Caractérisation géotechnique des matériaux de la rampe nord de l’échangeur de l’émergence

 GENERALITES SUR LA STRUCTURE D’UNE CHAUSSEE ROUTIERE 

Une chaussée est la partie réservée à la circulation des véhicules et est composée de plusieurs couches successives de matériaux, qui doivent répondre à des critères de qualités de plus en plus exigeants. Pour notre projet, après dimensionnement, le choix s’est porté sur une chaussée souple (figure 8). Elle sera constituée du bas vers le haut par :  La plateforme : elle constitue le support sur lequel repose la chaussée. Elle est constituée du sol support (déblai ou remblai) désigné dans sa zone supérieure, par le terme Partie Supérieure des Terrassements (PST), et dont la surface constitue l’arase de terrassement.  La couche d’assise : elle est constituée de la couche de fondation et la couche de base. La couche de fondation est placée en contact avec la couche de forme ou la plate-forme. Elle permet d’assurer un bon report des charges transmises par la couche de base sur les couches inférieures afin que les pressions qui en résultent au niveau du support restent dans les limites admissibles. La couche de base est l’élément de la structure soumis directement aux efforts provenant des couches de surface. Elle permet également le réglage des pentes de la chaussée. Selon le trafic, ces deux couches peuvent être en graves naturelles ou traitées.  La couche de revêtement : encore appelée de surface, elle est la couche supérieure de la chaussée. Elle est constituée de la couche de roulement sur laquelle s’exercent directement les agressions conjuguées du trafic et du climat, et le cas échéant, d’une couche de liaison, intermédiaire entre les couches d’assise et la couche de roulement qui permet d’assurer une bonne adhérence entre la couche de base et la couche de roulement. Figure 8 : Structure de la chaussée routière (LCPC-SETRA, 1994)

 ETUDE DES PROPRIETES GEOTECHNIQUES DES MATEIAUX DE LA RAMPE NORD DE L’ECHANGEUR DE L’EMERGENCE ROUTIERES 

 Les travaux routiers demandent de grandes quantités de matériaux. De par leur rôle, les matériaux qui constituent la superstructure doivent être de bonne qualité. En prenant la rampe nord de l’échangeur de l’émergence comme exemple, nous allons déterminer les propriétés géotechniques de chaque couche de la chaussée. La rampe nord de l’échangeur, d’après la figure 9, se trouve à côté du bassin de la boucle nordest. Elle est caractérisée par une grande hauteur de remblais. Figure 9 : Schéma de localisation de la rampe nord de l’échangeur de l’émergence

 PROPRIETES GEOTECHNIQUES DU SOL SUPPORT 

La rampe nord de l’échangeur avant le projet était une route revêtue. Donc pour sa mise en œuvre la route existante a été scarifiée et élargie. Des prélèvements ont été faits sur différentes parties pour être étudiés et identifiés. 

 Essais d’identification 

Analyse granulométrique 

L’essai de norme NF P94-056 consiste à classer les différents grains constituant l’échantillon en utilisant une série de tamis, emboités les uns dans les autres, dont les dimensions des ouvertures sont décroissantes du haut vers le bas. Le matériau étudié est versé dans le tamis et le classement des grains s’obtient par vibration de la colonne de tamis. Rampe nord de l’Echangeur de l’Emergence .La perte éventuelle de matériau pendant l’opération de tamisage ne doit pas excéder 2% du poids total de l’échantillon de départ. Le refus de chaque tamis est pesé avant de calculer les pourcentages cumulés et en déduire le pourcentage des passants cumulés : % Passants cumulés = 100 – % Refus cumulés Avant l’opération de tamisage, l’échantillon est lavé à l’eau au-dessus d’un tamis de 0,080 mm afin d’éliminer les fines et éviter ainsi l’agglomération des grains, ceci pouvant fausser les résultats de l’analyse. L’analyse granulométrique est conduite sur la fraction refusée par le tamis de 0,080 mm. Les résultats de l’essai sont consignés en annexe II et la courbe granulométrique de l’échantillon du sol support est représentée à la figure 10. Figure 10 : Courbe granulométrique de l’échantillon du sol support de la rampe nord de l’échangeur .La courbe de la figure 10 montre que le pourcentage de fines (particules minérales de dimensions inférieures à 0,080 mm) est de 21,03 %.

 Détermination des limites d’ATTERBERG

 Les limites d’ATTERBERG (norme NF P94-051) sont des constances physiques conventionnelles (teneur en eau pondérale) qui marquent le passage d’un sol de l’état solide à l’état plastique (limite de plasticité WP) et de l’état plastique à l’état liquide (limite de liquidité WL). Cet essai est réalisé sur la partie de sol passant au tamis 400 μm.  La limite de liquidité est la teneur en eau pour laquelle une rainure pratiquée dans l’échantillon de matériau dans la coupelle de Casagrande se ferme sur 1 cm à 25 coups.  La limite de plasticité correspond à la teneur en eau pour laquelle un cylindre de matériau de diamètre de 3 mm et de longueur 10 à 15 cm, confectionné manuellement, se fissure lorsqu’il est soulevé.  L’indice de plasticité IP est la différence : Ip = WL – WP L’indice de plasticité détermine l’aptitude d’un matériau à être utilisé. Les valeurs des limites d’Atterberg de l’échantillon de sols du sol support sont : WL = 23,3 % ; WP = 13,9 % ; IP = 9,4. L’échantillon est moyennement plastique car la valeur respective de l’indice de plasticité Ip se situe entre 5 et 15. Les résultats de l’essai sont consignés en annexe 

 Essais de comportement 

Essai PROCTOR modifié 

L’essai PROCTOR modifié (norme NF P 94-093) consiste à simuler le compactage en laboratoire pour déterminer les conditions optimales de mise en œuvre des matériaux sur le chantier. Le principe de l’essai consiste à humidifier le matériau à étudier à plusieurs teneurs en eau et à le compacter selon un procédé et avec une énergie conventionnelle et constante. Pour chacune des valeurs de teneur en eau considérée, il faut déterminer la masse volumique sèche et tracer la courbe de variation de cette masse volumique en fonction de la teneur en eau. D’une manière générale cette courbe appelée courbe PROCTOR présente une valeur maximale de la densité sèche (γd MAX), elle est obtenue pour une valeur particulière (WOPM). Cette teneur en eau permet de quantifier le volume d’eau à utiliser pour avoir les conditions optimales de compactage sur le chantier.  Pour une teneur en eau naturelle inférieure à WOPM, le matériau est trop sec et le frottement entre les grains est très important.  Pour une teneur en eau naturelle supérieure à WOPM, le matériau est trop humide et une grande partie de l’énergie est absorbée par l’eau. Les résultats de l’essai sont consignés en annexe II et la figure 11 donne la courbe Proctor modifié de l’échantillon du sol support de la rampe nord de l’échangeur. Figure 11: Courbe PROCTOR modifié de l’échantillon du sol support de la rampe nord de l’échangeur 

Essai de portance CBR

 L’essai CBR (norme NF P 94-078) est un essai de portance des couches compactées. Il permet d’évaluer l’aptitude des matériaux à supporter les charges. Il s’effectue en mesurant l’enfoncement sur des moules de matériaux compactés. Les moules sont préalablement confectionnés avec du matériau humidifié à la teneur WOPM et compactés à différentes énergies de compactage (56 ; 25 et 10 coups par couche). Les trois moules sont imbibés dans l’eau pendant 4 jours avant de passer au poinçonnement. Les résultats de l’essai sont consignés en annexe II et la figure 12 donne la valeur de l’indice CBR, à 95 % de l’OPM, soit 53.