MEMOIRE Etude de Dimensionnement Et Vérification de La Structure de Chaussée Avec Le Logiciel Alizé-LCPC [PDF]

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Vérification de l’élargissement du diffuseur de Pikine Sud et de sa bretelle associée avec le logiciel Alizé-LCPC

UNIVERSITE CHEIKH ANTA DIOP DE DAKAR

ÉCOLE SUPERIEURE POLYTECHNIQUE DEPARTEMENT GENIE CIVIL Mémoire de fin d’étude pour l’obtention du Diplôme d’Ingénieur Technologue en Génie Civil

Sujet:

Elargissement du diffuseur de Pikine Sud et de sa Bretelle associée : Etude de dimensionnement et Vérification de la structure de chaussée avec le logiciel Alizé-LCPC Soutenu et présenté par : M. Pape Yaya TAMBA M. Papa Ousseynou TINE Date de soutenance : JURY Président : M. Mohamed Fadel KEBE stage  Membres : M. (Rapporteur) LEFORT M.

(Examinateur)

encadreur Maîtres de M. Benjamin Mme Ndeye Binta THIOUNE

M. (Examinateur) M.

Adama DIONE

A refaire Année universitaire 2017– 2018 Projet de fin d’étude ESP

Pape Yaya TAMBA Papa Ousseynou TINE

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DEDICACES

A nos pères qui se sont donnés corps et âme pour que nous ne manquons de rien, vous serez toujours un modèle de droiture, de bravoure et de bonté pour nous, vos enfants…

A nos mères qui se sont sacrifiées pour nous donner une éducation sans failles, vous incarnez pour nous un modèle de persévérance dans la religion.

A la famille à ATLANTIKA, HANN, Khadim, SAMBA, Amadou, DEMBELE, PATABA, SARR, THIAM, Robert et tous les acteurs de ce chantier pour votre soutien moral, physique et intellectuel.

A toutes nos familles et au public présent à notre soutenance mémoire.

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REMERCIEMENTS Qu’il nous soit donné l’opportunité d’adresser nos remerciements :

A ALLAH, le Tout-Puissant, Le Tout Miséricordieux, Le très Miséricordieux Louanges à ALLAH, Maître des Cieux et de la Terre, nous Le glorifions, nous Lui demandons de l’aide et implorons Son pardon. Nous nous mettons sous Sa protection contre le mal de nos âmes et nos mauvaises actions. Nous Lui rendons grâce et prions qu’Il nous facilite la suite. Nous remercions Son Prophète Muhammad (paix et salut sur lui), qui guide nos pas sur le droit chemin et restera notre seul intercesseur auprès du Tout-Puissant, au jour de la résurrection. A nos parents ainsi qu’à toutes nos familles pour leur soutien inconditionnel. Je tiens à formuler des remerciements particuliers à l’endroit : De notre encadreur, M. Adama DIONE pour sa disponibilité, ses remarques et corrections ont été d’une aide capitale à l’amélioration de ce mémoire. Egalement reconnaissance à M. Seyni TAMBA, docteur et professeur à l’université de THIES pour sa contribution à l’élaboration de ce mémoire. De même à M. Benjamin LEFORT et Mme Ndeye Binta THIOUNE pour leur encadrement lors du stage. De l’ensemble du corps professoral du Département Génie CIVIL pour la formation de qualité offerte. Nous souhaitons aussi remercier mesdames et messieurs les membres du jury pour leur précieux temps accordé à l’étude de notre mémoire.

Aux frères et sœurs de la DIT 2J ainsi qu’à toute La famille polytechnicienne, merci pour tout… Enfin nous remercions tous ceux qui ont contribué de près ou de loin à l'aboutissement de ce travail.

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CHAPITRE I : GENERALITES SUR LES STRUCTURES ROUTIERES ………………… 1

Introduction.........................................................................................................................2

2

Généralités sur les chaussées..............................................................................................2 2.1

3

4

Définition et rôle..........................................................................................................3

2.1.1

Le sol-support ou plate-forme support de chaussée..............................................3

2.1.2

La couche de forme...............................................................................................3

2.1.3

La couche d’assise................................................................................................4

2.1.4

La couche de surface.............................................................................................4

Les différentes familles de chaussées.................................................................................4 3.1

Les chaussées souples..................................................................................................5

3.2

Les chaussées bitumineuses épaisses...........................................................................5

3.3

Les chaussées à assise traitée aux liants hydrauliques.................................................6

3.4

Les chaussées à structure mixte...................................................................................6

3.5

Les chaussées à structure inverse.................................................................................7

3.6

Les chaussées en béton de ciment................................................................................7

Généralités sur les matériaux de chaussée..........................................................................8 4.1

Les matériaux non traités.............................................................................................8

4.1.1

Les sables naturels................................................................................................8

4.1.2

Les graves non traitées (GNT)..............................................................................8

4.1.3

Les graveleux latéritiques.....................................................................................8

4.2

Les matériaux traités aux liants hydrauliques..............................................................9

4.2.1

Les sables traités aux liants hydrauliques.............................................................9

4.2.2

Les graves ciments................................................................................................9

4.3

Les matériaux traités aux liants hydrocarbonés et mélanges.......................................9

4.3.1

Le sable bitume.....................................................................................................9

4.3.2

Les graves bitumes..............................................................................................10

4.3.3

Les bétons bitumineux........................................................................................10

4.3.4

Les enrobés denses..............................................................................................10

4.3.5

Les enduits superficiels.......................................................................................10

4.3.6

Les graves-émulsion...........................................................................................10

4.3.7

Les bétons de ciment...........................................................................................11

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CHAPITRE II : PRESENTATION DU PROJET..…………………………………………... 5

Conclusion........................................................................................................................11

1

Introduction.......................................................................................................................12

2

Contexte du projet et solution retenue..............................................................................12

3

4

5

6

2.1

Contexte.....................................................................................................................12

2.2

Solution retenue..........................................................................................................13

Présentation de la zone d’étude.........................................................................................14 3.1

Présentation de la section Patte-D’Oie/Pikine Sud....................................................14

3.2

Section courante.........................................................................................................15

3.3

Présentation du diffuseur de Pikine Sud....................................................................16

CARACTÉRISTIQUES GÉOMÉTRIQUES DE LA SOLUTION RETENUE..............18 4.1

PROFIL EN TRAVERS.............................................................................................18

4.2

Terrassements.............................................................................................................18

4.3

Aménagement de la section courante.........................................................................18

4.3.1

Profils en travers appliqués par zone..................................................................19

4.3.2

Bretelle de sortie Pikine Sud...............................................................................21

4.3.3

Gare de péage Pikine Sud...................................................................................23

4.3.4

Rétablissement de la communication..................................................................24

TERRASSEMENTS ET OUVRAGES DE SOUTÈNEMENT.......................................25 5.1

Contexte géologique du site.......................................................................................25

5.2

Principales contraintes du projet................................................................................26

Conclusion........................................................................................................................27

CHAPITRE III : ANALYSE ET METHODOLOGIE DE DIMENSIONNEMENT ……….. 1

Introduction.......................................................................................................................28 1.1

Description de l’étude................................................................................................28

2

Localisation et morphologie du site..................................................................................29

3

Hydrogéologie du site.......................................................................................................31

4

RECONNAISSANCES GEOTECHNIQUES..................................................................31 4.1

Puits manuels..............................................................................................................31

4.1.1

Coupe lithologique..............................................................................................31

4.1.2

Programme des essais de laboratoire..................................................................31

4.2

Sondage pressiométrique............................................................................................32

4.2.1

Principe de la méthode........................................................................................32

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4.3

5

4.3.1

Généralités sur les essais.....................................................................................33

4.3.2

Les paramètres de nature....................................................................................33

4.3.3

Les essais spécifiques.........................................................................................33

Etudes géotechniques de l’emprunt latéritique de Toglou................................................36 5.1

6

Essais de laboratoire...................................................................................................33

Les essais sur la latérite..............................................................................................36

5.1.1

L’essai Proctor....................................................................................................36

5.1.2

L’essai CBR........................................................................................................37

5.1.3

Les limites d’Atterberg.......................................................................................37

Etude de formulation de la latérite ciment........................................................................38 6.1

Programme d’étude....................................................................................................38

6.1.1

7

8

6.2

Essai Proctor Modifié / IPI Immédiat sur le matériau traité à 2 et 3% de ciment......38

6.3

Essais I.CBR immersion sur le matériau traité à 2 et 3% de ciment..........................38

Les hypothèses de base.....................................................................................................39 7.1

Structure existante – Choix du type de structure........................................................39

7.2

Matériaux de chaussée...............................................................................................41

Paramètres de dimensionnement.......................................................................................43 8.1

9

Objectifs..............................................................................................................38

Trafic..........................................................................................................................43

Conclusion........................................................................................................................45

CHAPITRE IV : RESULTATS DE L'ETUDE ET DE LA VERIFICATION DE LA CHAUSSEE …………………………………………………………………………………. 1

Introduction.......................................................................................................................46

2

RESULTATS DES RECONNAISSANCES GEOTECHNIQUES..................................46 2.1

Puits manuels..............................................................................................................46

2.1.1 2.2

Sondage pressiométrique............................................................................................47

2.2.1 2.3

Interprétation et analyse des essais pressiométriques.........................................47

Essais de laboratoire...................................................................................................48

2.3.1

Généralités sur les essais.....................................................................................48

2.3.2

Les paramètres de nature....................................................................................48

2.3.3

Les essais spécifiques.........................................................................................48

2.4 3

Coupe lithologique..............................................................................................46

Résultats des essais de laboratoire.............................................................................50

Etudes géotechniques de l’emprunt latéritique de Toglou................................................53

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3.1

4

Les essais sur la latérite..............................................................................................53

3.1.1

L’essai Proctor....................................................................................................53

3.1.2

L’essai CBR........................................................................................................53

3.1.3

Les limites d’Atterberg.......................................................................................54

Etude de formulation de la latérite ciment........................................................................55 4.1

Programme d’étude....................................................................................................55

4.1.1

Résultats des essais.............................................................................................55

4.2

Essai Proctor Modifié / IPI Immédiat sur le matériau traité à 2 et 3% de ciment......55

4.3

Essais I.CBR immersion sur le matériau traité à 2 et 3% de ciment..........................56

4.4

Analyse et interprétation............................................................................................57

5

Résultats du dimensionnement de la chaussée..................................................................58

6

Calcul puis vérification avec ALIZE – LCPC..................................................................60 6.1

Données du projet.......................................................................................................60

6.2 Calcul de la déformation transversale admissible des matériaux bitumineux : le coefficient de Poisson (Nu) étant pris égal à 0,35................................................................60

7

6.2.1

Béton bitumineux................................................................................................61

6.2.2

Grave bitume (GB4)...........................................................................................62

6.3

Calcul de la contrainte transversale admissible du (MTLH)......................................64

6.4

Calcul de la déformation admissible verticale...........................................................65

Comparaison avec les limites amissibles..........................................................................66 7.1

Pour le béton bitumineux...........................................................................................66

7.2

Pour la grave-bitume..................................................................................................66

7.3

Pour le MTLH............................................................................................................66

7.4

Pour la grave non traitée.............................................................................................67

8

Analyse et interprétation...................................................................................................67

9

Conclusion........................................................................................................................68

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LISTE DES ABREVIATIONS ET SYMBOLES Liste des abréviations TPC : Terre-plein central VR : Voie de Circulation Rapide VM : Voie de Circulation Médiane VL : Voie de circulation Lente VG : Voie de Gauche VD : Voie de Droite BAU : Bande d’arrêt d’urgence BDG : Bande dérasée gauche BDD : Bande dérasée droite TMJA : Trafic moyen journalier annuel PL : Poids lourd BB : Béton Bitumineux BBSG : Béton Bitumineux Semi-Grenu MTLH : Matériau traité aux liants hydrauliques CAM : Coefficient D’agressivité Moyen CF : Couche de Forme GB : Grave Bitume GNT : Grave Non Traitée IP : Indice de Pénétrabilité NE : Nombre Equivalent de l’essieu de référence PL : Plate-Forme support PST : Partie Supérieure des Terrassements SETRA : Service d’Etudes Techniques des Routes et Autoroutes HPS : Heures de Pointes du Soir DPAC : Domaine Public Autoroutier Concédé AIBD : Aéroport International Blaise Diagne Liste des symboles n : Durée de vie (années) NPL : Trafic cumulé (Nombre de poids lourds) r : Facteur de risque (%) i : Taux annuel de croissance géométrique du trafic (%) C : Cohésion φ : Angle de frottement interne (degré) E : Module élastique ou module de Young εz : Déformation verticale (μdef.) εz adm : Déformation verticale admissible (μdef.) εt : Déformation transversale (μdef.) ε6 : Elongation à 106 cycles σt adm : Contrainte transversale admissible (MPa) θeq : température équivalente (degré)

