOUDRONS

66

IV - LES LIANfS BITUMINEUX

67

V - LES BITUMES V.1 - Constitution des bitumes V.2 - Mode d'action des bitumes V.3 - Caractérisation des bitumes purs V.4 - Propriétés des bitumes

69 69 69 70 72

VI-LES EMUI.SIONS DE BITUME

73

VII - LES BITUMES FLUXES ET BITUMES FLUIDIFlES

74

VIIl - LES BITUMES MODIFlES

75

IX - INCIDENCE DU PROGRAMME S.H.R.P. SUR LES BITUMES

75

CHAPITRE 15 : LES LIANTS HYDRAULIQUES _ _ __ _ _ _ 77 I - LES CHAUX

77

Il - LES CIMENTS

78

Ill - LES lAITIERS GRANULES DE HAUI' FOURNEAU

79

IV-LES POUZZOLANF.S

80

V - LES CENDRES VOLANIBS

81

CHAPITRE 16 : LES ENROBES A CHAUD _ __ _ _ __ __ 85 I - QUELQUES NOTIONS DE BASE A CONNAITRE _ _ __ __ _ 11 - La composition granulométrique 12 - Les fines (encore appelées "filler") 1 3 - Teneur en liant 14-La compacité

85 85 87 88 89

Il - HISTORIQUE DES ENROBES A CHAUD EN FRANCE _ _ _ _ _ 91 II.1- Les enrobés denses (1950-1965) pour couches de surface _ _ _ _ 91 II.2- Les enrobés "grenus" (1966-1968) pour couch es de surface _ _ _ 92 II.3 - Les enrobés "semi-grenus" (1969 à nos jours) pour couches de surface _ _ 93

m - LA FORMULATION DES ENROBES A CHAUD : LES ESSAIS DE LABORATOIRE _ _ _ _ _ _ __ _ __ _ __ _ _ _ _ _ 96

III.1 - L'essai à la pres.se à cisaillement giratoire (P.C.G.) 96 ill.2-L'essai Man;hall 97 ill.3- L'essai de compression simple L.C.P.C. (encore appelé essai Duriez) _ 97 m.4 - Essai à l'orniéreur - -- - - - - - - - - - - - - 98 ill.5 - Essai de traction directe _ __ _ _ _ __ _ _ __ __ 98 ill.6 - Essai de module complexe (E*) _ _ _ _ _ _ _ __ _ _ 98 ID.7 - Essai de fatigue _ __ _ _ _ _ __ _ _ _ _ __ _ 99 IV - LES CRITERES A PRENDRE EN COMPI'E POUR LES CHOIX

PRELIMINAIRES D'UNE FORMULE D'ENROBE _ _ _ _ _ _ _ _ IV.1-Le trafic _ _ _ _ _ _ __ _ _ __ _ __ __ _ IV.2 -La région _ __ __ _ __ _ __ _ _ _ __ _ _ IV.3 - L'épaisseur _ _ _ _ _ _ _ _ _ __ _ _ _ _ __ _

99 99 99 99

V - LES DIFFERENfS TYPES D'ENROBES (à base de bitume pur) _ _ 100 V.1 - Enrobés pour assises de chaussées _ _ _ __ _ _ _ _ _ 100 V.2 - Enrobés pour couche de liaison (B.B.L.) _ _ _ __ __ _ _ 101 V.3 - Enrobés pour couche de roulement (BB)_ _ _ _ _ _ __ _ 101 VI - LES PROCEDES SPECIAUX _ _ _ _ _ __ __ _ __ _ 102 VI.1 - Les enrobés à module élevé (EME) _ _ _ __ _ _ __ _ 102 VI.2 - Les bétons bitumineux minces (BBM) _ _ _ _ __ _ _ _ 103 VI.3 - Les bétons bitumineux très minces (BB'IM)_ _ _ __ _ _ 104 VI.4 - Les enrobés drainants _ _ _ __ _ _ _ __ _ _ _ _ 104 VII - FABRICATION DES ENROBES A CHAUD _ _ _ __ _ __

