La couche de surface est un élément crucial de la structure d'une chaussée. Cet article explore en détail la définition de la couche de surface, sa constitution, son rôle et les différents types de chaussées où elle intervient. Nous aborderons également les notions connexes telles que la structure de chaussée, les matériaux utilisés et le dimensionnement.
1. Structure de Chaussée
Une chaussée est une structure composite, multicouche, conçue pour résister aux sollicitations mécaniques et climatiques. Elle est constituée de plusieurs couches superposées sur un sol terrassé appelé sol support. La construction d’une route comprend plusieurs étapes : choix du tracé, terrassement, mise en œuvre d’une couche de forme, d’une couche d’assise, d’une couche d’accrochage et enfin d’une couche de roulement.
1.1. Constitution d’une chaussée
Une chaussée est constituée de plusieurs couches mises en œuvre sur un sol terrassé appelé sol support. Le sol support est généralement surmonté d’une couche de forme. Le corps de la chaussée est constitué de deux types de couches : les couches d’assise et la couche de surface.
En partant du bas, on trouve généralement :
- Le sol support ou la partie supérieure des terrassements (PST)
- La couche de forme
- La plate-forme support de chaussée (PF)
- La couche d'assise
- La couche de surface
1.1.1. Le sol support ou la Partie Supérieure des Terrassements (PST)
Le sol support est la base sur laquelle repose la chaussée. La nature géologique des sols permet de les classer dans quatre grandes familles :
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- Les sols fins argileux
- Les sols de type marno-calcaires
- Les sols de type sables et graves
- Les sols remaniés
Le sol support peut être en remblai ou en déblai. Sa portance, exprimée en MPa, varie selon sa teneur en eau. La partie supérieure du sol support est désignée par le terme « Partie Supérieure des Terrassements » (PST).
1.1.2. La couche de forme
La couche de forme est une structure permettant d'adapter les caractéristiques aléatoires et dispersées des matériaux de remblai ou du terrain en place, aux caractéristiques mécaniques, géométriques, hydrauliques et thermiques prises comme hypothèses dans la conception de la chaussée.
À court terme, elle doit assurer :
- La traficabilité quasi tout temps des engins
- Le compactage efficace de la couche de fondation
- Les exigences de nivellement de la plate-forme support de chaussée
- La protection de l’arase de terrassement vis-à-vis des agents climatiques
À long terme, elle doit permettre :
- D’homogénéiser la portance du support
- De maintenir dans le temps une portance minimale
- D’améliorer la portance de la plate-forme
D’une épaisseur comprise entre 30 et 60 cm, une chaussée souple est composée d’une couche de surface en matériaux bitumineux.
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1.1.3. La Plate-Forme support de Chaussée (PF)
Il s’agit de la surface de la couche de forme dont le dimensionnement est établi à partir du classement du couple PST/AR. Le guide des terrassements routiers distingue quatre classes de PF.
1.2. La couche d’assise
L’assise de la chaussée est généralement constituée de deux couches, la couche de fondation et, par-dessus, la couche de base. Ces couches, généralement constituées de matériaux liés, permettent à la chaussée de résister mécaniquement aux charges induites par le trafic. On distingue six types d’assise :
- Les chaussées souples, dont les matériaux ne sont pas traités par un liant
- Les chaussées semi-rigides épaisses, dont les matériaux sont traités avec un liant hydraulique
- Les chaussées rigides, qui sont réalisées en béton de ciment
- Les chaussées bitumineuses épaisses, dont les matériaux sont traités avec un liant hydrocarboné
- Les chaussées à structure mixte, alliant une couche traitée aux liants hydrauliques et une couche traitée aux liants hydrocarbonés
- Les chaussées à structure inverse, alliant une couche traitée aux liants hydrauliques, une couche traitée aux liants hydrocarbonés et une couche non traitée
La couche de fondation répartit les contraintes induites par le trafic à un taux compatible avec les limites admissibles du sol support. La couche de base est la plus proche de la couche de surface et reçoit des contraintes et des déformations notables.
1.3. La couche de surface
Quant à la couche de surface, elle est constituée de la couche de roulement (ou d’usure) qui subit directement les agressions du trafic et du climat. Une couche dite de liaison est parfois intégrée entre la couche de roulement et la couche de base de l’assise. Elle permet de spécialiser la couche de roulement au confort et à la sécurité des usagers. La couche de roulement et la couche de liaison constituent la couche de surface d’une chaussée.
La couche de surface est constituée de la couche de liaison et de la couche de roulement. La couche de liaison permet de spécialiser la couche de roulement au confort et à la sécurité des usagers.
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La couche de roulement d’une chaussée est la seule couche perçue par les usagers. Elle assure :
- La fonction de protection de l’assise contre les agressions du trafic, du climat et des polluants accidentels
- La sécurité et le confort des usagers
- Le déplacement d’usagers différents (véhicules, cycles, piétons)
Elle doit résister à une circulation souvent canalisée avec des freinages fréquents et s’intégrer à l’environnement architectural. Elle doit limiter les bruits de roulement des véhicules.