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LISTE DES FIGURES Figure 1 : Constitution d’une structure de chaussée (LCPC, 1994)...........................................2 Figure 2 : A1 en sens 1 : saturation de l’entonnement de la gare de Pikine Sud et de Dalifort/Cambérène...................................................................................................................11 Figure 3 : A1 en sens 1, gare de Pikine sud de dimensions réduites........................................12 Figure 4 : Photo aérienne de la zone d’étude............................................................................13 Figure 5 : Diffuseurs de Pikine et de Cambérène.....................................................................14 Figure 6 : A1 en sens 1, de Cambérène vers Pikine..................................................................15 Figure 7 : A1 en sens 1, portique de la sortie de Pikine Sud, bâtiment SENELEC..................16 Figure 8 : Synoptique du tronçon Patte d’Oie / Forêt de Mbao................................................17 Figure 9 : Profils travers types 1 et 2........................................................................................19 Figure 10 : entonnement projeté...............................................................................................21 Figure 11 : ancienne gare..........................................................................................................22 Figure 12 : Projetée de la gare..................................................................................................23 Figure 13 : Carrefour existant avec la route de SERAS, reliant la RN1 au Nord à la route de Rufisque au Sud........................................................................................................................24 Figure 14 : Carte géologique de la zone d’activité du Cap-Vert à 1/50 000 – Formations superficielles (Noël et al, 2009)................................................................................................25 Figure 15 : Principe de l’élargissement avec mur de soutènement...........................................26 Figure 16 : Vue aérienne du site et emplacement des points de sondage.................................30 Figure 17 : Vue du site d’étude.................................................................................................30 Figure 18 : Emplacement du puits PM1/ PP925.......................................................................31 Figure 19 : Installation d’un piézomètre au droit du sondage SP959.......................................31 Figure 20 : Position des carottages (extrait Google Earth).......................................................39 Figure 21 : Logiciel Alizé LCPC..............................................................................................42 Figure 22 : Paramètres Alizé LCPC..........................................................................................44 Figure 23 : Courbe Proctor.......................................................................................................52 Figure 24 : Courbe CBR...........................................................................................................53 Figure 25 : Courbe teneur en eau..............................................................................................54 Figure 26 : Déformation transversale BBSG3..........................................................................61 Figure 27 : Déformation transversale GB4...............................................................................63 Figure 28 : Constrainte transversale MTLH.............................................................................64 Figure 29 : Déformation verticale GNT....................................................................................65 Figure 30 : Récapitulatif déformations et contraintes...............................................................66

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Liste des tableaux Tableau 1 : Classe de portance des sols (CEBTP, 1983)............................................................3 Tableau 2 : Programme et coordonnées topographiques des sondages in-situ.........................30 Tableau 3 : Liste des échantillons prélevés au droit des puits PP925 et PP957.......................33 Tableau 4 : Caractéristiques des matériaux traités....................................................................39 Tableau 5 : Epaisseurs de carottage..........................................................................................41 Tableau 6 : Epaisseurs des couches en fonction du type..........................................................42 Tableau 7 : Caractéristiques minimales normalisées des enrobés............................................42 Tableau 8 : Croissance et TMJA de la section..........................................................................44 Tableau 9 : Niveaux d’eau observés au droit des sondage.......................................................46 Tableau 10 : Coupe lithologique des couches rencontrées au puits PM1/PP925.....................46 Tableau 11 : Coupe lithologique des couches rencontrées au puits PP957..............................47 Tableau 12 : Synthèse géotechnique du sondage pressiométrique PP925................................47 Tableau 13 : Synthèse géotechnique du sondage pressiométrique PP957................................47 Tableau 14 : Analyse granulométrique.....................................................................................48 Tableau 15 : Essai du poids spécifique.....................................................................................49 Tableau 16 : Limites d’Atterberg..............................................................................................49 Tableau 17 : Essai au bleu de méthylène..................................................................................50 Tableau 18 : Essai de cisaillement............................................................................................50 Tableau 19 : Tableau récapitulatif des résultats des essais de laboratoire................................51 Tableau 20 : Limites d'Atterberg..............................................................................................54 Tableau 21 : Essai limites d'Atterberg......................................................................................55 Tableau 22 : Caractéristiques des matériaux traités..................................................................56 Tableau 23 : Caractéristiques des matériaux traités de ciment.................................................56 Tableau 24 : Croissance et TMJA de la section........................................................................57 Tableau 25 : Récapitulation des données..................................................................................59 Tableau 26 : Caractéristiques minimales normalisées des enrobés..........................................60 Tableau 27 : Tableau Récapitulatif des résultats avec le logiciel Alizé...................................67

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RESUME Le but de ce projet est non seulement la vérification de l’élargissement d’une chaussée à structure mixte avec le logiciel du Laboratoire Central des Ponts et Chaussées, AlizéLCPC, afin de s’assurer que la structure de chaussée est bien capable de résister aux sollicitations subies mais également de faire une étude géotechnique qui consiste à faire des essais in-situ mais aussi des essais au laboratoire afin d’analyser la constructibilité du site tout en envisageant les premières approches de système de construction. D’après les investigations menées (essais au laboratoire et essais in situ), nous sommes en présence d’un terrain composé de remblais dans les premiers centimètres (entre 0 et 1 m environ) et principalement de sable avec fines (sable fins et sables silteux). Les essais pressiométriques ont renseigné sur les caractéristiques mécaniques des sols qui sont de natures lâches à partir de 1m jusqu’ à 6.5 voire 7.5 m et lâches à moyennement compactes jusqu’à 10m, profondeur d’arrêt de sondages. Des essais géotechniques de l’emprunt latéritique de Toglou ont été effectués. Afin de garantir l’insensibilité à l’eau de la couche de fondation, un dosage intermédiaire de 2,5% de latérite de ciment est retenu en phase chantier. Le site est constructible Enfin grâce au logiciel Alizé-LCPC, nous avons pu vérifier la structure proposée initialement avant d’entamer le dimensionnement. En comparant les contraintes et les déformations engendrées par le trafic à celles admissibles suivant les épaisseurs et les performances des matériaux proposés, nous pouvons constater que les valeurs de contraintes et déformations sont inférieures aux valeurs admissibles. Donc la chaussée pourrait résister tout au long de sa durée de vie. Ainsi la structure usuelle est la suivante :     

Couche de surface en Béton Bitumineux Semi-Grenu de classe 3 (BBSG 3) : épaisseur 7 cm BBSG3, épaaisseurépaisseur à diminuer et dimensionnement à reprendre Couche de base bitumineuse de type Grave Bitume classe 4 (GB 4) : épaisseur 13 cm, Couche de fondation en grave latéritique traitée au ciment (MTLH) : épaisseur 25 cm, Couche de forme en grave latéritique non traitée (GNT) : épaisseur 25 cm. Plateforme : PF2

Mots clefs : contraintes – chaussée - sollicitations –déformations- Dimensionnement

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INTRODUCTION GENERALE Les routes sont des axes de communication nécessaires au développement économique et social d’un pays. Elles permettent le transport de marchandises, le déplacement des personnes et contribuent à l’occupation du territoire ainsi qu’à l’exploitation des ressources. La conception d’un tel ouvrage repose sur une optimisation de la structure de la chaussée afin d’obtenir le maximum de qualité et de durabilité au moindre coût. Cependant les dégradations importantes observées au Sénégal sur les structures routières, ainsi que leur ruine prématurée imposent à l’heure actuelle de se prononcer plus amplement sur la nature des matériaux mis en place ainsi que les techniques et technologies employées pour le dimensionnement et la construction routière. Ainsi le dimensionnement routier fait appel à une méthode de calcul de l’épaisseur de la chaussée. Il consiste à évaluer le niveau de sollicitations de la structure et de déterminer les épaisseurs à donner aux différentes couches de la chaussée afin de réduire les contraintes et déformations à des valeurs admissibles pour un trafic donné. Mais la quasi non maîtrise du comportement réel des matériaux en technique routière au Sénégal entraine des dimensionnements incorrects et par la suite des coûts surélevés dans la construction et le renforcement des structures de chaussées. C’est pour ces raisons que nous avons choisi comme thème de notre recherche : « Elargissement du diffuseur de Pikine Sud et de sa bretelle associée : Etude de dimensionnement et Vérification de la structure de chaussée avec le logiciel AlizéLCPC » dans le but de vérifier si les valeurs des épaisseurs, contraintes et déformations trouvées par l’entreprise sont conformes ou exagérées, au cas contraire proposer une nouvelle structure. Pour mieux cerner ce travail de recherche comportant quatre (4) chapitres, nous parlons : Dans le chapitre 1, des Généralités sur les structures routières, à travers lequel la constitution et les différents types de chaussées sont exposés ainsi que les matériaux utilisés en corps de chaussées. Dans le chapitre 2, la Présentation de la zone d’étude Le chapitre 3 traite de l’Analyse et de la méthodologie de dimensionnement de la chaussée. Les Résultats de l’étude et de la vérification de la structure de chaussée avec le logiciel Alizé-LCPC sont présentés dans le chapitre 4 Nous pouvons alors considérer que si les objectifs que nous nous sommes fixés à l’entame de ce projet ont été atteints, c’est-à-dire ceux d’avoir un sol constructible et des sollicitations subies par la chaussée, inférieures aux sollicitations admissibles, le travail exécuté par l’entreprise sera supposé conforme. Sinon une nouvelle structure de chaussée sera proposée. 1 Projet de fin d’étude ESP

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Chapitre I : Généralités sur les structures routières 1 Introduction Une route peut être définie comme 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 et assurer une fonction pour une période de service minimale fixée au stade de l’élaboration du projet. 1 Généralités sur les chaussées Une chaussée est constituée d’une superposition de couches de matériaux différents dont l’ensemble est appelé superstructure et reposant sur une infrastructure. Dans cette infrastructure nous avons le sol-support, une couche de forme, la couche d’assise composée de la couche de fondation et de la couche de base et enfin la couche de surface ou de revêtement.

Figure 1 : Constitution d’une structure de chaussée (LCPC, 1994) Commenter la figure en définissants les couches

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Le dimensionnement des chaussées, surtout africaines se base sur les résultats du CEBTP (Centre Expérimental du Bâtiment et des Travaux Publics) qui après avoir étudié près de 7200 km de routes bitumées a établi un guide de dimensionnement qui tient compte de la nature des matériaux, de l’état hydrique des sols de plate-forme et du chargement. 1.1 Définition et rôle Une structure de chaussée est une superposition de plusieurs couches de matériaux reposant sur la plate-forme. Les matériaux sont souvent de natures différentes, ce qui implique de surcroît une différenciation au niveau des fonctionnalités des différentes couches. 1.1.1 Le sol-support ou plate-forme support de chaussée Les structures de chaussée sont construites sur un ensemble appelé plate-forme support de chaussée, constituée :  D’un sol support, pouvant être en remblai ou en déblai, désigné dans sa partie supérieure (1 m d'épaisseur) par le terme de « partie supérieure des terrassements » (PST) et dont la surface constitue l'arase de terrassement notée AR  D’une couche de forme éventuelle, dans le cas où la couche de forme n’est pas présente, la plate-forme se confond avec l’arase de terrassement. La plate-forme remplit deux fonctions essentielles :  

Elle doit d’abord protéger le sol support des intempéries et supporter le trafic de chantier pour permettre la construction des couches de chaussées, Elle constitue le support de la chaussée et influe à ce titre sur les sollicitations mécaniques des couches de chaussée et, par-là, sur leur dimensionnement.