105

vm - MISE EN OEUVRE DES ENROBES A CHAUD

107 107 107 108

VID.1 - La couche d'accrochage VID.2 - Répandage : "les finisseurs" VID.3- Compactage IX - LE RECYCLAGE

108

X - LES CONTROLES DE QUALITE

109

XI - CONCLUSION

110

CHAPITRE 17: LES ENDUITS SUPERFICIELS _ _ _ _ _ _ I - DÉFINmON DES ENDUITS SUPERFICIELS

113 113

Il - LES GRANULATS _ _ _ __ __ __ _ _ _ __ _ _ 114 II.1 - Coupuresgranulométriques _ _ __ _ _ _ _ __ _ _ 114 II.2 - Caractéristiques intrinsèques et caractéristiques de fabrication __ 114

m -LES LIANTS POUR ENDUITS

_ _ _ __ _ _ __ _ __ ill.1 - Les liants anhydres (ou liants chauds) m.2 - Les émulsions m .3 - Les liants modifiés

114 115 118 119

IV - L'ADHESMIB LIANT / GRANULAT: LE DOPAGE _ _ _ _ _ _ 120

V - IA FORMULATION DES ENDUITS _ _ _ _ _ _ _ _ _ __ V.1 - Enduit monocouche (type LG) V.2 - Enduit monocouche double gravillonnage (type LGg) V.3 - Enduits bicouches (LGlg) V.4 - Enduit monocouche inve:rsé (Gl.g)

123 123 124 125 126

VI - LE REPANDAGE DU LIANf

126

VII - LE GRAVILLONNAGE

128

VIII - LE COMPACTAGE

129

IX-PATIIOLOGIE DES ENDUITS SUPERFICIELS IX.1 - Arrachements et plumage IX.2 - Re.ssuage - Poinçonnement - Indentation IX.3 - Le peignage

130 130 130 130

X - PARAMEIBES DE CORRECTIONS

131

XI - CONCLUSION

132

CHAPITRE 18: LES MATERIAUX TRAITES AUX LIANTS HYDRAULIQUES _ _ _ __ _ _ _ _ __ __ _ __ I - LES CONSTITUANTS 11 - Les granulats 12 - Les liants I.3 - L'eau

135 135 135 137 137

Il - COMPOSIDON DES GRAVES HYDRAULIQUES _ _ _ _ _ _ _ 137

m - CARACIBRISATION DES GRAVF.S HYDRAULIQUES

140

IV - CIASSIFlCATION DES MATERIAUX HYDRAULIQUES

142

V - FABRICATION DES MATERIAUX HYDRAULIQUES

145

VI - MISE EN OEUVRE DES MATERIAUX HYDRAUUQUES VI.1 - Répandage Vl.2 - Compactage Vl.3- Fin réglage (ou rabotage) Vl.4 - L'enduit en cure Vl.5 - Intérêt des liants à prise "lente"

146 146 146 148 148 148

VII - PATIIOLOGIE DES MATERIAUX HYDRAULIQUES VIU - FÎ.sffi.rration transversale VIl.2 - Les problèmes d'interface

149 149 150

CHAPITRE 19 : LES CHAUSSÉES EN BÉTON _ __ _ _ _ _ 151 I - HISTORIQUE DES CHAUSSÉES EN BÉTON

151

Il - LES CHAUSSÉES EN BÉTON : UN REVÊTEMENT DISCONTINU

154

m-

154 154 156 158

COMPOSIDON DU BETON ROUITER III.1 - Propriétés mécaniques générales III.2 - Choix des constituants III.3 - Formulation du béton routier

IV - FONCTIONNEMENT D'UNE CHAUSSEE EN BETON DU 1YPE "DALLES"

