La couche de voirie est un élément fondamental de la construction et de l'entretien des routes. Elle assure la pérennité de la chaussée en répartissant les charges et en protégeant les couches inférieures. Cet article a pour but de définir la couche de voirie, d'expliquer son importance, les matériaux utilisés, les conditions techniques à respecter et les différentes structures de chaussées.
Qu'est-ce qu'une couche de forme?
La couche de forme est une étape clé dans les terrassements routiers. Placée juste sous la structure de la chaussée, elle constitue la plateforme de travail qui doit garantir une bonne portance et une homogénéité parfaite. Elle est essentielle pour assurer la stabilité et la durabilité de la chaussée.
Rôle de la couche de forme
La couche de forme a plusieurs rôles essentiels :
- Uniformiser le support sous la chaussée.
- Améliorer la portance globale de la plateforme.
- Assurer une drainabilité correcte pour éviter l’accumulation d’eau.
- Protéger la chaussée des remontées capillaires.
Matériaux utilisables pour la couche de forme
Les matériaux utilisés pour la couche de forme doivent répondre à des critères précis de portance, de granulométrie et de sensibilité à l’eau. Ils sont classés en plusieurs catégories :
Matériaux naturels
- Sables et graves
- Argiles (sous réserve de traitement)
Matériaux rocheux
- Roches concassées
- Matériaux issus de déblai rocheux (après fragmentation)
Matériaux recyclés ou industriels
- Mâchefers, laitiers, cendres volantes (sous conditions)
Conditions techniques à respecter pour l’utilisation des matériaux
Plusieurs conditions techniques doivent être respectées pour garantir la qualité de la couche de forme :
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Granulométrie maîtrisée
- Dmax ≤ 50 mm recommandé
- Bonne continuité granulaire pour un compactage optimal
- Éviter les excès de fines (< 80 microns), sauf cas particuliers avec traitement
Portance adaptée
La portance du sol doit être mesurée et validée, soit directement, soit après amélioration (traitement à la chaux ou au ciment). L'objectif est d'atteindre une portance suffisante pour supporter :
- Le trafic de chantier
- La future chaussée
Essai clé : Essai à la plaque (EV2)
L’essai à la plaque permet de vérifier la déformabilité de la couche de forme sous charge. Il exprime la portance en MPa.
- EV2 ≥ 50 MPa pour les plateformes classiques
- EV2 ≥ 80 MPa pour plateformes à fort trafic
Sensibilité à l’eau et hydrologie
Un sol sensible à l’eau (argiles, limons) ne doit jamais être utilisé brut. Il doit :
- Soit être traité (chaux, ciment)
- Soit être exclu
Essai clé : Valeur au bleu de méthylène (VBS) et GTR pour mesurer la sensibilité à l’eau.
Essai Proctor : la base de la maîtrise du compactage
L'objectif de l'essai Proctor est de déterminer la densité sèche maximale et la teneur en eau optimale pour le compactage.
Paramètres de l’essai Proctor
| Paramètre | Description |
|---|---|
| wOPN | Teneur en eau optimale au compactage Proctor normal |
| ρdmax | Masse volumique sèche maximale |
Vigilance
Un compactage en dehors de cette plage = perte de performance.
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- Sol trop sec = compactage difficile
- Sol trop humide = perte de portance
Indice de portance immédiat (IPI)
L'indice de portance immédiat (IPI) est une mesure rapide de la portance d’une couche fraîchement compactée.
Caractéristiques générales des chaussées
Les caractéristiques générales des chaussées reposent sur le trafic, élément essentiel de leur dimensionnement. Il correspond à un nombre de passages de véhicules sur une période déterminée. Le poids des véhicules est transmis à la chaussée, sous forme de pressions, par l’intermédiaire des pneumatiques. Pour une automobile, cette pression est de l’ordre de 0,1 MPa (soit 1 Kg/cm2) ; elle est de l’ordre de 0,7 MPa sous une roue de camion. Seul le camion est pris en compte pour déterminer les classes de trafic.
La méthode de dimensionnement ne prend en compte que les poids lourds définis dans la norme NF P 98-082 dont le poids total autorisé en charge (PTAC) est supérieur ou égal à 35 kN (3,5 tonnes).
Paramètres de trafic
Le trafic est caractérisé par les paramètres suivants :
- TMJA (Trafic Moyen Journalier Annuel) : Il est égal au trafic total de l'année, par sens de circulation, divisé par 365.