Dans les pays tropicaux et plus particulièrement au Sénégal, on distingue six (6) classes de portance des sols de plate-forme selon la valeur de leur CBR :

Tableau 1 : Classe de portance des sols (CEBTP, 1983)

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Mettre

les

sols

selon

le

catalogue

Classes

Valeurs CBR

S0

CBR ≤ 5

S1

5 ≤ CBR ≤ 10

S2

10 ≤ CBR ≤ 15

S3

15 ≤ CBR ≤ 30

S4

30 ≤ CBR ≤ 80

S5

CBR > 80

du

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sénégal

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1.1.2 La couche de forme Elle est indispensable sur les plateformes pour lesquelles il est impossible d'atteindre 95 % de la densité OPM (CEBTP, 1983). Cette couche de transition entre le sol support et le corps de chaussée a une double fonction : 



Pendant la phase de travaux, elle protège le sol support, établit une qualité de nivellement et permet la circulation des engins pour l'approvisionnement des matériaux et la construction des couches de chaussée ; Vis-à-vis du fonctionnement mécanique de la chaussée, elle permet de rendre plus homogènes et éventuellement d'améliorer les caractéristiques dispersées des matériaux de remblai ou du terrain en place.

1.1.3 La couche d’assise La couche d’assise est généralement constituée d’une couche de fondation surmontée d’une couche de base. Elles apportent à la structure de chaussée l’essentiel de sa rigidité. Elles répartissent (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.  La couche de fondation Elle permet d’assurer une répartition homogène des contraintes sur la plate-forme supérieure des terrassements. Pour cela, elle doit présenter une certaine résistance mécanique. Les matériaux qui la composent doivent avoir un CBR supérieur à 30 % selon le trafic et ne doivent pas être friables. La couche de fondation doit assurer aussi un bon drainage et avoir une compacité minimale de 95 % de l’OPM.  La couche de base Elle constitue avec la couche de fondation, l’assise de la chaussée. Elle est soumise à des contraintes verticales, effet de poinçonnement dû à la pression des pneumatiques et des contraintes de cisaillement à la base dans le cas des matériaux traités d’autant plus important que la couche de surface est mince. Si la couche de base possède une rigidité élevée, comme dans le cas des couches stabilisées, il se produit un effet de dalle et des contraintes de traction se développent à sa base. Elle doit être constituée de matériaux suffisamment durs pour résister à l’attrition et avoir un grand indice portant ou stabilisé. 1.1.4 La couche de surface La couche de surface est la couche superficielle de la route qui est en contact avec les pneumatiques des véhicules. C’est une couche de protection du corps de chaussée elle est constituée :  D’une couche de roulement qui est la couche supérieure de la structure de chaussée sur laquelle s’exerce directement les agressions conjuguées du trafic et du climat,  Et souvent d’une couche de liaison, entre la couche de base et la couche de roulement. Elle participe à la pérennité de la chaussée en particulier par la fonction d’étanchéité vis-à-vis de l’assise et garantit la sécurité et le confort des usagers.

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2 Les différentes familles de chaussées Le réseau routier est caractérisé par l’existence de différents types de structures de chaussées classées de la manière suivante :  Les chaussées souples,  Les chaussées bitumineuses épaisses,  Les chaussées à assise traitée aux liants hydraulique (semi-rigides),  Les chaussées à structure mixte,  Les chaussées à structure inverse,  Les chaussés en béton de ciment (rigides). Dans ce contexte, ces différents groupes se caractérisent en 6 (six) catégories : Tableau 2 : Différents types de chaussées Structures type

Nature des couches Base Fondation Souples Matériaux granulaires Bitumineuses épaisses Matériaux bitumineux Semi-rigides Bitumineuse Matériaux traités aux liants hydrauliques (MTLH) Rigides Béton de ciment MTLH ou béton de ciment Mixtes Matériaux bitumineux MTLH Inverses Bitumineuse Grave non traité (15cm) MTLH Surface Bitumineuse

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Chaussées souples

Chaussées bitumineuses épaisses

Chaussées à structure mixte

Chaussées à structure inverse

Chaussées à assise traitée aux liants hydrauliques

Chaussées en béton de ciment (rigide)

2.1 Les chaussées souples Ces structures sont dotées d’une couverture bitumineuse relativement mince (inférieure à 15cm), parfois réduite à un enduit pour les chaussées à très faible trafic, reposant sur une ou plusieurs couches de matériaux granulaires non traités. L’épaisseur globale de la chaussée est généralement comprise entre 30 et 60 cm. 2.2 Les chaussées bitumineuses épaisses Elles sont composées d’une couche de roulement bitumineuse sur un corps de chaussée en matériaux traités aux liants hydrocarbonés, fait d’une ou deux couches (base et fondation). L’épaisseur des couches d’assise est le plus souvent comprise entre 15 et 40 cm.

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2.3 Les chaussées à assise traitée aux liants hydrauliques Ces structures sont qualifiées couramment de ‘‘semi-rigide’’. Elles comportent une couche de surface bitumineuse sur une assise en matériaux traités aux liants hydrauliques disposés en une ou deux couches (base et fondation) dont l’épaisseur totale est de l’ordre 20 à 50 cm. 2.4 Les chaussées à structure mixte Ces structures comportent une couche de roulement et une couche de base en matériaux bitumineux (épaisseur de base : 10 à 20 cm) sur une couche de fondation en matériaux traités aux liants hydrauliques (20 à 40 cm). Les structures qualifiées de mixte sont telles que le rapport entre l’épaisseur de matériaux bitumineux à l’épaisseur totale de chaussée soit de l’ordre de 1/2. 2.5 Les chaussées à structure inverse Ces structures sont formées de couches bitumineuses, d’une quinzaine de centimètres d’épaisseur totale, sur une couche en grave non traitée (environ 12 cm) reposant elle-même sur une couche de fondation en matériaux traités aux liants hydrauliques. L’épaisseur totale atteint 60 à 80 cm. 2.6 Les chaussées en béton de ciment Elles comportent une couche en béton de ciment de 15 à 40 cm d’épaisseur éventuellement recouverte d’une couche de roulement mince en matériaux bitumineux. La couche de béton repose soit sur une couche de fondation (qui peut être en matériaux traités au liant hydrauliques, en béton de ciment, ou drainante non traitée), soit directement sur le support de la chaussée avec, dans ce cas, interposition fréquente d’une couche bitumineuse. La dalle de béton peut être continue avec un renforcement longitudinal (béton armé continu), ou discontinue avec ou sans éléments de liaison aux joints. 3 Généralités sur les matériaux de chaussée Les travaux routiers demandent de grandes quantités de matériaux. De par leur rôle, les matériaux qui constituent la superstructure doivent être de bonne qualité. Les caractéristiques constituant la superstructure doivent répondre à certaines exigences minimales de qualité. Au Sénégal, on distingue en construction routière :   

Les matériaux non-traités Les matériaux traités au liant hydraulique Les matériaux traités au liant hydrocarbonés et mélanges

3.1 Les matériaux non traités Ils sont utilisés à leur état naturel, on distingue : 3.1.1 Les sables naturels Par définition un sable naturel est un granulat dont la dimension maximale exprimée en passoires est inférieure ou égale à 6,3 mm et le pourcentage de fines inférieur à 35 % (passants au tamis 80 µm ≤ 35 %). Les sables sont généralement utilisés en couche de fondation pour des trafics T1, T2 et exceptionnellement pour un trafic T3 lorsque la couche de base est granulaire selon la classification CEBTP. 8 Projet de fin d’étude ESP

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Une valeur minimale de CBR égale 30 est généralement requise pour l'utilisation des matériaux fins en couche de fondation. Leur diversité d’origine et de composition minéralogique font que leur utilisation doit se faire avec précautions. Ainsi il serait souhaitable avant d’utiliser un sable de faire son identification géotechnique et de procéder à son classement. 3.1.2 Les graves non traitées (GNT) Une grave non traité est un mélange à granulométrie continue de cailloux, graviers, sables avec granularité, la forme et l’angularité des granulats, sa propreté et sa dureté. On distingue principalement deux grandes familles de graves non traitées :  Les graves non traitées de type A (GNT "A") ou les graves naturelles (plus souvent appelées graves non latéritiques dans les zones tropicales et désertiques) provenant des gisements alluvionnaires qui comportent des granulats roulés ;  Les graves reconstituées humidifiées (GRH) ou graves non traitées de type B (GNT "B") obtenues par criblage, concassage et recomposition granulométrique en centrale. Elles présentent l'avantage d'être moins sujettes à la ségrégation et d'assurer un meilleur compactage. 3.1.3 Les graveleux latéritiques La latérite est un sol rougeâtre de nature ferralitique, ferrugineux ayant subi un processus d’altération tropicale. Les graveleux latéritiques sont les matériaux les plus utilisés en construction routière au Sénégal et plus généralement en Afrique. Dans le cas de leur utilisation, le critère principal sera celui de l'indice portant CBR. La valeur minimale exigée est 30 %, ce qui correspond à une densité sèche de 95 % de l'Optimum Proctor modifié. Cependant il faudra prendre certaines précautions pour les utiliser selon qu'on est en zones arides (effet de la température) ou en zone humides (teneur en eau). Lorsqu’elles ne répondent pas aux exigences du trafic, les latérites crues peuvent subir un traitement soit par adjonction d'une frange granulaire 0/D ou d/D (grave latéritique améliorée au concassée) ou par ajout d'un liant hydraulique (chaux ou ciment). 3.2 Les matériaux traités aux liants hydrauliques Lorsque le trafic devient important, les graves non traitées, les latérites crues et les sables naturels ne peuvent du fait de leur faible rigidité, répartir convenablement les charges au sol de plate-forme. Le traitement par un liant hydraulique, selon sa proportion dans le mélange, permet d'élever la valeur du module d'Young E et de modifier du coup le comportement mécanique de ces matériaux qui auront tendance à développer des efforts de traction en flexion à leur base. Pour les latérites, on parlera généralement d'amélioration pour des dosages en liants inférieurs à 3 %, de stabilisation pour des pourcentages inferieurs à 7 %, et de sol ciment pour des pourcentages de liants compris entre 10 et 12. 3.2.1 Les sables traités aux liants hydrauliques Les sables à traiter peuvent soit être des sables naturels, des sables de carrière ou des sables de ballastières. Les exigences fixées aux sables traités aux liants hydrauliques portent essentiellement sur :  La stabilité immédiate appréciée par l'Indice de Portance Immédiate (IPI) qui varie généralement entre 25 et 50. Elle assure une bonne traficabilité pendant la mise en

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

œuvre (passage des engins de chantier) et permet de limiter la déformabilité sous trafic. Les performances mécaniques à long terme appréciées par la résistance en traction directe à 90 ou 180 jours, parmi les sables traites au liant hydraulique, on a les sables traités aux ciments plus connus sous le nom de sol-ciment.

3.2.2 Les graves ciments Pour ces matériaux, le développement de la prise est progressif et ils se comportent initialement comme des GNT. Les graves à traiter doivent donc présenter par leur granularité, leur angularité, leur forme, leur dureté et leur propreté des propriétés satisfaisantes. Les graves déjà traitées sont caractérisées principalement à partir de :  L’essai Proctor modifié ;  Et de l'essai de traction direct LCPC qui permet de déterminer, sur des éprouvettes conservées pendant 7 jours dans un étui étanche à une température de 20 °C, la résistance en Traction Rt, et le module sécant Et à 30 % de la charge de rupture. 3.3 Les matériaux traités aux liants hydrocarbonés et mélanges Ce sont des matériaux traités pour lesquels le liant introduit est un bitume pur, bitume fluxé, bitume fluidifié soit sous forme d’émulsion lors de la fabrication. Pour les matériaux utilisés en assise on distingue principalement, les graves-bitumes, les sables bitumes et les gravesémulsion. 3.3.1 Le sable bitume La dimension maximale D est inférieure à 6mm et on distingue généralement trois types de sables : Sable 0/2 mm ; sable 0/4 mm ; sable 0/6 mm Le liant est un bitume 20/30 ou 40/50 dosé de 3 à 4 % pour assurer une bonne rigidité et la stabilité. Si la teneur en fines est inférieure à 5 %, il faut apporter une correction granulométrique au matériau par apport de fines (chaux, ciment, fines calcaires). 3.3.2 Les graves bitumes Elles sont définies par leur classe de granulats et la nature du liant utilisé. La dimension maximale des granulats doit respecter les conditions suivantes :  Couche de base : 14 ≤ D≤ 20 ;  Couche de fondation : 14 ≤ D ≤ 31.5. Les graves bitumes sont utilisées dans les routes tout trafic, dans un support de portance suffisante pour le compactage mais également dans une structure bitumineuse souple ou épaisse avec une épaisseur de 8 à 14 cm (0/14) ou 10 à 16 cm (0/20). 3.3.3 Les bétons bitumineux C'est un mélange chaud parfaitement contrôlé et de haute qualité, constitué de liant bitumineux et d'agrégats de qualité, et bien calibré. Le mélange doit être bien compacté et en une masse bien uniforme et dense. La mise en place est assurée par un finisseur d'une grande précision de pose. L'épaisseur d'une couche de béton bitumineux fait en général 2 à 3 fois le diamètre du plus gros granulat. Le pourcentage des vides est d'environ 5%.