159

V - LES DIFFERENfS TYPES DE CHAUSSEES EN BETON _ _ _ _ 161 V.1 - Les dalles courtes en béton n on armé _ _ __ _ _ _ __ 161 V.2 - Les dalles courtes goujonnées _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 162 V.3 - La technique du béton armé continu (B.A.C.) _ _ _ _ __ _ 163 VI - FABRICATION DU BETON _ _ _ _ _ _ __ __ _ _ _ 163 VII - LA MISE EN OEUVRE _ __ _ __ _ _ __ _ __ _ 164 VIl.1 -Le répandage _ _ _ _ _ _ _ _ _ __ __ _ _ _ _ 164 VII.2 - La confection des joints de retrait - flexion. _ _ _ _ _ _ _ 165 VIII - LES TRAITEMENTS DE SURFACE _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 166 VIIl.1 - Le striage longitudinal à la toile de jute. _ _ _ _ _ _ _ _ 166 VIIl.2 - Le striage transversal. _ _ _ _ _ _ _ _ _ __ __ _ 166 VIIl.3 - Le cloutage. _ _ _ _ __ _ _ _ _ _ _ _ __ _ 166 VIII.4 - Le dénudage clùmique. _ _ _ _ _ __ _ _ _ _ _ _ 167

CHAPITRE 20 : L'EXPLOITATION DE LA ROUTE EN RASE CAMPAGNE

169

I - PRÉAMBULE _ _ __ __ _ _ __ __ _ __ _ _ _ 169 II - L'EXPLOITATION DE LA ROUIB _ _ _ _ _ __ _ _ _ _ 169 Il.1 - Généralités _ _ __ _ _ _ _ _ _ __ __ _ _ _ _ 169 II.2 -Quelques notions d'ingénierie du trafic _ _ _ _ _ _ __ _ 171 II.3 - L'information des usagers _ _ _ _ __ _ _ _ _ _ __ 175 II.4 - L'évaluation _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ __ _ _ _ _ 176

ID - LES OUTILS DE L'EXPWITATION _ _ _ _ _ __ _ _ _ 176 ill.1 - Les équipemen ts et méthodes de recueil de données _ _ _ _ 176 ill.2 - Les autres équipements statiques _ _ _ _ _ _ _ _ __ _ 177 ill.3 - Les moyens de transmission et de traitement _ _ _ __ _ _ 178 ill.4 - Les moyens de communication avec les usagers · 179 ill.5 - Le cas particulier des P .M.V. _ _ _ _ _ _ __ _ _ _ _ 180

IV - LES ACTEURS DE L'EXPWITATION ET DE L'INFORMATION ROlJfIÈRE / LES ORGANISATIONS _ _ __ _ _ _ _ _ _ _ 182 V - LA SIGNALISATION _ _ _ _ _ _ _ _ __ _ _ _ __

183

V.1- Généralités _ _ _ _ _ _ __ _ _ _ _ __ _ _ __ 183 V.2 - Cas particulier de la signalisation directionnelle _ _ _ _ _ _ 185

VI - LA ROUIB ''INfELUGENTE'' _ _ _ _ __ _ _ _ __ _ 187 VII - CONCLUSION _ _ _ _ _ __ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 190

CHAPITRE 21: L'EXPLOITATION EN MILIEU URBAIN _ __

193

I - PROBLÈMATIQUE ET IDENTIFICATION DU DOMAINE _ _ _ _ 193 I.1 - Le trafic routier _ _ _ _ _ _ _ _ _ __ _ _ _ _ _ _ 193 I.2 - Définition et fonctionnement actuel de l'exploitation _ _ __ _ 194 I.3 - L'organisation administrative _ _ _ _ _ __ _ _ __ _ 195 II - LE CONTEXTE _ _ _ _ __ __ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 197 II.1 - L 'exploitation des réseaux maillés _ _ _ _ __ _ _ _ __ 197 II.2 - L'exploitation des voies rapides urbaines _ _ _ _ __ _ _ 199

ID-LES SYSTEMF.S - - - - -- -ill.1 - Les carrefours à feux ill.2 - Les voies rapides urbaines

- - -- - - - - ~ 206

IV-PERSPECTIVES IV.1 -Responsabilités, pouvoirs et moyens de l'Etat IV.2 - Diffusion des données publiques IV.3 - Les nouvelles technologies IV.4 - Les développements Européens

206 213 217 217 217 218 220

CHAPITRE 22 : SECURITE ROUTIERE. LE RÔLE DE L'INFRASTRUCTURE _ __ _ _ _ _ _ _ _ 223 I - INIBODUCTION 1.1 - Les grandes étapes de la sécurité routière 1.2 - Comparaisons internationales