2. Dimensionnement de la chaussée
Le dimensionnement d’une chaussée neuve ou l’élargissement d’une voie fait intervenir la vocation de la voie, le trafic poids lourds (PL), l’agressivité du trafic PL et le coefficient d’agressivité, la durée de service, le classement géotechnique des sols naturels, l’état hydrique du sol support sensible à l’eau, le type d’hiver et l’indice de gel, la vérification au gel/dégel. L’objectif premier des méthodes de dimensionnement des chaussées est de fixer les règles qualitatives et quantitatives permettant de choisir et concevoir le profil vertical des structures de chaussée, compte tenu des données des projets (durée de vie, trafic annuel, climat, contraintes de réalisation, etc.) et de la politique économique des maîtres d’ouvrage (investissement initial, budget d’entretien/renforcement).
2.1. Paramètres de dimensionnement
Le trafic constitue un élément essentiel du dimensionnement des chaussées. A chaque passage de véhicules, le poids des véhicules est transmis à la chaussée, sous forme de pressions, par l’intermédiaire des pneumatiques. Le calcul de dimensionnement fait donc intervenir le trafic cumulé qui circule sur la chaussée durant la période de service prévue. Les poids lourds sont les seuls véhicules pris en considération pour décrire et quantifier le trafic dans les opérations de conception et de dimensionnement de la chaussée. La classe d’un trafic est exprimée en moyenne journalière annuelle (MJA) à l’année de mise en service, par sens de circulation et pour la voie la plus large. Dans certaines agglomérations, on tiendra compte aussi d’un taux d’accroissement annuel du trafic PL.
Le maître d’ouvrage choisira aussi une durée de service ou durée initiale de calcul qui est fonction de sa stratégie d’investissement. Cette durée sera en général comprise entre 10 et 20 ans. C’est la durée pour laquelle l’ouvrage réalisé n’entraînera aucun entretien structurel. Un risque de calcul est fixé par le maître d’ouvrage et correspond à la probabilité de rupture de la chaussée à l’issue de la durée de service.
Le dimensionnement de la chaussée dépend également de la classe de portance exigée au marché pour la plate-forme support. L’état hydrique du sol support, les données climatiques ont aussi une influence sur la résistance, la durabilité, la déformabilité des chaussées et de leur support. Le dimensionnement doit subir une vérification au gel/dégel en fonction de la localisation géographique du projet et son exposition aux rigueurs hivernales.
Le dimensionnement de la chaussée doit, enfin, tenir compte de la qualité et des caractéristiques mécaniques des matériaux pour assises.
2.2. Les 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
2.2.1. 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. D’une épaisseur comprise entre 30 et 60 cm, une chaussée souple est composée d’une couche de surface en matériaux bitumineux.
2.2.2. 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). Communément appelée chaussée semi-rigide, la chaussée à assise traitée aux liants hydrauliques comporte une couche de surface bitumineuse qui repose sur une assise en matériaux traités aux liants hydrauliques (20 à 50 cm d’épaisseur).
2.2.3. Chaussées rigides
Constituée d’un revêtement en béton de ciment pervibré ou fluide, cette chaussée rigide comporte les couches suivantes : une couche de roulement, une couche de fondation et une couche de forme.
3. Rôle et Fonctions de la Couche de Surface
La couche de surface joue un rôle essentiel dans la performance globale de la chaussée. Ses principales fonctions sont les suivantes :
- Résistance aux efforts horizontaux: La couche de surface doit résister aux efforts horizontaux exercés par les pneumatiques des véhicules, notamment lors de l'accélération, du freinage et de la mise en rotation.
- Imperméabilité: Elle doit empêcher l'eau de pénétrer dans les couches inférieures de la chaussée, car l'eau peut déliter les granulats et ramollir les sols fins, réduisant ainsi leur portance.
- Sécurité et confort des usagers: La couche de roulement, qui constitue la partie supérieure de la couche de surface, doit assurer la sécurité et le confort des usagers en offrant une bonne adhérence, en limitant les bruits de roulement et en s'intégrant à l'environnement architectural.
- Protection de l'assise: Elle protège les couches d'assise contre les agressions du trafic, du climat et des polluants accidentels.
- Support du trafic: Permettre le déplacement de différents usagers (véhicules, cycles, piétons).
4. Matériaux Utilisés pour la Couche de Surface
Les matériaux utilisés pour la couche de surface varient en fonction du type de chaussée et des exigences spécifiques du projet. On distingue principalement :
- Matériaux bitumineux: Ils sont utilisés dans les chaussées souples et semi-rigides. Les revêtements bitumineux peuvent être des enrobés bitumineux, des bétons bitumineux ou des enduits superficiels.
- Béton de ciment: Il est utilisé dans les chaussées rigides. Le béton de ciment peut être pervibré ou fluide.
5. Structures de Chaussées en Fonction du 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. On distingue plusieurs classes de trafic, allant de t7 (de 0 à 2 PL/j) à T0 (de 751 à 2 000 PL/j). Ces classes de trafic définissent deux grandes catégories de routes :
- Les voiries à faible trafic (classes de t7 à t3+)
- Les voiries à moyen et fort trafics (classes de T3 à T0)
6. La 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, telles que les routes départementales, les routes communales, les voiries agricoles, les voiries forestières, les voiries viticoles, les voiries de lotissement, les aires de trafic industrielles et les aires de stationnement.
7. 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
7.1. Pourquoi la 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
7.2. Faut-il une Couche de Forme ?
Afin d’améliorer et d’uniformiser la portance du sol, on est amené à interposer, 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.
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