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3.3.4 Les enrobés denses Il s'agit d'un mélange en centrale posé à chaud et qui doit être répandu et compacté pendant qu'il est à une température élevée. Pour faire sécher l'agrégat et pour obtenir une fluidité suffisante du bitume, les deux matériaux doivent être chauffés avant leur malaxage. L'engin de pose des enrobés est un finisseur de précision de 2 cm sur 4 m. L'épaisseur des enrobés est comprise entre 2 et 3 fois le diamètre du plus gros granulat, et le pourcentage des vides est de 10%. 3.3.5 Les enduits superficiels Il s’agit d’un revêtement superficiel de chaussée, utilisé en couche de roulement, constitué d’une (ou plusieurs) couches(s) de liant et d’une (ou plusieurs) couches de granulats. L’enduit superficiel est destiné à régénérer les qualités de surface de la chaussée, en particulier étanchéité et adhérence. Il présente une épaisseur de 0,5 à 1,5 cm. Ils doivent assurer la rugosité et l'étanchéité de la couche de surface. Leur rapidité d'exécution et leur coût peu élevé font des enduits superficiels la méthode la plus utilisée en revêtement. Cependant, leur utilisation est limitée aux trafics faibles de TI à T3 et parfois T4. La granularité utilisée doit permettre de former une mosaïque de telle sorte que les granulats de petites dimensions remplissent les vides entre les gros granulats. Plusieurs variantes sont proposées dépendant de l'expérience du projeteur. Le choix du liant est déterminé par le niveau de trafic, l'état du support, la période de mise en œuvre et l'expérience de l'entreprise. La règle générale stipule l'utilisation d'un liant d'autant plus visqueux que le trafic est lourd. L'utilisation d'un agent adhésif peut être nécessaire pour assurer le mouillage et la résistance du couple liant/granulat. Cette utilisation doit être guidée par la mesure de l'adhésivité passive à partir des essais de laboratoire. 3.3.6 Les graves-émulsion Le liant utilisé pour ces matériaux est une émulsion à rupture lente (la rupture devant se produire entre la sortie du malaxage et le compactage). Les spécifications sur la dimension maximale, la dureté et l'angularité des granulats sont identiques à celles des graves-bitume. Les teneurs en fines doivent rester dans les proportions suivantes :  

Couche de base : 4 à 8 % Couche de fondation : 3 à 7 %

Le dosage en liant est compris entre 3 et 4 %. Le bitume de base peut ne pas être très dur et sa teneur dans l'émulsion est égale à 60 à 65 %. 3.3.7 Les bétons de ciment Ce sont des mélanges, fabriqués en centrale, de granulats, de ciment et d'eau. Les bétons ont la propriété d'être maniables pendant un certain temps après leur fabrication, puis de durcir progressivement jusqu'à atteindre des résistances très élevées. Les particularités des bétons routiers ne sont pas différentes de celles des bétons utilisés dans d'autres applications.

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4 Conclusion Au terme de ce chapitre, Nous avons procédé à une description de la composition structurale des chaussées à travers leurs différentes couches et leurs rôles et nous pouvons noter que tout projet routier nécessite l’utilisation d’une grande quantité de matériaux. Au Sénégal des ressources importantes en matériaux routiers existent, seulement il faudrait les identifier et réaliser suffisamment d'expérimentations afin de maîtriser leur comportement pour tout type de projet.

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Chapitre II : Présentation du projet 1 Introduction Le projet de l’autoroute Dakar/Thiès s’inscrit dans la volonté du gouvernement du Sénégal de développer les infrastructures économiques et de soutien à la production, afin de renforcer ses compétitivités régionale et internationale. 5

Contexte du projet et solution retenue 5.1 Contexte Actuellement, le concessionnaire S.E.N.A.C (Société Eiffage de la Nouvelle Autoroute Concédée) doit faire face à des problèmes de congestion rencontrés au niveau de la bretelle de Pikine Sud, à l’heure de pointe du soir et en particulier le Vendredi soir. La gare sur bretelle de Pikine Sud enregistre actuellement aux heures de pointe du soir (17 h à 20 h) un trafic moyen horaire de 700 véhicules/h.

Figure 2 : A1 en sens 1 : saturation de l’entonnement de la gare de Pikine Sud et de Dalifort/Cambérène Sur une journée la gare enregistre jusqu’à 6000 véhicules/j, (contre moins de 1000 véhicules/j prévus dans le modèle de trafic ayant servi au dimensionnement). Cet écart peut s’expliquer, en partie, par : 13 Projet de fin d’étude ESP

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 

La réalisation d’aménagements imprévus au moment des études de trafic, avec pour effet un fort report de trafic, La non-réalisation par l’État du Sénégal d’aménagements pourtant prévus contractuellement dont l’exécution drainerait une partie du trafic de la sortie de Pikine Sud vers la sortie de Thiaroye Sud.

La gare prévue pour une exploitation à terme avec quatre (4) voies de péage, ne dispose actuellement que de trois (3) voies de péage. De plus la voie « automatique », initialement prévue est aujourd’hui condamnée à fonctionner en « manuel » aux HPS (heures de pointe du soir).

Figure 3 : A1 en sens 1, gare de Pikine sud de dimensions réduites 5.2 Solution retenue La solution retenue pour les études consiste en :  Utilisation de la pleine largeur roulable pour un maximum de files, (jusqu’à 4 voies au droit de l’entrée de Dalifort/Cambérène et 5 voies au droit de la sortie de Pikine Sud),  Application de vitesses réduites y compris pour les usagers continuant sur l’autoroute,  Stockage maximal dans l’entonnement de la gare actuellement à 3 voies,  Utilisation des « trottoirs » au droit du carrefour de raccordement sur la route de Pikine, en aval de la gare pour élargir à 2 voies au droit du raccordement à la route de SERAS,

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A noter que les diminutions de largeurs des BDG, voie rapide, voies médianes, voie lente et BAU/BDD sont conformes aux prescriptions des guides relatifs aux Voies Structurantes d’Agglomération ; la longueur sans BAU restant inférieure à 600 m et de plus située entre une aire de service et une sortie ne nécessite pas l’implantation d’un refuge supplémentaire. Il n’y a aussi pas de modification du DPAC (Domaine Public Autoroutier Concédé) 6

Présentation de la zone d’étude 6.1 Présentation de la section Patte-D’Oie/Pikine Sud Cette section d’une longueur de 4,2 km a été réalisée à 2 × 3 voies dès l’ouverture (l’origine de la concession se situe à l’échangeur de Patte d’Oie : PK 0+000 ou PR 7+154 depuis Malick Sy). Elle s’inscrit dans une zone fortement urbanisée, d’activité commerciale et industrielle intense. Le tracé croise plusieurs axes routiers importants (les routes de Cambérène, Pikine Ouest, Pikine Est, la RN1) et la voie ferrée.

Figure 4 : Photo aérienne de la zone d’étude En plus de l’échangeur de Patte d’Oie, elle comporte deux diffuseurs : le diffuseur de CAMBÉRÈNE et celui de PIKINE. Ce tronçon, mis en circulation en 2009, a été remis au Concessionnaire le 1er Décembre 2010.

6.2 Section courante La section courante de l’autoroute est à 2 × 3 voies de 3,50 m de largeur. L’emprise utilisable entre l’entrée de Cambérène (côté Sud-Ouest), la plate-forme réservée pour l’aire de Dalifort, ses entrée/sortie (côté Sud), et la sortie de Pikine Sud (côté Sud-Est) et également la section courante aménagée avec ses deux passerelles piétons de part et d’autre, 15 Projet de fin d’étude ESP

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(côtés Ouest et Est), à la remise au Concessionnaire était très réduite. Comme indiqué plus haut, la succession des entrées/sorties avait été entérinée lors de la phase d’études/construction du lot 2, Patte d’Oie-Pikine. Les bretelles et diffuseurs de Cambérène et de Pikine Sud sont présentés ci-contre dans les figures suivantes :

Figure 5 : Diffuseurs de Pikine et de Cambérène

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Figure 6 : A1 en sens 1, de Cambérène vers Pikine 6.3 Présentation du diffuseur de Pikine Sud Comme vu précédemment, l’emprise actuelle de l’autoroute (DPAC) est située dans une zone où l’occupation au sol est très importante et très proche tant en habitations qu’en zones d’activités et aménagements. Par convention dans le texte :  Le sens 1 est de Dakar (à l’Ouest) vers AIBD (à l’Est), et se situe côté Sud de l’autoroute  Le sens 2 est de l’AIBD (à l’Est) vers Dakar (à l’Ouest), et se situe côté Nord de l’autoroute.(Voir Annexe)

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Figure 7 : A1 en sens 1, portique de la sortie de Pikine Sud, bâtiment SENELEC Mettez ces figures 5 à 13 à l’annexe

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Figure 8 : Synoptique du tronçon Patte d’Oie / Forêt de Mbao 7

CARACTÉRISTIQUES GÉOMÉTRIQUES DE LA SOLUTION RETENUE 7.1 PROFIL EN TRAVERS Le tronçon concerné par l’étude présente actuellement une section courante à 3 voies, le profil en travers réel du levé topographique (avec quelques variations localement) s’organise comme suit :  BDG de 1,00 m ;  VR (Voie de circulation Rapide) de 3,50 m ;  VM (Voie de circulation Médiane) de 3,50 m ;  VL (Voie de circulation Lente) de 3,50 m ;  BAU (Bande d’Arrêt d’Urgence) de 3,00 m ;  Berme de largeur variable. Les largeurs sont calées, à « zéro » au nez de la GBA en sens 1 du TPC, afin d’utiliser au mieux la largeur roulable existante. 7.2 Terrassements L’autoroute est en remblai avec des pentes de talus variable de l’ordre de 50% 7.3 Aménagement de la section courante L’aménagement proposé en section courante consiste en :  Réaménagement de l’entrée depuis l’aire de Dalifort en entrée avec adjonction, la section courante passant ainsi de 3 à 4 voies, au lieu de 3 voies plus bretelle en insertion ;  Création d’une 5ème voie immédiatement après le franchissement de la passerelle piétonne ; 19 Projet de fin d’étude ESP

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 

Réaménagement de la sortie vers Pikine Sud en sortie à 3 voies en affectation, la section courante se poursuivant à 2 voies ; Retour progressif à 3 voies en section courante.