223 223 224

II - LES ENJEUX DE LA SECURITE ROUTIERE

225

ID - LE RÔLE DE L'INFRAS1RUCTURE ill.1 - L'infrastructure et son environnement - La lisibilité ill.2 - Deux milieux : la rase campagne et la ville ill.3 - Rase campagne · ill.4 - Agglomération

226 226 226 227 229

CHAPITRE 23 : L'ENTRETIEN ROUTIER _ _ __ __ _ _ 233 I - OBJECTIFS

233

Il - PA'lliOLOGIE DES CHAUSSEES Il.1 - Les fis.sures Il.2 - Les déformations du profil en travers Il.3 - Les arrachements Il.4 - Les "remontées"

234 234 237 239 239

ID- L'ADHERENCE DES CHAUSSEES _ _ _ _ __ _ _ _ _ _ 239 ill.1- lntérêt de l'adhérence entre le pnewnatique et la chaUS5ée _ _ 240 ill.2 - Etude du phénomène. _ _ __ __ __ _ __ _ _ _ 240

IV - LES MATERIELS D'AUSCULTATION DES CHAUSSEES _ _ _ _ 244 IV.1 - Le déflectographe 244 IV.2 - L'analyseur de profil en long: A.P.L. 245 IV.3 - Le GERPHO 246 IV.4 - La mesure de l'omiérage 246 IV.5 - La mesure de l'adhérence 247 IV.6 - Les appareils multifonctions 249 IV.7 - Le carottage 249 V - LES TECHNIQUES D'ENTRETIEN V.1 - L 'entretien courant V.2 - Le "gros" entretien

250 250 252

VI - POLfTIQUE D'ENTREflEN DES ROUTES NATIONALES : L'IQRN _ _ 253 . VII - L'ENTRETIEN DES DEPENDANCES _ _ _ __ _ _ _ _ _ 254 VIII - CONCLUSION

254

Chapitre 12

CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT DES CHAUSSÉES par Christian BABILOTŒ CERTU et Michel FAURE Société des Autoroutes Paris Rhin Rhôn e

La roue dont l'invention se perd dans l'h istoire est évidemment l'instrument miracle du transport terrestre. Mais elle a ses inconvéments même équipée de pneumatiques. On circule très bien sur des pistes argileuses bien nivelées, mais qu'il pleuve, et l'argile mouillée devient vite une patinoire, voire un bourbier. Aussi, l'i dée est-elle venue d'u n matelas de pierres s'interposant entre la roue et le sol. Les premières véritables chaussées furent construites par les Romains pour leurs voies impériales, avec un objectif essentiellement militaire, celui de permettre un déplacement rapide des légions en différents points de l'empire, quelles que soient les conditions météorologiques. Les chaussées de cette époque étaient déjà constituées de plusieurs couches de matériaux, parfaitement codifiées, avec de grandes dalles en pien e posées sur un béton de chaux (Voir Fig. 1). j oint

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Dalles de pierre (Summum dorsum) Béton de chaux (Nucleus)

Déchets de pierres (Rudus)

Fig. 1 - La chaussée romain e : on comparera avec une chaussée en béton moderne (couche de forme, fondation en béton maigre, dalle de revêtement)

Pendant tout le Moyen Age et jusqu'au début du XIXe siècle, peu de progrès ont été réalisés dans ce domaine, mise à pait l'utilisation des pavés, taillés à la main et posés sur une couche de sable. Plus tard, avec l'a pparition des véhicules plus lourds et plus nombreu.x, et le début de la mécanisation des travaux, on vit se développer les snuctures à base de "hérisson' et