- Ti : Classe de trafic déterminée par le TMJA et décomposée en dix classes (t7 ; t6 ; t5 ; t4 ; t3- ; t3+; T3; T2; T1 et T0).
- NPL : Nombre de poids lourds cumulé pendant la durée de service choisie.
- NE : Nombre équivalent d’essieux de référence à prendre en compte pour le dimensionnement.
Classes de trafic
Les classes de trafic sont définies par le trafic moyen journalier des Poids Lourds (Poids Total Autorisé en Charge supérieur à 3,5 Tonnes) qui circulent sur la chaussée.
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- Classe t7 : de 0 à 2 PL/j
- Classe t6 : de 3 à 10 PL/j
- Classe t5 : de 11 à 25 PL/j
- Classe t4 : de 26 à 50 PL/j
- Classe t3- : de 51 à 85 PL/j
- Classe t3+ : de 86 à 150 PL/j
- Classe T3 : de 51 à 150 PL/j
- Classe T2 : de 151 à 300 PL/j
- Classe T1 : de 301 à 750 PL/j
- Classe T0 : de 751 à 2 000 PL/j
Ces classes de trafic définissent deux grandes catégories de routes :
- Les voiries à faible trafic regroupant toutes les classes de t7 à t3+
- Les voiries à moyen et fort trafics regroupant toutes les classes de T3 à T0
Voirie à faible trafic
Une voirie est dite à faible trafic lorsque le nombre de véhicules qui y circulent est inférieur à l’équivalent de 150 poids lourds par jour, soit environ 1500 véhicules par jour et par sens, tous modèles confondus. Cette appellation recouvre un très grand nombre de routes, notamment :
- Les routes départementales
- Les routes communales
- Les voiries agricoles
- Les voiries forestières
- Les voiries viticoles
- Les voiries de lotissement
- Les aires de trafic industrielles
- Les aires de stationnement, etc.
Importance de la voirie à faible trafic
Le réseau routier français totalise environ 1 650 000 kilomètres, dont seulement 29 % pour les routes à moyen et fort trafic. 71 % du réseau routier est soumis à un trafic faible ou très faible. Il s’agit donc d’un patrimoine important qu’il ne faut pas négliger.
Caractéristiques géométriques des routes
Les caractéristiques géométriques d’une route sont illustrées par le profil en travers, le profil en long et le tracé en plan.
Profil en travers
Il illustre essentiellement la largeur de la chaussée et celle des accotements. Il indique aussi les pentes transversales.
Terminologie
- EMPRISE : partie du terrain qui appartient à la collectivité et affectée à la route ainsi qu’à ses dépendances.
- ASSIETTE : surface du terrain réellement occupée par la route.
- PLATE-FORME : surface de la route qui comprend la chaussée et les accotements.
- CHAUSSÉE : surface aménagée de la route sur laquelle circulent les véhicules.
- ACCOTEMENTS : zones latérales de la PLATE-FORME qui bordent extérieurement la chaussée.
Profil en long
Il indique la valeur des pentes et des rampes, ainsi que les rayons des sommets des côtes et des points bas.
Tracé en plan
Il met en évidence les longueurs des sections rectilignes et la valeur des rayons de courbure dans les virages.
Routes à deux voies de circulation
Les caractéristiques géométriques respectent les critères liés à la sécurité et au confort des usagers.
- Largeur de la chaussée: 5,50 à 6,00 mètres
- Dévers : 2 à 3%
- Rayon de courbure d’un point bas : 700 mètres (min.)
- Rayon de courbure d’un point haut : 500 mètres (min.)
- Pentes et rampes : 8 à 10 % (maxi)
- Rayon de courbure (en plan) : 30 mètres (min.)
Routes à une voie de circulation
Les caractéristiques géométriques respectent les données suivantes :
- Le profil en long épouse au mieux le profil du terrain naturel
- Le profil en travers présente en général une pente transversale unique orientée de façon à permettre l’écoulement des eaux.
- Largeur de la chaussée : de 3 à 5 mètres
- Dévers: de 2 à 3 %
- Rayon de courbure d’un point bas : 100 mètres (min.)
- Rayon de courbure d’un point haut : 30 mètres (min.)
- Rayon de courbure (en plan) : 15 mètres (min.)
- Pentes maxi. profil en long : 15 % (maxi)
Constitution des chaussées : les différentes couches
Le rôle d’une chaussée est de reporter sur le sol support, en les répartissant convenablement, les efforts dus au trafic. La chaussée doit avoir une épaisseur telle que la pression verticale transmise au sol soit suffisamment faible afin que celui-ci puisse la supporter sans dégradation. Comme la pression dans la couche granulaire décroît régulièrement en profondeur, on peut constituer une chaussée par la superposition de couches de caractéristiques mécaniques croissantes.