7.3.1 Profils en travers appliqués par zone Le plan de repérage des Profils en Travers (PT) est rappelé ci-contre : PT type 1 :   

BDG (Bande Dérasée Gauche) de 1,00 m, 4 voies de circulation de 3,50 m, BDD (Bande Dérasée Droite) de 1,00 m

Ce qui correspond à une largeur roulable totale de 16,00 m (PT type présenté ci-contre). À partir de la fin de l’aire de service/centre d’appui de Dalifort/Cambérène, la plate-forme présente une largeur roulable suffisante pour permettre la mise en place de ce profil sans travaux lourds (avec uniquement des modifications de marquage, hors le point dur en fin de l’élargissement lié à l’aire où il sera nécessaire de déplacer localement le dispositif de sécurité). PT type 2 : La largeur roulable disponible est également réduite ponctuellement au niveau de la passerelle piétonne. En effet la largeur roulable disponible est d’environ 14,10 m/14,15 m. Le profil en travers réduit proposé est le PT type 2, ci-après : 

  

Un bloc de gauche de 3,60/3,65 m comprenant :  Une BDG de 0,30/0,35 m,  Une voie de gauche (VG) de 3,30 m ; Deux voies médianes de 3,25 m, Une voie de droite (VD) de 3,50 m, Une BDD réduite à environ 0,50 m

Ce qui correspond à la largeur roulable disponible qui est d’environ 14,15 m (PT type présenté ci-contre). Le Guide VSA 70km/h n’aborde pas le cas des routes à 4 voies par sens, toutefois, il est précisé que la largeur normale des voies de circulation générale est de 3,00 m et peut être portée à 3,50 m en présence d’un trafic poids lourds important et/ou de lignes de bus régulières. Les largeurs minimales autorisées sont pour la BDG de 0,30 m et de 3,10 m pour le bloc de gauche. Ainsi le bloc de gauche de 3,60/3,65 m proposé pour ce profil réduit est-il conforme au Guide VSA 70. La BDD de 0,50 m correspond à la largeur minimale préconisée par le VSA 70. Cette réduction induit un déport total du bord droit de la chaussée de l’ordre de 1,85 m ; ce déport doit être introduit sur une longueur minimale correspondant à 37 fois la largeur du déport (37×d). Cette longueur minimale théorique serait alors de 69,19 m. Cette distance étant une distance minimale et la topographie le permettant, il est proposé une variation du déport plus progressive sur 70,00 m. 20 Projet de fin d’étude ESP

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PT type 3 : Après le franchissement de la passerelle piétonne la plate-forme est élargie sur 135 m, afin de créer la cinquième voie de circulation avec les caractéristiques suivantes :  Un bloc de gauche de 4,00 m comprenant :  Une BDG de 0,50 m ;  Une voie de gauche de 3,50 m ;  Trois voies médianes (VM) de 3,25 m,  Une voie de droite de 3,50 m,  Une BDD de 0,50 m, Ce profil en travers présente une largeur roulable totale de 17,75 m (PT type présenté cicontre). Cet élargissement induit un déport total du bord droit de la chaussée de 3,62 m ; ce déport doit être introduit sur une longueur minimale correspondant à 37 fois la largeur du déport (37×d). Cette longueur minimale est alors de 134 m et correspond à la distance de variation proposée. Le profil de type 3 est maintenu jusqu’au début de la zone de variation liée à l’application du profil type suivant :

Figure 9 : Profils travers types 1 et 2

PT type 4 :

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Au droit du divergent entre la section courante qui se poursuit à 2 voies et la sortie à 3 voies vers l’entonnement de la gare, le profil doit présenter les caractéristiques suivantes :  Un bloc de gauche de 4,50 m comprenant :  Une BDG de 1,00 m ;  Une voie de gauche de section courante de 3,50 m ;  Une voie de droite de section courante de 3,50 m,  Une voie de gauche et une voie médiane de bretelle de 3,25 m,  Une voie de droite de bretelle de 3,25 m,  Une BDD de 0,50 m, Ce profil en travers présente une largeur roulable totale de 18,50 m (PT type présenté cicontre). Cet élargissement induit un déport total du bord droit de la chaussée de 0,75 m ; ce déport doit être introduit sur une longueur minimale correspondant à 37 fois la largeur du déport (37×d). Cette longueur minimale serait alors de 27,75 m. Cette distance est une distance minimale. Il est proposé une variation du déport plus progressive sur 50,00 m. Au-delà de la divergence, la section courante est élargie sur 130 m, pour retrouver le profil de base de l’autoroute en VSA110. PT Type 5 Ce profil correspond au raccordement à l’existant en section courante :   

Une BDG de 1,00 m, Trois voies de circulation de 3,50 m, Une BAU de 2,95 m environ.

Ce profil en travers présente une largeur roulable totale de 14,45 m environ. Le raccordement à l’existant correspond à l’ajout d’une file supplémentaire en section courante avec un déport de 3,50 m ; ce déport doit être introduit sur une longueur minimale correspondant à 37 fois la largeur du déport (37×d). Cette longueur minimale serait alors de 129, 50 m. Cette distance étant une distance minimale, il est proposé une variation du déport plus progressive sur 130,00 m. (Voir PT type présenté en Annexe) Tracé en plan Le tracé en plan projeté en section courante correspond au tracé en plan de l’existant. Profil en long Le profil en long projeté en section courante correspond au profil en long de l’existant et les altitudes des élargissements seront déduites du profil existant. En effet il est rappelé qu’il n’est pas prévu de rabotage/rechargement de la section courante, hors zone de redans de déblai pour engraisser les talus. 7.3.2 Bretelle de sortie Pikine Sud L’aménagement proposé à partir de la divergence avec la section courante, consiste en : 22 Projet de fin d’étude ESP

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 

Réaménagement de la sortie vers Pikine Sud en sortie à 3 voies en affectation ; la section courante se poursuivant à 2 voies ; Élargissement de l’entonnement pour passer à 4 voies au droit de la gare de péage.

Profil en travers Au droit du divergent le profil en travers de la bretelle doit présenter les caractéristiques suivantes :  Une voie de gauche et une voie médiane de 3,25 m ;  Une voie de droite de 3,50 m ;  Une BDD de 0,50 m. Dès la divergence, l’entonnement est élargi sur 130 m de façon à créer au plus tôt les quatre voies vers les quatre couloirs de péage,

Figure 10 : entonnement projeté Tracé en plan Le divergent est traité en affectation avec une obliquité de 3 %. La bretelle étant située dans une courbe de rayon supérieur à 1,5×Rdn (au sens de la section courante), le prolongement de l’obliquité entre le point S=1,00 m et le TPL (Terre-Plein Latéral) sur une longueur Lm n’est pas nécessaire. Ainsi le premier rayon en plan est introduit directement après le point S=1,00 m. Il s’agit d’un rayon de 450 m supérieur au rayon minimal au dévers normal Rdn (370 m pour une bretelle à deux voies ; extrapolé pour cette bretelle à 3 voies). Profil en long Le profil en long projeté de la bretelle correspond au profil en long de l’existant et les altitudes des élargissements seront déduites du profil existant

Visibilité 23 Projet de fin d’étude ESP

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Afin de s’assurer qu’un véhicule s’engageant sur la bretelle de sortie est en mesure de s’arrêter à temps en cas de remontée de file depuis la gare de péage, la visibilité sur obstacle en profil en long a été vérifiée. Pour une vitesse de référence de 70 km/h, la distance d’arrêt en courbe est de 95 m, par conséquent, la distance de visibilité doit être supérieure ou égale à 95 m, cette distance correspond à un rayon en profil en long de 1 783 m. D’après les données disponibles, le rayon saillant minimal en profil en long de la bretelle est supérieur à ce rayon (de l’ordre de 7 000 m selon les données d’études amont et en réalité de l’ordre de 1 800 m selon le levé topographique). La visibilité liée au profil en long sera par conséquent assurée. 7.3.3 Gare de péage Pikine Sud

Figure 11 : ancienne gare

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Figure 12 : Projetée de la gare Dans les emprises réservées pour cela à la mise en service, la gare exploitée à 3 voies est élargie pour créer une 4ème voie de péage entre la gare actuelle et le pied du talus de remblai de la section courante. Les caractéristiques de cette 4ème voie sont similaires à celles existantes qui sont rappelées ci-dessous en partant de la gauche dans le sens de circulation, côté Nord de la gare). Existant :  Une réservation pour un îlot de 1,90 m et 4ème voie future de 3,10 m ;  Pas d’îlot côté Nord, (un dispositif de sécurité GBA est implanté pour isoler du caniveau ouvert existant à conserver) ;  Une micro dalle béton supportant les équipements de la voie automatique contiguë ;  Une voie automatique de 3,10 m, « Rapido » ;  Un îlot de 1,90 m ;  Une voie mixte manuelle/Rapido de 3,10 m ;  Un îlot de 1,90 m ;  Une voie mixte manuelle/Rapido large de 4,85 m ;  Le bâtiment LTS, d’environ 6 m, en partie sur pilotis, Projeté dans la réservation  Pas d’îlot côté Nord, (le dispositif de sécurité GBA est recréé pour isoler du caniveau ouvert existant conservé) ;  Création :  D’une voie automatique de 3,10 m, « Rapido » ;  D’un îlot de 1,90 m, autour de la micro-dalle supportant les équipements actuels ;  De la prolongation de l’auvent ; 25 Projet de fin d’étude ESP

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

Conservation :  De la voie automatique de 3,10 m, « Rapido », transformée en voie mixte manuelle/Rapido ;  De l’îlot de 1,90 m ;  De la voie mixte manuelle/Rapido de 3,10 m ;  D’un îlot de 1,90 m ;  De la voie mixte manuelle/Rapido large de 4,85 m ;  Du bâtiment existant,

Les places de stationnement et aménagements particuliers, entre le LTS et le carrefour de raccordement sont conservées sans modification. 7.3.4 Rétablissement de la communication Dans un premier temps il a été retenu de rendre prioritaires les véhicules en provenance de la bretelle, afin d’éviter les remontées de files, par rapport aux autres flux de la route de Pikine, par la mise en place de marquage au sol et signalisation de police par des « STOP ». Ces aménagements permettront de mettre le carrefour en conformité avec le code de la route. Ces dispositions, accompagnées par l’élargissement de la bretelle au droit du carrefour permettra un écoulement plus fluide des véhicules évitant des remontées de files dans la gare d’autant que très peu de véhicules se dirigent vers le Sud.

Figure 13 : Carrefour existant avec la route de SERAS, reliant la RN1 au Nord à la route de Rufisque au Sud 8 TERRASSEMENTS ET OUVRAGES DE SOUTÈNEMENT Le projet d’élargissement du diffuseur et de la bretelle de sortie de Pikine Sud se développe en remblai et en milieu urbain relativement contraint, notamment par la présence, en pied de talus, d’un fossé et d’un mur de clôture. Les aménagements à réaliser en terrassements ont été étudiés à partir des éléments géométriques du projet d’élargissement, et en fonction des différentes contraintes techniques de réalisation et des interfaces techniques. Ces aménagements comprennent : 

Des remblais d’élargissement le long de la section courante et de la bretelle de sortie

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

Des ouvrages de soutènement nécessaires pour maîtriser l’emprise de l’élargissement en pied des remblais.

8.1 Contexte géologique du site Le contexte géologique et géotechnique du site est illustré sur l’extrait de carte géologique cicontre. Au droit des aménagements projetés, les terrains en présence correspondent à la formation des sables rubéfiés d’origine éolienne des ergs ogoliens de Pikine, d’âge Pléistocène. Ces terrains présentent une compacité faible en surface, mais qui augmente rapidement avec la profondeur. Ils livrent une nappe dont la surface piézométrique est rencontrée à faible profondeur. Cette nappe affleure au niveau des Niayes et ses fluctuations saisonnières sont équilibrées par les thalwegs littoraux. Concernant l’aléa sismique, la région est classée en zone de sismicité très faible d’après la carte harmonisée du risque sismique de l’Afrique publiée dans le cadre des travaux du « Global Seismic Hazard Assessment Program » porté par les Nations Unies (réf. D. Giardini, 1999). La prise en compte de l’action sismique dans la conception des ouvrages n’est donc pas requise au sens de la réglementation parasismique internationale.

Figure 14 : Carte géologique de la zone d’activité du Cap-Vert à 1/50 000 – Formations superficielles (Noël et al, 2009) 8.2 Principales contraintes du projet Les principales contraintes de conception associées à l’environnement géologique et hydrogéologique du projet sont les suivantes :

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  

Faible compacité des terrains en place : sable lâche de faible capacité portante en assise de l’élargissement à réaliser ; Stabilité des terrassements provisoires à réaliser dans les remblais qui sont constitués de matériaux sableux ; Présence de la nappe à faible profondeur.

Ces contraintes liées au milieu physique s’ajoutent aux contraintes d’emprise et de travaux sous exploitation :  

Limitation des emprises en pied de talus de remblai avec la présence d’un fossé et d’un mur de clôture ; Autoroute sous exploitation : la section étudiée présente une circulation journalière très importante.

Le schéma 21 ci-après représente l’élargissement prévu qui comporte un mur de soutènement en pied de remblai de façon à limiter l’emprise de l’élargissement.

Figure 15 : Principe de l’élargissement avec mur de soutènement

9 Conclusion La route est sans conteste un facteur primordial de développement économique dans nos régions. Elle est parmi les ouvrages d'aménagement du territoire les plus décisifs et les plus dispendieux.

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Des études d'impacts environnementaux sont devenues obligatoires préalablement à la réalisation d'aménagements ou d'ouvrages qui, par l'importance de leurs dimensions ou leurs incidences sur le milieu naturel et humain, pourraient porter atteinte à ce dernier. Une étude municieuse du type et du comportement du sol mais aussi du dimensionnement de la chaussée semble donc primordial.

