Les Materiaux de La Chaussee

LES MATERIAUX DE LA CHAUSSEE

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

Couche de roulement Couche de liaison

Corps ou assise de chaussée

Couche de base Couche de fondation Sous couche éventuellement

Couche de forme éventuellement Sol support

Figure 1 : coupe type d’une chaussée

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

T5 0

Centres des classes

Cours de matériaux de construction

T4 25

T3 50

35

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T2 150

85

T1 300

200

T0 750

500

2000 1200

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

Spécifications des granulats pour techniques routières Trafic

Spécification A : aplatissement LA : Los-Angles

T4

T3

T2

T1

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

Couche de liaison

Couche de roulement

≤ 30 ≤ 30 ≤ 25

≤ 30 ≤ 25 ≤ 20 ≥ 0.45 ≤2 ≥ 50

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

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

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

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

la stabilité mécanique ; résistance et déformation en température



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



l’imperméabilité ;



les qualités de roulement.

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

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

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

Les épaisseurs d'utilisation par couche sont :

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

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

Courbe réelle 97 78 58 47 34 8,5

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

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

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

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

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

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Introduire la fraction des granulats (