12

COURS DE ROlITES

de "macadam'. Les chaussées de l'époque étaient composées de blocs de 250 mm environ pour le 'hérisson" et de pierre cassée 40/70 mm pour le "macadam\ cette pierre cassée étant 'bloquée' avec de l'argile pour donner le "macadam à l'eau'. Les premiers progrès ont été réalisés au niveau de la surface des chaussées, pom lutter contre la poussière soulevée par les véhicules automobiles par temps sec. Par hasard, on découviit les vertus du goudron produit dans les cokeries d'usine à gaz et de hauts fourneaux. Mais très vite, on constata que ce goudron était glissant par temps de pluie, et on lui adjoignit des gravillons pour donner naissance à l'enduit superficiel. Mais on remarqua ensuite qu'il ne fallait ni trop, ni trop peu de goudron, et de gravier, qu'il fallait utiliser un gravier dur et anguleux, et un goudron qui ne se ramollisse pas trop l'été. Cest à cette époque qu'a ppaiurent les premières spécifications relatives tant aux maté1iaux qu'à la façon de les mettre en oeuvre. C'est l'enduit superficiel qui a fait sortir la route d'un artisanat archaïque et conseivateur pour l'a mener à un niveau industriel et à la mécanisation. Ensuite, les enrobés à chaud sont arrivés avec la fraction lourde du pétrole brut : le bitume. Lhomme étant pour de nombreux travau.x remplacé par la machine, les techniques à base de mise en oemTe manuelle ont été remplacées par des techniques mieu.x adaptées aux moyens mécaniques. C'est ainsi que l'on ,~t apparaître entre 1930 et 1940 en corps de chaussée les matériaux à granulométrie continue et étalée O/D qui remplacèrent peu à peu les matériaux à granulométrie 'serrée" d/D, comme la pierre cassée. Depuis les an.nées 50, avec les nouvelles conditions de trafic, notamment les poids lourds avec essieu simple à 13 tonnes (130 KN), les anciennes solutions de type empienement ou macadam se sont avérées insuffisante$, et l'on a été amené à généraliser l'emploi de matériaux agglomérés par un liant tant pour le corps de chaussée que pour la smface.

I - SOLLICITATIONS SUPPORTEFS PAR LES CHAUSSEES

La surface de la chaussée (que l'on peut considérer comme la partie émergente de l'iceberg), doit permettre d'assurer une circulation en tout temps, avec sécurité et confo1t. Pom ce faire, elle doit résister à un certain nombre de sollicitations. 1.1 - Les sollicitations provenant du passage des charges Aux termes du Code de la Route, la charge maximum autorisée sur un jumelage isolé est de 65 KN (6,5 tonnes), soit un essieu standard de 130 KN (13 T). Il arrive également que cette charge ma-xi.male soit dépassée à cause des phénomènes de surcharge clairement mis en évidence avec les Stations dA.nalyse Fine du Trafic (S.A.F.T.) installées sm le réseau routier pom peser en dynamique les véhicules à l'aide d'u n câble piézo-électrique positionné dans la couche de surface. La chaussée doit donc prendre en compte cette contrainte et répartir suffisamment les efforts pour qu'il n'y ait pas de déformations permanentes dans le sol support. A cette action verticale des chai·ges peut s'ajouter un effet dynamique qui peut contribuer à modi-

Chapitre 12: Conception et dimensionnement des c/,QUllsées

13

fier les forces qui s'exercent sur la chaussée, qu'il s'agisse des effets dus à l'u ni (notion qui caractérise le confort d'u ne chaus.sée) ou encore d'efforts dus à la géométrie même de la chaus.sée et du véhicule. Les mesures qui ont été fait~ font apparaître l'existence de surcharges très brèves de durée inférieure au dixième de seconde.

1.2 - Les sollicitations tangentielles Lorsqu'un véhicule est en mouvement apparaissent des efforts horizontaux du fait : - de la transmission de l'effort moteur ou du freinage, - de la mise en rotation des roues non motrices, - de la résistance aux efforts transver.;aux. Bien entendu toutes ces actions tangentielles s'accompagnent de frottemenfJS dans lesquels se dissipe de l'énergie et qui usent les pneumatiques et les chaussées. La chaus.sée doit en outre présenter de bonnes caractéristiques d'adhérence par temps de pluie, qualités recherchées lors du freinage ou dans une courbe, et qui doivent rester constantes dans le temps.