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Chapitre III : Analyse et Méthodologie de Dimensionnement 1 Introduction Le but de cette étude est d’abord de donner une étude sommaire générale sur la nature des sols en place dans la zone du projet, identifier les premiers risques géotechniques et analyser la constructibilité du site tout en envisageant les premières approches de système de construction. Ainsi des sondages in situ au droit du site projeté ont été effectués. Des échantillons de sols prélevés et conditionnés au laboratoire ont fait l’objet d’essais d’identification et de caractérisation de sols. Dans ce sens, cette reconnaissance géotechnique, doit fournir les notes techniques donnant les méthodes d’exécution retenues pour les ouvrages géotechniques et a pour objectif principal de :  Déterminer la nature des sols en place ;  Déterminer les profondeurs d’éventuelles arrivées d’eau ;  Permettre l’analyse des possibilités de fondation de la future structure à mettre en œuvre (type, profondeur d’ancrage, sollicitations, contraintes admissibles…) ;  Réaliser des essais au laboratoire sur les échantillons de sol prélevés ;  Fournir et poser des piézomètres pour suivre la variation du niveau de la nappe. Ensuite suit la présentation du logiciel du Laboratoire Central des Ponts et Chaussées (Alizé- LCPC) qui va nous permettre de s’assurer que la chaussée sera capable de subir les sollicitations engendrées par le trafic. Ceci se fera par la comparaison entre les :  Sollicitations subies  Sollicitations admissibles 9.1 Description de l’étude Il s’agit de travaux de réalisation de reconnaissance géotechnique relatifs à l’étude de murs de soutènements, et au droit de ces derniers (en prenant le sens 1 de l’autoroute, c'est-à-dire de Dakar vers AIBD). Cette campagne de reconnaissance a pour buts de connaitre les conditions de portance des sols d’assise au droit des murs et la qualité des remblais existants de l’autoroute. La reconnaissance géotechnique a consisté en l’exécution de : In-situ :  Implantation des points d’essais ;  Réalisation de sondages manuels de 1.75 et 2.00 m de profondeur notés respectivement PP925 et PP957 ;  Réalisation de sondages destructifs de 10 m de profondeur avec un essai pressiométrique tous les 1.00 mètre notés SP925 et SP959 ;  Pose de piézomètre au droit du sondage pressiométrique SP959 ; Au laboratoire :  Mesure de la teneur en eau ; 30 Projet de fin d’étude ESP

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 Analyse granulométrique ;  Mesure de poids spécifique ;  Valeur au bleu de méthylène  Essais de cisaillement rectilignes directs à la boite ;  Détermination des limites d’Atterberg ; Le tableau suivant synthétise le programme et les coordonnées topographiques des sondages in situ cités plus haut : Tableau 3 : Programme et coordonnées topographiques des sondages in-situ Sondages /Installation

ID Sondage

PM1/PP925 Manuels PM2/PP957 SP925 Pressiométrique SP959 Piézométrique

PZ959

Relevés topographiques des coordonnées X Y Ztn Zfond 1631583 240120.24 3.26 .43 1631582 240120.27 2.01 .41 1631583 240120.21 2.02 .34 1631579 240320.55 3.92 .02 1631578 240320.59 1.90 .58 1631572 Non 240158.96 2.21 .67 relevé 1631569 Non 240319.72 2.89 .94 relevé Au droit du sondage pressiométrique SP959

Profondeur

Echantillons pour laboratoire

1.75 3

2 3 10

-

10

-

10

-

10 Localisation et morphologie du site Le site concerné par le projet où les sondages géotechniques et hydrogéologiques ont été réalisés se trouve au niveau de l’autoroute à péage, à la hauteur de Pikine (voir figures 35 et 36 ci-après)

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Figure 16 : Vue aérienne du site et emplacement des points de sondage

Figure 17 : Vue du site d’étude Les puits manuels ont été réalisés au niveau des perrés (talus) tandis que les sondages pressiométriques ont été exécutés derrière le mur, juste à la hauteur de l’emplacement des puits. La photo (figure 37) ci-après montre l’emplacement du puits PM1/ PP925 :

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Figure 18 : Emplacement du puits PM1/ PP925 11 Hydrogéologie du site Une étude piézométrique est réalisée afin de tenir compte des arrivées d’eau éventuelles qui peuvent être occasionnelles et variables. L’étude consiste à la pose d’un piézomètre de 10 m de profondeur au niveau du sondage SP959 (voir figure 38). Une lecture mensuelle pendant 6 mois est programmée. Lors de la réalisation des sondages nous avons noté des arrivées d’eau.

Figure 19 : Installation d’un piézomètre au droit du sondage SP959

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12

RECONNAISSANCES GEOTECHNIQUES 12.1 Puits manuels 12.1.1 Coupe lithologique Les investigations ont été poussées à 1.75 m et 2.00 m de profondeur respectivement aux puits PP925 et PP957. La description visuelle et au toucher des sondages manuels a permis de mettre en évidence des ensembles lithologiques dont les épaisseurs sont exprimées par rapport au terrain naturel : 12.1.2 Programme des essais de laboratoire Les investigations ont été poussées à 1.75 m et 2.00 m de profondeur respectivement aux puits PP925 et PP957. Après destruction des perrés, les prélèvements ont été réalisés manuellement. Sur toutes les couches, des échantillons ont été prélevés pour des essais de laboratoire. Le programme de l’ensemble des essais est détaillé dans le tableau 6 ci-après : Tableau 4 : Liste des échantillons prélevés au droit des puits PP925 et PP957 enlève les essais mécaniques

N°

PP925

PP957

Nota :       

Echa n

ER / EI

Profondeur (m)

E1

ER

0.00 – 0.90

E2

ER

0.90 – 1.75

E3

ER

1.20 – 1.75

E1

ER

0.00 – 1.10

E2

ER

1.10 – 1.70

E3

ER

1.70 – 2.00

Essais mécaniques

Essais d’identification Nature Remblai latéritique Sable silteux beigeâtre Sable silteux beigeâtre Sable silteux rougeâtre Sable fin beigeâtre Sable silteux rougeâtre

G R

SE D

w

VBS /LA

γs

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

Cᵤᵤ ϕᵤᵤ

ER : Echantillon Remanié ; GR : Analyse granulométrique ; SED : Analyse granulométrique par sédimentation ; γs : Poids spécifique des grains solides ; VBS : Valeur au bleu de méthylène ; LA : Limites d’ATTERBERG : ω% : Teneur en eau des matériaux ; 34

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

Cᵤᵤ ϕᵤᵤ : Essais de cisaillement rectiligne à la boite de Casagrande, non drainé rapide. 12.2 Sondage pressiométrique 12.2.1 Principe de la méthode L’essai pressiométrique est un essai de chargement du sol qui consiste à introduire dans un forage calibré de 44 mm à 60 mm, une sonde cylindrique dilatable radialement. On étudie les variations de volume de la sonde en fonction de la pression appliquée. Pour chaque palier testé, on dispose d’un diagramme « pression-volume » qui permet de déterminer la relation entre la pression appliquée et le déplacement de la paroi de la sonde. 12.3 Essais de laboratoire 12.3.1 Généralités sur les essais Les essais ont but de déterminer les caractéristiques physiques et mécaniques d’un matériau. Tu site la liste des essais et tu mets les résultats décrit de façon résumé le principe si necessaire 12.3.2 Les paramètres de nature Ce sont des paramètres intrinsèques au sol. Ils jouent un rôle non négligeable sur le comportement du sol. Ces paramètres de nature sont déterminés par des essais de laboratoire tels que l’analyse granulométrique. Pour bien décrire un sol, il est important de connaître sa granulométrie, c'est-à-dire la répartition de ses particules suivant leurs diamètres. Deux essais de laboratoire permettent d’établir la granulométrie des sols :  L’analyse granulométrique par tamisage jusqu'à environ 80µm,  L’analyse granulométrique par sédimentation pour les particules de diamètre inférieur ou égale à 80µm.  Principe de l’analyse granulométrique Cet essai s’effectue en passant un échantillon représentatif de sol à travers une série de tamis superposés dont les ouvertures vont en décroissant du haut vers le bas. Les particules les plus grossières restent donc emprisonnées sur les tamis les plus hauts tandis que les particules plus fines se dirigent vers les tamis inférieurs. Les quantités des matériaux retenus dans chaque tamis sont exprimées en pourcentage par rapport à la masse totale initiale de l’échantillon, ce qui permet de calculer le pourcentage de refus cumulatifs ainsi que celui des passants. Les résultats sont portés sur un graphique semi-logarithmique pour tracer la courbe (% de passant ou de refus cumulés versus diamètre des particules) appelée courbe granulométrique du sol. 12.3.3 Les essais spécifiques Les essais spécifiques ont pour but de déterminer :  Les conditions dans lesquelles le sol peut être compacté au cours de la phase des terrassements ;  Le comportement du sol sous la chaussée en vue de permettre le dimensionnement de cette dernière. 12.3.3.1 La teneur en eau Il a pour but de déterminer la quantité d’eau présente dans le sol.  Principe de l’essai L’essai doit se faire sur deux prises pour en fin prendre la moyenne. Il consiste en rendre un récipient propre, sec et taré, y placer un échantillon de sol humide d’un poids minimum de :  30g pour les sols fins  300g pour les sols moyens 35 Projet de fin d’étude ESP

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 3000g pour les sols grossiers On les place à l’étuve après 15h et on prend le poids. En principe entre les deux pesées, la différence est inférieure à 0.1%. Soit M le poids humide de l’échantillon et m son poids sec : w=

m x 100 M

12.3.3.2 Poids spécifique des grains solides La détermination du poids spécifique des grains solides consiste à mesurer le volume propre des grains à l’exclusion des vides et à calculer le rapport entre leurs poids et leur volume.  Principe de l’essai On prélèvera par taille un échantillon de poids minimum suivant :  Sols fins 100g  Sols moyens 1000g  Sols graveleux 2500g.  On procède à une taille où on évitera dans la mesure du possible de laisser des angles saillants, les coupes devront être nettes et franches, les parties susceptibles de se détacher en cours de manipulation seront éliminées ;  Immédiatement après la taille l’échantillon sera pesé sur une balance appropriée et le poids noté P1 ;  L’échantillon est ensuite enduit de paraffine préalablement fondue au bain-marie. Il est ensuite plongé dans la paraffine liquide en l’agitant pour décrocher les bulles d’air qui pourraient y adhérer. Cette opération doit être exécutée assez rapidement pour éviter la pénétration de la paraffine dans l’échantillon surtout si celui-ci est “ouvert”. Après solidification de la paraffine, on vérifie que des bulles d’air ne soient pas restées incluses. Dans ce cas, elles sont crevées et les trous ainsi créés dans la pellicule de paraffine, rebouchés à l’aide d’un pinceau. Ensuite, une deuxième couche de paraffine est déposée pour un nouveau trempage ;   L’échantillon paraffiné est pesé, soit P2 son poids ;  Procéder ensuite à la pesée déjaugée, l’échantillon étant pesé dans le panier et totalement immergé ;  Noter la température de l’eau du bain ;  Après avoir déparaffiné l’échantillon procéder à la mesure de sa teneur en eau par séchage à l’étuve. 12.3.3.3 Les limites d’Atterberg Les limites d'Atterberg sont des teneurs en eau caractéristiques des sols fins permettant entre autres d'établir leur classification et d'évaluer leur consistance. Ces valeurs de teneurs en eau permettent de caractériser également les différents états des sols : liquide, plastique, solide et solide sans retrait de ces matériaux. Les limites d'Atterberg comprennent :  La limite de liquidité Wl ou LL  La limite de plasticité Wp ou LP  L'indice de plasticité (IP) correspond à l'écart entre la limite de liquidité et la limite de plasticité. Pour toutes les teneurs en eau comprises entre ces deux bornes, le 36 Projet de fin d’étude ESP