En général, on rencontre les couches suivantes à partir du sol :
- Couche de forme
- Couche de fondation
- Couche de base
- Couche de surface
Couche de surface
La couche de base est recouverte par une couche de surface pour :
- Résister aux efforts horizontaux des pneumatiques
- S’opposer à la pénétration de l’eau
Couche de forme
Afin d’améliorer et d’uniformiser la portance du sol, on interpose, entre le sol support et les couches de chaussée, un élément de transition qui peut être constitué soit de matériaux grenus roulés ou concassés, soit de matériaux traités aux liants hydrauliques. Il est appelé couche de forme.
Différentes structures de chaussées
Selon le fonctionnement mécanique de la chaussée, on distingue généralement les trois différents types de structures suivants :
- Chaussées souples
- Chaussées semi-rigides
- Chaussées rigides
Chaussées souples
C’est une structure de chaussée dans laquelle l’ensemble des couches liées qui la constituent, sont traitées aux liants hydrocarbonés. La couche de fondation et/ou la couche de base peuvent être constituées de grave non traitée.
Chaussées semi-rigides
Elles comportent une couche de surface bitumineuse reposant sur une assise en matériaux traités aux liants hydrauliques disposés en une couche (base) ou deux couches (base et fondation).
Chaussées rigides
Une chaussée rigide est constituée d’un revêtement en béton de ciment pervibré ou fluide. En règle générale, une chaussée en béton comporte, à partir du sol support, les couches suivantes :
- Une couche de forme
- Une couche de fondation
- Une couche de roulement en béton de ciment
Dans le cas d’une chaussée neuve à faible trafic (trafic ≤ 50 PL/j/sens), la couche de fondation n’est pas nécessaire. La dalle en béton de ciment peut ainsi être réalisée directement sur l’arase terrassement (avec une couche de réglage éventuelle) ou sur la plate-forme support de chaussée.
Pourquoi une structure de chaussée ?
De tout temps, on a eu besoin de circuler. Mais, les « routes » ne furent guère que des pistes plus ou moins sommaires permettant de joindre des villes, villages ou hameaux, sans empiéter sur les prairies ou terres cultivées. La route ne différait alors pas tellement des surfaces qui la bordaient. Il est vrai qu’on circulait aisément sur des pistes bien nivelées quand les conditions climatiques étaient favorables, mais en période de pluie, les sols mouillés devenaient glissants ou se transformaient en bourbiers. On entreprit alors d’étaler, aux endroits les plus mauvais, des lits de pierres dont le mérite était d’être moins sensibles à l’eau.
Avec le développement des engins lourds au début du XXe siècle, les premiers problèmes ont surgi :
- Apparition de nids de poule
- Poinçonnement du hérisson et effondrement de la chaussée aux premières pluies
La structure de la chaussée était donc mal adaptée. Une mutation s’imposait pour aboutir à une route moderne. Elle a été initiée par l’emploi des matériaux à granulométrie continue et de calibre déterminé et puis avec l’émergence des matériaux traités au ciment.
Transmission des charges
Le poids du véhicule est transmis au sol, sous forme de pressions, par l’intermédiaire des pneumatiques. D’une manière générale, les sols ne peuvent supporter sans dommage de telles pressions. Si le sol n’est pas assez porteur, le pneu comprime le sol et il se forme une ornière.
Couche granulaire non liée
Dans une couche granulaire non liée, les grains constitutifs restent indépendants les uns des autres. Ce sont donc des matériaux à module faible compris entre 100 et 500 MPa. Par conséquent, sous l’action d’une charge, cette couche travaille principalement en compression, c’est-à-dire qu’elle transmet au sol sous-jacent la totalité de la charge en la répartissant d’une façon non uniforme. La pression la plus importante se situe en dessous de la charge.
Pour dimensionner une couche granulaire, c’est-à-dire définir son épaisseur, il faut que la pression verticale maximale transmise au sol sous-jacent soit inférieure à la portance du sol. Celle-ci est, en règle générale, appréciée par l’essai CBR (Californian Bearing Ratio).
Couche granulaire traitée au ciment
Considérons maintenant une couche granulaire traitée au ciment, donc liée, et reposant sur le sol. L’existence des liaisons entre les grains et leur multiplicité modifient la transmission de la charge. La couche liée forme ainsi une dalle qui peut être très rigide, dont le module est constant et indépendant de la température et de la durée d’application de la charge. L’effet de répartition de la charge sur le sol support est alors très important. Les contraintes de compression qui sont transmises au sol sont, dans ce cas, relativement faibles.