1.3 - Les sollicitations d'origine thermique Les variations de température (surtout lorsqu'elles sont brusques) peuvent engendrer dans les solides élastiques des champs de contrainte. Dans le domaine des chaussées, ce phénomène a des conséquences qui intéressent surtout les assises traitées aux liants hydrauliques et en particulier les chaus.sées en béton (voir le chapitre 18 'Les matériaux traités aux liants hydrauliques.' et le chapitre 19 'Les chaussées en béton.'). Comme autres sollicitations d'origine thennjque, il y a bien évidemment les effets du gel (voir chapitre 10 du tome 1 'L'eau et le gel.') mais également les effets de l'ensoleillement, sur la déformation des mélanges bitumineux, et sur le vieillissement du bitume (voir chapiti-e 16 'Les em obés à chaud.'). Enfin, outre des qualités d'adhérence, de planéité et de confort, on demande aujourd'hui aux chaussées de présenter de bonnes caractéristiques vis-à-vis du bruit de roulement. On sait réaliser des revêtements peu biuyants, pour lesquels le bruit de roulement est inférieur de 8 à 10 dB (A) par rappo1t au bruit de roulement sm les revêtements les plus bruyants. (On rappellera à tiu·e inœcatif, qu'un doublement du n-afic enu·aîne une augmentation du bruit d'emù·on 3 dB (A).)

li - CONSTITUTION ET ROLE D'UNE CHAUSSEE ll.1 - Rôles des différentes couches de chaussées Les chaussées se présentent comme des sn11ctures multicouches mises en oeuvre sm un ensemble appelé plme-forme support de chaussée, constituée du sol ten-assé, rut sol support, le plus souvent surmonté d'une couche de forme.

COURS DE ROlffES

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La couche de forme Cette couche, qui ne fait pas partù intégrante de la chaussée, a plusieurs fonctions : - pendant les travaux, elle protège le sol support, contribue au nivellem ent et permet la circulation des engins de chantier ; - elle permet de rendre plus homogènes les caractéristiques du sol terrassé et de protéger ce dernier du gel. Le,s couches d'assise

L'assise de chaussée est généralem ent constituée de deux couches, la couche de fon-

daJion, surmontée de la couche de base. Ces couches en matériaux élaborés, le plus souvent liés (bitume, liants hydrauliques), pour les forts trafics, apportent à la chaussée la résistance mécanique aux charges verticales induites par le trafic. Elles répartissent les pressions sur le support, afin de maintenir les déformations à ce niveau dans les limites admissibles.

Arase de terrassement Plate-forme support de chaussée Accotement Roulement] !couches de surtacel L1a1son

Jt{tjttrtrtrrritttfüttrr

Base . Fondation

J

1 Couches crassise 1

·

·

1 Couche de forme 1

=1 m

Partie supérieure des terrassements

Sols~pon

La couche de swfaœ La couche de surlace est constituée : - de la couche de roulement, qui est la cou ch e supérieure de la chaussée sur laquelle s'exercent directement les agressions conjuguées du trafic et du climat, - et le cas échéant d 'une couche de liaison, entre les couches d'assise et la couche de roulement. Dans le cas particulier d es chaussées en béton de ciment, la dalle, qui repose sur une couche de fondation, joue simultanément le rôle de couche de swface et celui de couche de base.

11.2 - Rôle particulier de la couche de surface - démarche pour son choix Dans une chaussée, la couch e de surlace joue rm rôle capital. Non seulement c'est la seule couche "vue" et "jugée" par les usagers, mais de son choix dépendrnnt les choix a u niveau des couch es inférieures. Nous avons vu que la couche de sw.f ace est constituée par la couche de roulement., avec dans certains cas la présence d 'une couche de liaison . La tendance actuelle consiste à dissocier les fon ctions remplies par la couche de surlace de celles remplies par les couch es d 'assise.