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matériau sera dans un état plastique. Plus l'écart est grand, plus la plasticité du sol est élevée. IP = Wl – Wp ou IP = LL – LP  Principe de l’essai Cet essai est réalisé sur la partie granulométrique appelée mortier inférieur à 0,4mm.  On malaxe rigoureusement la totalité de l’échantillon afin de bien homogénéiser  On remplit la coupelle au tiers  On trace le milieu de l’échantillon à l’aide d’un outil à rainurer  La coupelle fixée à l’appareil est soumise à une série de chocs réguliers jusqu’à ce que les deux lèvres se ferment (le nombre de coups de fermeture doit être compris entre 15 et 35)  Pour confirmer le nombre de chocs, il faut recommencer immédiatement l’essai, si les deux essais successifs ne différent pas plus d’un choc, on prélève à l’aide d’une spatule deux échantillons de chaque côté des lèvres et on détermine la teneur en eau. 12.3.3.4 Essai au bleu de méthylène L’essai au bleu de méthylène, également appelé « essai au bleu », est utilisé pour déterminer la propreté d'un sable, d'un granulat et plus généralement d’un sol (c’est notre cas, appelé Valeur de Bleu au Sol VBS), et les différents types d'argiles qu'il contient. Le bleu de méthylène est en effet adsorbé préférentiellement par les argiles du type montmorillonites (argiles gonflantes) et les matières organiques. Les autres argiles (Illites et Kaolinites) sont peu sensibles au bleu. L'essai consiste à mesurer la quantité de colorant (bleu de méthylène) fixée par 100 g de la fraction granulaire analysée.  Principe de l’essai L'essai au bleu de méthylène est pratiqué sur la fraction granulaire 0/2mm des sables courants ou sur les fillers (0 / 0,125 mm) contenus dans un sable fillerisé, un gravillon ou un tout venant. II a pour but de révéler la présence de fines de nature argileuse et d'en déterminer la concentration. On appelle valeur de bleu sols VBS la quantité en grammes de bleu de méthylène adsorbée par 100 g de fraction 0/50mm d'un sol. Pour cet essai on travaille sur la fraction 0/5mm du matériau. Une solution de bleu de méthylène est ajoutée progressivement par doses successives à une suspension de l’échantillon de granulats dans l'eau. L'adsorption de la solution colorée par l’échantillon est vérifiée après chaque ajout de solution en effectuant un test à la tâche sur du papier filtre pour déceler la présence de colorant libre. Lorsque la présence de colorant libre est confirmée, la valeur de bleu de méthylène est calculée et exprimée en grammes de colorant adsorbé par kg de la fraction granulaire testé

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12.3.3.5 Essai de cisaillement rectiligne à la boîte de Casagrande Il s'agit de déterminer les caractéristiques mécaniques d'un sol en procédant au cisaillement rectiligne d'un échantillon sous charge constante. L'essai de cisaillement permet de tracer la courbe intrinsèque du sol étudié, et de déterminer son angle de frottement interne (ϕᵤᵤ) et sa cohésion (Cᵤᵤ). Ces valeurs servent entre autres à déterminer la contrainte admissible par le sol dans le cas de fondations superficielles et la poussée du sol sur un mur de soutènement.  Principe de l’essai Les caractéristiques de résistance au cisaillement d'un sol peuvent être déterminées à partir d'un essai de cisaillement à la "Boîte de Casagrande". Un échantillon de sol, contenu dans une boîte, elle-même composée de deux demi-boîtes (pour fixer le plan de cisaillement), est soumis à une contrainte verticale avant d'être cisaillé à vitesse constante. Par conséquent la contrainte de cisaillement s'accroît jusqu'à une valeur maximale que l'on mesure. On en déduit l'état de contrainte de l'échantillon de sol à la rupture. En réalisant plusieurs essais, sur un même matériau, avec différentes valeurs de contraintes verticales, on peut déterminer le critère de rupture de Mohr-Coulomb et définir ses valeurs de cohésion (Cᵤᵤ) et d’angle de frottement (ϕᵤᵤ). 13 Etudes géotechniques de l’emprunt latéritique de Toglou L'objectif de cette partie est d'évaluer certains paramètres des couches constituant la chaussée et plus particulièrement celle de la plate-forme support et de la couche de forme, considérés comme entrant dans le processus de dimensionnement. Elle permet de classer le sol en vue d'apprécier ses caractéristiques géotechniques par analogie avec d’autres sols mieux connus. Ainsi, la caractérisation d’un sol fait appel à une série d’essais de laboratoire ou in-situ, permettant de déterminer la nature, les paramètres mécaniques, physiques, hydrauliques et rarement chimique de ce sol. En effet, nous allons donner en quelques paragraphes les principes permettant de caractériser un sol de plate-forme et une couche de forme à l’aide de certains essais que nous allons décrire tout au long de cette partie pour constituer la superstructure. 13.1 Les essais sur la latérite Les essais effectués sur la latérite ont pour but de déterminer les caractéristiques physiques et mécaniques d’un matériau. Ils permettent de déterminer les paramètres de nature, avec l’analyse granulométrique comme essai, détaillé dessus, et comprennent aussi les essais spécifiques qui ont pour but de déterminer :  Les conditions dans lesquelles le sol peut être compacté au cours de la phase des terrassements ;  Le comportement du sol sous la chaussée en vue de permettre le dimensionnement de cette dernière. 13.1.1 L’essai Proctor Il a pour but de simuler l’évolution du sol au cours du compactage et de déterminer, pour une énergie de compactage donnée, la teneur en eau qui permet d’obtenir la densité sèche maximale.

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 Principe de l’essai L’essai consiste à compacter, dans un moule standard à l’aide d’une dame standard et selon un processus bien déterminé, un échantillon de sol à étudier et à déterminer la teneur en eau du sol et sa densité sèche après le compactage. L’essai est répété plusieurs fois de suite sur des échantillons portés à des teneurs en eaux différentes. On détermine ainsi plusieurs points de la courbe représentative des densités sèches en fonction des teneurs en eau. On trace alors la courbe en interpolant entre les points expérimentaux. Elle présente un maximum dont l’abscisse est la teneur en eau de l’optimum Proctor et l’ordonnée, la densité sèche Proctor. Il existe deux variantes de l’essai Proctor : l’essai Proctor normal et modifié. En effet, dans l’essai Proctor modifié le compactage est beaucoup plus poussé et correspond aux énergies mises en œuvre pour les couches de forme et les couches de chaussée. 13.1.2 L’essai CBR L’essai CBR (Californian Bearing Ratio), proposé en 1938, est universellement utilisé pour apprécier la résistance des sols supports de chaussée. L’indice portant californien ou CBR est un nombre sans dimension exprimant, en pourcentage, le rapport entre les pressions produisant un enfoncement donné dans le matériau étudié d’une part, et dans un matériau type d’autre part.  Principe de l’essai L’essai est réalisé sur un échantillon de sol compacté dans un moule CBR (en remplaçant éventuellement par du 5/20 mm la fraction supérieure à 20 mm). Dans l’essai standard, le matériau est compacté suivant les procédures de l’essai « Proctor modifié » et à la teneur en eau optimale. On effectue l’essai après immersion complète de 4 jours. L’échantillon est alors poinçonné par un piston de 4,9 cm de diamètre à une vitesse de 1,27 mm/min. On détermine l’évolution de la pression appliquée en fonction de l’enfoncement. L’indice recherché est défini conventionnellement comme étant la plus grande valeur, exprimée en pourcentage, des deux rapports ainsi calculés : CBR=

100 x Effort de pénétration à 2,5 mm d ' enfonçement 13,35

100 x Effort de pénétration à 2,5 mm d ' enfonçement CBR= 19,93 13.1.3 Les limites d’Atterberg L’essai définit un indicateur qualifiant la plasticité d’un sol. Cet essai a été défini par l’agronome suédois Albert Atterberg. La teneur en eau d’un sol peut en effet beaucoup varier au cours des opérations de terrassements.  Principe de l’essai L’essai s’effectue en deux phases :  Recherche de la teneur en eau pour laquelle une rainure pratiquée dans un sol placé dans une coupelle de caractéristiques imposées se ferme lorsque la coupelle et son contenu sont soumis à des chocs répétés ;

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

Recherche de la teneur en eau pour laquelle un rouleau de sol, de dimension fixée et confectionné manuellement se fissure.

14 Etude de formulation de la latérite ciment Cette étude a pour but de vérifier l’insensibilité à l’eau de la latérite pour la réalisation de la couche de fondation. L’insensibilité à l’eau a été vérifiée sur le matériau traité à 2 et 3% de ciment CEM II 32,5.

14.1 Programme d’étude Identification GTR du matériau naturel (GTR NF P 11-300) Essai Proctor Modifié / IPI sur le matériau traité à 2 et 3% de ciment CEM II 32,5 Essai I. CBRimmersion sur le matériau traité à 2 et 3% de ciment CEM II 32,5 14.1.1 Objectifs Vérification de la résistance à l’immersion du mélange vis-à-vis des exigences du GTS : 

I.CBRimmersion ≥ 20



I . CBR immersion ≥1 IPI

14.2 Essai Proctor Modifié / IPI Immédiat sur le matériau traité à 2 et 3% de ciment Les essais ont été réalisés sur la fraction 0/20 mm de la grave latéritique. Tableau 5 : Caractéristiques des matériaux traités MATERIAU TRAITE A 2% DE CIMENT W (%) ds (T/m3) IPI (%) ds opm (T/m3) W opm (%)= MATERIAU TRAITE A 3% DE CIMENT W (%) ds (T/m3) IPI (%) ds opm (T/m3) W opm (%)= 14.3 Essais I.CBR immersion sur le matériau traité à 2 et 3% de ciment Les essais ICBR immersion sont réalisés après 4jours d’immersion à 20°C des moules CBR confectionnés à l’énergie Proctor modifié, immergé immédiatement après compactage et maintenu sous une surcharge légère (équivalent à peine à 10cm de chaussée). Ces conditions de conservation sont largement plus sévères que dans le cadre du chantier où :  La saturation complète ne devrait pas être atteinte au niveau d’une couche de chaussée puisque drainée ;  La surcharge représentée par les couches sus-jacentes sera largement supérieure à celle utilisée lors des essais (Meilleure consolidation dans le temps possible) ; 40 Projet de fin d’étude ESP

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 L’effet à long terme du traitement au ciment sera davantage représenté. PRESENTATION DU LOGICIEL DU LABORATOIRE CENTRAL DES PONTS ET CHAUSSEES (Alizé LCPC) 15 Les hypothèses de base Les prévisions de trafic, sur une période d’évaluation de 20 ans qui est la durée de vie du projet, sont obtenues grâce au concessionnaire S.E.N.A.C (Société Eiffage de la Nouvelle Autoroute Concédée). Il est prévu des accroissements respectifs du parc automobile de 4,8% et 2,6%. Pour l’élaboration de l’élargissement des structures de chaussée, il a été prévu de reconduire à l’identique par rapport à la structure de chaussée existante. Des investigations par carottage de la chaussée existante ont été menées par le laboratoire de géotechnique LABOSOL. 15.1 Structure existante – Choix du type de structure Quatre carottages chaussés ont été réalisés sur la section concernée par l’élargissement. Ces carottages ont été réalisés au droit de la bretelle de sortie : Un (1) carottage au droit de la BAU, Un (1) carottage au droit de la bretelle (en déboitement), Un (1) carottage dans l’entonnement amont de la gare de péage (voie de gauche), Un (1) carottage dans l’entonnement aval de la gare de péage (voie de gauche). La position exacte est présentée ci-dessous à la figure 39 :

Figure 20 : Position des carottages (extrait Google Earth)

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Les résultats sont les suivants : Tableau 6 : Epaisseurs de carottage Position (Numéros extrait google)

Ep. totale des enrobés (cm)

Ep. BB (cm)

Ep. GB (cm)

1 : PR 9+260 (BAU)

7

7

-

21

7.5

13.5

20

6.5

13.5

26

7.5

18.5

2 : PR 9+400 (voie de la bretelle en déboitement) 3 : PR 9+550 (entonnement amont voie extrême gauche) 4 : PR 9+620 (entonnement aval voie extrême gauche)

A noter qu’au droit des BAU, l’épaisseur totale d’enrobés est moins importante du fait de l’absence de la couche d’assise en GB, l’assise de la BAU est vraisemblablement constituée de matériaux graveleux. Les structures retenues pour l’élargissement seront identiques à celles prélevées par carottages et conditionnées soit par les entrées en terre terrassement (liées à l’aménagement des murs de soutènement en pied de talus existant), soit par les voies de circulation existantes (restructurations de BAU actuelle) :  Pour les voies de circulation et bretelle (y compris BDD) avec entrée en terre :  Couche de surface en Béton Bitumineux Semi-Grenu de classe 3 (BBSG 3) : épaisseur 7 cm BBSG3,  Couche d’assise bitumineuse de type Grave Bitume classe 4 (GB 4) : épaisseur 13 cm,  Couche de fondation en grave latéritique traitée au ciment (MTLH) : épaisseur 25 cm,  Couche de forme en grave latéritique non traitée (GNT) : épaisseur 25 cm.  Pour les voies de circulation et bretelle (y compris BDD) sans entrée en terre : 42 Projet de fin d’étude ESP

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  

Couche de surface en Béton Bitumineux Semi-Grenu de classe 3 (BBSG 3) : épaisseur 7 cm BBSG3, Couche d’assise bitumineuse de type Grave Bitume classe 4 (GB 4) : épaisseur 13 cm, Couche de fondation en grave latéritique traitée au ciment (MTLH) : épaisseur 25 cm.