Le dimensionnement d’une couche traitée au ciment consiste à déterminer son épaisseur pour qu’elle ne se fissure pas sous l’effet des charges répétées. Il convient donc :
- de déterminer la contrainte à la traction de la couche traitée et s’assurer qu’elle est inférieure à la contrainte de traction admissible du matériau,
- d’apprécier le comportement à la fatigue de la couche traitée.
Dalle en béton de ciment
Une dalle en béton se différencie en particulier d’une couche traitée par sa forte teneur en ciment. Son comportement, sous l’action d’une charge P, est comparable à celui d’une couche granulaire traitée au ciment mais dont les caractéristiques mécaniques seraient beaucoup plus élevées.
Le dimensionnement consiste donc à calculer l’épaisseur de la dalle pour supporter, sans se fissurer ou se rompre, la répétition des charges pendant une durée donnée. Ceci consiste à :
- Déterminer la contrainte du béton à la traction par flexion et s’assurer qu’elle est inférieure à la contrainte de traction admissible du béton,
- Apprécier le comportement à la fatigue de la dalle.
Couche granulaire traitée au bitume
Une couche granulaire traitée au bitume présente l’inconvénient d’avoir un module variable en fonction de la température et de la durée d’application de la charge. Son comportement dépend beaucoup du climat et de la déformabilité des couches inférieures.
Conclusion
La nécessité d’interposer, entre le véhicule et le sol, un écran qui aura pour but de répartir les charges sur une plus grande surface et de réduire ainsi les pressions transmises au sol jusqu’à une valeur admissible est fondamentale. La chaussée constitue cet écran. La diffusion des pressions diffère par sa nature et son intensité selon que l’on ait affaire à une couche granulaire non traitée, à une couche granulaire traitée (au ciment ou au bitume) ou à une dalle en béton de ciment. Toutefois, cette diffusion n’est obtenue qu’avec une épaisseur convenable de matériaux adéquats. Ces matériaux constituent la structure de la chaussée.
Il existe deux modes de fonctionnement mécanique des chaussées :
- Les chaussées « souples » qui sont constituées d’un corps de chaussée en matériau non traité et en matériau traité au bitume.
- Les chaussées « rigides » qui sont constituées d’un corps de chaussée en matériau traité au ciment ou en dalle béton de ciment.
Rénovation des chaussées
La structure de la chaussée est composée de différentes couches, chacune jouant un rôle essentiel dans sa stabilité et sa durabilité. Sa rénovation est essentielle pour assurer la sécurité des usagers, de permettre à la chaussée de résister aux rigueurs du temps et de supporter un trafic continu. Cette réfection de la chaussée se déroule en plusieurs étapes soigneusement planifiées et exécutées.
Étapes de rénovation
- Enlèvement de l’ancienne couche d’enrobé.
- Recyclage des fraisats (matériaux récupérés).
- Fabrication des enrobés à l’extérieur du chantier.
- Déversement des enrobés dans le finisseur qui les dépose sur la chaussée.
Chaussées lourdes
Les infrastructures routières sont essentielles pour assurer la mobilité des personnes et des biens. Parmi ces structures, on trouve les chaussées lourdes, qui sont conçues pour résister à un trafic important de véhicules de transport, tels que les poids lourds.
Caractéristiques des chaussées lourdes
- Résistance aux charges élevées
- Performances durables
- Confort de roulement
Couches d'une chaussée lourde
- Couche de fondation
- Couches de base et intermédiaire
- Couche de roulement
Dimensionnement des chaussées lourdes
Le dimensionnement prend notamment en compte :
- Le type de trafic
- Les conditions climatiques
- Le sol support
Méthodes de dimensionnement
- La méthode empirique
- La méthode rationnelle
- La méthode mixte
Maintenance et entretien des chaussées lourdes
Au fil du temps, les chaussées lourdes peuvent subir divers types de détériorations : fissures, déformations, orniérages, etc. Une maintenance régulière est donc nécessaire pour préserver leur performance et leur durabilité.
Interventions sur une chaussée lourde
- Réparation ponctuelle
- Rénovation superficielle
- Renforcement structural
- Reconstruction
Choix des techniques d'entretien
Le choix de la technique d'entretien à appliquer dépend principalement de l'état général de la chaussée et des objectifs recherchés en termes de performances, de coûts et de durabilité.
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