Chapitre 12 : Conception et dime1U1ionnement des cl,aussées

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La qualité d'usage de la chaussée dépend pour une large part des caractéristiques de surlace de la couche de roulement, donc de sa nature et de son état. Cette couche contribue en outre à la pérennité de la chaussée, enlre aulres par l'étandiéité qu'elle apporte. Par contre, son apport structurel est secondaire (sauf dans le cas de chaussées à 8.$Îse granulaire dont la couche de surlace est la seule couche liée). Cet ensemble de fonctions fait que le choix de la couche de surlace doit résulter de la prise en considération de plusieurs objectifs qu'on peut ranger en quatre groupes: - la sécurité et le confort des usagers, en relation avec les caractéristiques de surlace; - le maintien d e l'intégrité de la structure, par la protection des couches d'assise vis-à-vis des infiltrations des eaux pluviales et des sels de déverglaçage ; - l'impact sur l'environnement., avec notanrment la recherche d'une réduction des bruits de roulement ; - les p ossibilités de régén ération des caractéristiques de surlace. Séc:urilé et confort des usagers

* Uni L'uni est une notion servant à la description des défauts géométriques du profil de la chaussée susceptibles de compromettre la sécurité et le confort de l'usager. On considère de façon séparée l'uni longitudinal et )'uni transversal. La réalisation d'une couche de liaison bitumineuse (de 5 à 8 cm d'épaisseur) entre les couches d'assise et la couche de roulement, ql.Ù peut être très mince (3 cm ou moins), facilite l'obtention d'un uni longitudinal de qualité. La dégradation de )'uni ~ongitudinal et transversal) résulte de la déformation du support (et éventuellement du corps de chaussée granulaire) et de l'omiérage de la couche de SU1face. La couche de liaison se justifie tout particulièrement dans le cas d'une couche de roulement très mince et dans les zones sensibles à l'omiérage de par la sévérité des sollicitations (rampes, zones de freinage, ...)

*Adhérence L'adhérence des véhicules dépend de la texture de smface de la couche de roulement. Pour qualifier la te:x'tUre, qm déc1it les ÎITégularités de la smface, on distingue : - /,a macrotexture (aspérités de longueur d'onde comprise entre 0,5 et 50 mm) liée à la dimension maximale des granulats et à la composition granulaire, ain si qu'au mode de mise en oeuvre. La macrote:x'tUre influe sur la capacité d'évacuation de l'eau à l'interlace pneumatique - ch aussée et sur le développement des forces de frottement à cette interlace ; -1.a microtexture (aspérités de longueur d'onde inférieure à 0,5 mm) liée à la nature pétrographique et au mode d'élaboration des gravillons. La microte:x-n.u:e permet au

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COURS DE ROUTES

pneumatique de rompre le film d'eau résiduel jusqu'à l'obtention du contact sec ; elle participe aussi à l'augmentation du frottement pneumatique - chaussée.

* Drai.nabilité Par sa nature, la couche de roulement peut favoriser l'évacuation des eaux de ruissellement soit superficiellement, soit en son sein même. Cette drainabilité diminue les projections d'eau à l'arrière des véhicules. Maintien de l'intégrité de la structure Si ce rôle n'est pas assuré par une autre couche, la couche de roulement doit protéger l'ensemble de la structure des entrées d'eaux, des sels de déverglaçage et des divers polluants répandus en surface. La fonction d'étanchéité peut être assurée sur toute l'épaisseur de la couche de roulement ou à l'interlace avec la couche inférieure. La couche de liaison peut également assurer ou compléter l'étanchéité, lorsque la couche de roulement est drainante ou imparlaitement étanche.

Impact sur l'environnement

La réduction de l'émission de bruit au contact pneumatique - chaussée et l'absorption des bruits liés au n·afic routier sont favorisées par : - une macrotexture en creux, - une surface ouverte, - un maté1iau poreux. Ceci ~-plique les propriétés acoustiques favorables des matériaux drainants. Choix du type de couche de surface - Matériaux utilisés

Les objectifs retenus et les pe1formances visées permettent d'opérer un premier choix parmi les familles de techniques de couche de roulement, en précisant un domaine d'épaisseur. Les techniques les plus couramment utilisées en couche de roulement sont les suivantes: * les enduits superficiels (ES) (voir chapitre 16) constitués d'une alternance d e couches de liant bitumineux et de gravillons, en couches de faible épaisseur, et répandues directement sur le support; * les bétons bitumineux (BB) (voir chapitre 15) qui sont des mélanges de liant hydroca1·boné (bitume), de granulats, et éventuellement d'additifs, dosés, chauffés et malaxés dans une centrale d'emobage, puis n·ansportés et mis en oeuvre sur la chaussée ; plusieurs types sont distingués, en fonction de l'épaisseur d'utilisation et des formulations, ainsi que des caractéristiques de surface qui en résultent : -les BB semi-grenus (BBSG, 5 à 9 cm) et les BB minces (BBM, 3 à 5 cm) sont les plus classiques ;