Le tableau ci-dessous récapitule les couches et les épaisseurs énoncés ci-dessus :

Tableau 7 : Epaisseurs des couches en fonction du type Voies de circulation

Type de couche

Avec entrée en terre

Sans entrée en terre

Epaisseurs en cm

Couche de surface en BBSG 3 Couche d’assise bitumineuse GB 4 Couche de fondation en MTLH

13

Couche de forme en GNT

25

7

25

Couche de surface en BBSG 3 Couche d’assise bitumineuse GB 4 Couche de fondation en MTLH

13

Couche de forme en GNT

-

7

25

A noter que pour l’entonnement aval de la gare de péage, aucun élargissement n’est envisagé. 15.2 Matériaux de chaussée Les structures proposées font appel à une « GB4 » pour les couches d'assises et à un béton bitumineux semi-grenu de classe 3 « BBSG 3 » pour la couche de roulement. Les caractéristiques minimales normalisées de ces enrobés sont celles données par la bibliothèque du logiciel Alizé pour une température de 34°C. Tableau 8 : Caractéristiques minimales normalisées des enrobés

BBSG3

E10 °C 10 Hz (MPa)

Nu

E34 °C 20 Hz (MPa)

ε6 10 °C 25 Hz

-1/b

SN

Kc

7200

0,35

1896

100.10-6

5

0,25

1,1

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GB4

11000

0,35

100.10-6

2386

5

0,3

1,3

Plusieurs études de formulation d’enrobés ont été réalisées sur les enrobés de la section Pikine / Diamniadio, ainsi que des essais rhéologiques sur les bitumes envisagés. Une première épreuve de formulation de niveau 4 d’une GB4 composée de granulats basaltiques de Diack et d’un bitume 35/50 disponible au Sénégal a conduit aux performances mécaniques suivantes : E15 °C 10 Hz = 12 600 MPa et ε6 10 °C 25 Hz = 100 µdéf. Il est donc parfaitement possible de formuler une GB de classe 4 conforme aux normes européennes. Aussi, pour garantir la portance à long terme de la plateforme, il est nécessaire de traiter la couche de fondation latéritique au ciment. Des essais de traitement ont été réalisés sur le chantier et en laboratoire pour la section Pikine / Diamniadio. L’insensibilité à l’eau est obtenue après traitement avec 2 ou 3 % de ciment, les valeurs de CBRi étant alors supérieures à 100. Le dosage sera compris entre 2 et 3 %.  Principe Le principe consiste à modéliser la structure afin d’évaluer les contraintes et déformations résultant de l’application d’une charge de type unitaire. On cherche ensuite la contrainte maximale induite dans la structure qu’on compare à la limite admissible du matériau pour le trafic considéré. La structure d’une chaussée est déterminée par des couches d’épaisseur finies, sauf la dernière (sol support) qui est considérée comme infinie. Les matériaux ont un comportement élastique et linéaire, les contraintes sont des compressions et des tractions. Chaque couche de chaussée est caractérisée par quatre paramètres de base :  L’épaisseur h ;  Le module élastique E ;  Le coefficient de poisson ν ;  La liaison avec la (les) couche (s) voisine (s) ou l’adhérence entre couches La démarche de vérification des contraintes et déformations comporte les étapes suivantes :  Définition du corps de chaussée (système bicouche ou multicouche) ;  Caractérisation des charges agissantes (essieu à roue jumelée de 13 tonnes) ;  Caractérisation des matériaux (module d’élasticité, coefficient de poisson) et des interfaces entre les couches (collées ou décollées) ;  Déterminations des contraintes et déformations grâce au programme Alizé ;  Comparaison des contraintes et déformations exercées avec les performances des matériaux.

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Figure 21 : Logiciel Alizé LCPC 16 Paramètres de dimensionnement Les paramètres à prendre en compte dans le dimensionnement sont :  Le trafic,  L’état actuel de la chaussée à réhabiliter,  La nature des sols de plate-forme,  Les propriétés mécaniques supposées intrinsèques des matériaux,  Les variations climatiques afin de déterminer l'état hydrique des plate-formes et de prévoir le comportement des matériaux bitumineux sous l'effet de la température.  Les conditions de chargements  Les hypothèses de bases 16.1 Trafic La classe de trafic, exprimée en nombre cumulé d’essieux de référence de 130 kN (NE), est l’un des deux paramètres d’entrée des tableaux de structures du catalogue. Le dimensionnement des chaussées nécessite d’évaluer le nombre de poids lourds cumulé (NPL) qu’aura à supporter la chaussée durant sa période de calcul, également désignée durée de dimensionnement. En pratique, NPL est converti en nombre d’essieux de référence (NE), équivalent à NPL en termes d’endommagement, par le biais de la relation :

NE = N PL x CAM  Trafic cumulé Le trafic cumulé est donné par la formule : (1+i)n−1 N PL=365 x TMJA x i 45 Projet de fin d’étude ESP

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N PL = Nombre cumulé de poids lourd TMJA = le trafic moyen journalier annuel i= taux de croissance n= la durée de service de la chaussée Les véhicules intervenant de façon prépondérante dans le dimensionnement des chaussées sont les véhicules lourds, qui sont par définition les véhicules dont la charge utile est égale ou supérieure à 3,5 t. La durée de vie de la chaussée pour le calcul est prise égale à 20 ans. Il ressort de l’analyse de la campagne des comptages de trafic réalisée lors de cette étude : Tableau 9 : Croissance et TMJA de la section TMJA (par sens) 2008

Croissance 2008-2018

TMJA (par sens) 2018

Croissance 2018-2028

TMJA (par sens) 2028

900

4,8

1438

2,6

1899

  

Le nombre de poids lourds journaliers sur cette section est de 1412 PL/jour. La croissance du trafic est de 4,8 et 2,6% Le coefficient d’agressivité moyen (CAM) (équivalent en essieux de 13tonnes) est donné d’après le guide de dimensionnement du SETRA-LCPC de 1994 : - CAM = 0,8 pour les couches hydrocarbonées d’épaisseur au plus égale à 20 cm des chaussées bitumineuses - CAM = 1,3 pour les matériaux traités au liant hydraulique (MTLH)

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Figure 22 : Paramètres Alizé LCPC 17 Conclusion Ce chapitre présente d’abord les essais in-situ et les essais de laboratoire nécessaire pour s’assurer de la constructibilité du sol support ainsi que leur principe de fonctionnement. Ensuite nous avons présenté le logiciel avec lequel nous avons dimensionner la chaussée. Les méthodes et principes cités ci-dessus nous permettrons après calcul manuel suivi de celui du logiciel de déterminer des contraintes et déformations qui seront comparées aux valeurs admissibles dans le chapitre suivant.

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Chapitre IV : Résultats de l’Etude et de la vérification de la chaussée 1 Introduction Dans ce chapitre, nous allons présenter les résultats des essais géotechniques afin de se prononcer sur la constructibilité du sol et la vérification de la structure de chaussée à partir du logiciel Alizé-LCPC. La vérification de celle-ci passe par la détermination des contraintes (σzadm) et déformations verticales (εzadm), admissibles du matériau sous l’effet du trafic et de la durée de vie escomptée. Les sollicitations subies par le matériau sous l’effet des trafics seront comparées à des sollicitations admissibles. 18 RESULTATS DES RECONNAISSANCES GEOTECHNIQUES Lors de la réalisation des sondages nous avons noté des arrivées d’eau dont les niveaux sont consignés dans le tableau 3 ci-après : Tableau 10 : Niveaux d’eau observés au droit des sondage Sondages

Niveau d’eau (m) / Terrain naturel

PM1/PP925

Pas d’arrivée d’eau

PM2/PP957

Pas d’arrivée d’eau

SP925

1.45

SP959

1.30

18.1 Puits manuels 18.1.1 Coupe lithologique Les investigations ont été poussées à 1.75 m et 2.00 m de profondeur respectivement aux puits PP925 et PP957. La description visuelle et au toucher des sondages manuels a permis de mettre en évidence des ensembles lithologiques dont les épaisseurs sont exprimées par rapport au terrain naturel : Les deux tableaux ci-dessous représentent la coupe lithologique synthétique des puits réalisés : Tableau 11 : Coupe lithologique des couches rencontrées au puits PM1/PP925 Puits PP925

Profondeur (m)

Nature des couches

Epaisseur (m)

0 – 0.90

Remblai latéritique

0 – 0.90

0.90 – 1.75

Sable beigeâtre

0.90 – 1.75

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Tableau 12 : Coupe lithologique des couches rencontrées au puits PP957 Puits

PP957

Profondeur (m)

Nature des couches

Epaisseur (m)

0 – 1.10

Sable silteux rougeâtre

1.10

1.10 – 1.70

Sable fin beigeâtre

0.60

1.70 – 2.00

Sable silteux rougeâtre

0.30

18.2 Sondage pressiométrique a enlever 18.2.1 Interprétation et analyse des essais pressiométriques Les résultats des essais pressiométriques donnent les grandeurs représentatives des caractéristiques mécaniques suivantes de sols testés :  Le module de déformation pressiométrique Em (MPa) ;  La pression limite nette pressiométrique Pl* (MPa) ; Les tableaux ci-dessous présentent une synthèse géotechnique par point de sondages des caractéristiques mécaniques mesurées. Tableau 13 : Synthèse géotechnique du sondage pressiométrique PP925 Profondeur

Nature du sol

P*lm (MPa)

Em (MPa)

Em/P*lm

α

0.00 – 1.30

Remblai sablo/latéritique

1.57

10.80

6.86

-

1.30 – 6.50

Sable lâche

0.33

1.63

4.93

1/3

6.50 – 10.50

Sable lâche à moyennement compact

0.71

3.51

4.94

1/3

Tableau 14 : Synthèse géotechnique du sondage pressiométrique PP957 Profondeur

Nature du sol

P*lm (MPa)

Em (MPa)

Em/P*lm

α

0.00 – 1.20

Remblai sablo/latéritique

1.46

9.95

6.80

-

1.20 – 7.50

Sable lâche

0.35

1.91

5.45

1/3

7.50 – 10.50

Sable lâche à moyennement compact

0.79

4.45

5.63

1/3

Nota : 49 Projet de fin d’étude ESP

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α : Coefficient rhéologique ; P*lm : Pression limite nette caractéristique de la couche ; Em : Module pressiométrique caractéristique de la couche. 18.3 Essais de laboratoire 18.3.1 Généralités sur les essais Les essais ont but de déterminer les caractéristiques physiques et mécaniques d’un matériau 18.3.2 Les paramètres de nature Deux essais de laboratoire permettent d’établir la granulométrie des sols :  L’analyse granulométrique par tamisage jusqu'à environ 80µm,  L’analyse granulométrique par sédimentation pour les particules de diamètre inférieur ou égale à 80µm. Les résultats sont traduits dans le tableau suivant : Tableau 15 : Analyse granulométrique Sondage

PP925

Profondeur (m) Nature de l’ Echantillon

Analyse granulométrique

Dmax (mm) Tamisât 2 mm Tamisât 80μm

PP957

1.20 – 1.75 Sable Sable Remblai très très Latéritique silteux silteux beigeâtre beigeâtre 0,0 à 0.9

0.90 1.2

0.0 – 1.10

1.10 – 1.70

Sable très silteux rougeâtre

Sable fin beigeâtr e

1.70 – 2.0 Sable silteux rougeâtr e