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Chapitre 12: Conception et dimensiormement des chaussées

- les BB très minces (BBTM, 2 à 3 cm) et les BB ultra minces (BBUM, moins de 2 cm) sont très grenus(1l et présentent de ce fait une forte macrorugosité ; - les BB drainanls (BBDr, 3 à 4 cm) sont con çus pour avoir une forte teneur en vides communiquants, ce qui pe1met une évacuation des eaux de surface au sein même de la couche et non à sa surface ; * les enrobés coulés à frou:i (ECF) sont des mélanges préparés à froid, de liant hydrocarboné (émulsion de bitume), de granulats et éventuellement d'additifs, coulés sur la chaussée ; * on peut également laisser subsister le béton de ciment (BC) en couche de roulement de chaussée; un traitement de surface est alon; indispensable (striage dans le béton frais, cloutage ou dénudage).

Le ch oix de la couch e de roulement pourra se faire à l'a ide, par exemple, d'un tableau de choix multicritères de ce type : Technique ormes NFP Epaisseur (cm) Adhérence initiale Sécurité Adhérence à5ans Amélioration de l'uni Confort Silence Apport structurel

98-160 ::: 1

BBTM 98-137 2à3

BBDr 98-134 3à4

BBM 98-132 3à5

BBSG 98-130 5à9

++

+

+

+

0

+

+

+

0

Oà -

-

0

+

+

++

- à- -

+

++

-

-

Oà+ ++

-

--

Oà+ +

+

++

f,S

Etanchéité

+

Tenue à l'omièrage

-

+

++

+

Oà -

Légende: ++Tres b on + Bon

ES : BBTM :

enduit superficiel béton bituminetLx très mince

0 Moyen

BBSG :

béton bitumineux semi-grenu

- Médiocre - - Mauvais

BBM :

béton binuninetLx mince

BBDr :

béton binuniuetLx drainwlt

Les données économiques du projet (coût et intervalle entre deux entretiens, notamment) doivent également entrer en ligne de compte. La couche de liaison est souvent utilisée en association avec une couche de roulement mince ou très mince (genre Béton Bitumineux Très Mince de 2 à 3 cm d'épaisseur). Cette couche peut ên.-e constituée soit de BBSG soit de BB à module élevé (BBME), matériau similaire, mais utilisant un liant beaucoup plus dur, lui conférant une plus grande rigidité et une meilleure résistance à l'omiérage. (!)grenu : ce terme sera précisé au chapitre 16 "Les enrobés à chaud". JI sigr,ifie que le mélange contient beaucoup de gravillons et p eu de sable.

COURS DE ROlJfES

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Définition de la couche de surface et dimensionnement L'épaisseur de la couche de surlace ne résulte pas de calculs, mais essentiellement d'exigences technologiques de mise en oeuvre propres à chaque solution et de considérations empiriques vis-à-vis de la remontée de la fissuration, lorsque les couches inférieures sont constituées par des matériaux traités aux liants hydrauliques. Sous l'action du trafic, la couche de roulement est sownise par les pnewnatiques à un état de contrainte complexe. Son comportement mécanique n'est cependant étudié que vis-à-vis des contraintes normales qui s'exercent en surlace. Pour la détermination de l'épaisseur de la couche de surlace (roulement + éventuellement liaison) en enrobés bitumineux, on considère trois situations : - pour les chaussées soupks (à couche de base granul.aire), la méthode rationnelle exposée plus loin, de par ses simplifications, ne permet pas de déterminer l'épaisseur à retenir pour la couche de roulement ; les méthodes empiriques sont alOis à employer ; la figure 3 propose une épaisseur en fonction du trafic cwnulé (voir paragraphe IV.1.3), Epaisseur en cm

12 ------ --------------------------- ----------------------------10 8 6

41--- - - - - - - - - - - -