La grave non traitée (GNT) est un matériau de construction granulaire essentiel dans le domaine du bâtiment et des travaux publics (BTP). Grâce à ses propriétés mécaniques et à sa capacité à supporter et répartir de lourdes charges au sol, la GNT joue un rôle crucial dans la réalisation de routes, de dallages et de divers travaux de terrassement.
Définition et Composition de la GNT
La grave non traitée (GNT) est un granulat composé d’un mélange de matériaux granulaires inertes, comprenant du sable et des gravillons. Contrairement à d’autres types de graves, la GNT est un mélange non traité, c’est-à-dire qu’elle n’est pas stabilisée par des liants ajoutés tels que le ciment ou le bitume. La GNT répond aux exigences de la norme NF EN 13285, à la différence du tout venant de carrière qui n’est pas un produit normalisé.
Origine et Granulométrie
Selon son site d’extraction, la grave peut provenir de roches meubles (graves alluvionnaires) ou de roches massives (graves concassées provenant de carrières de roche sédimentaire, volcanique ou éruptive). La granulométrie de la GNT doit répondre à des spécifications strictes pour garantir une bonne compacité. Les graves sont disponibles en différentes dimensions, avec d = 0 et 6,3 < D ≤ 90mm. Les dimensions de graves les plus couramment rencontrées sont : grave 0/20 ; 0/31.5 ; 0/40mm.
Paramètres Techniques Clés
Plusieurs paramètres techniques sont essentiels pour évaluer l'adéquation de la GNT à divers usages :
- Portance : Mesurée par l’Indice CBR (California Bearing Ratio), elle indique la capacité de la GNT à supporter des charges.
- Compacité : Cruciale pour assurer la stabilité et la durabilité de la structure, elle est déterminée par le degré de compactage appliqué lors de la mise en œuvre.
- Drainage : Bien que compacte, la GNT doit permettre un certain drainage pour éviter l’accumulation d’eau, qui pourrait affaiblir la structure.
Applications de la GNT
La grave non traitée est largement utilisée dans les travaux de terrassement et de construction en raison de ses caractéristiques techniques et de son coût relativement faible.
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Construction Routière
La GNT est couramment mise en place comme couche de fondation dans la construction de routes. Elle assure la répartition des charges au sol et la stabilité de la chaussée.
Travaux de VRD (Voirie et Réseaux Divers)
La GNT est utilisée dans divers travaux de VRD : terrassement, remblayage de tranchées, création de sous-couches de voiries (routes, trottoirs, places) avant l’application d’un revêtement (béton ou enrobé).
La Structure de Chaussée : Un Aperçu
Les chaussées (routières, ferroviaires, aéroportuaires, de tramway, industrielles, etc.) sont des structures composites, multicouches, souvent complexes, conçues pour résister sur une durée de vie relativement longue aux multiples sollicitations mécaniques (liées principalement au passage de charges lourdes) et climatiques (cycles de température, pluie, gel, UV, etc.), qui dégradent imperceptiblement les performances initiales des matériaux et de leurs interfaces.
Étapes de Construction d’une Route
La construction d’une route passe par les étapes de choix de tracé, terrassement (préparation du terrain, comblement des trous, rognage des bosses, planéité de l’arase de terrassement), mise en œuvre d’une couche de forme (elle participe au fonctionnement mécanique de la chaussée), puis d’une couche d’assise (elle apporte la résistance mécanique aux charges), puis d’une couche d’accrochage (liaison entre couche d’assise et couche de roulement, elle est réalisée avec une émulsion de bitume), et enfin d’une couche de roulement.
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 proprement dit (couches de forme, d’assise, de surface, de fondation, de base, d’usure, de roulement, de liaison) est constitué de deux types de couche, les couches d’assise et la couche de surface.
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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. 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.
Le Sol Support ou la Partie Supérieure des Terrassements (PST)
La nature géologique des sols permet de les classer dans quatre grandes familles :
- Les sols fins argileux : Ce sont les sols les plus couramment rencontrés. Il s’agit de limons, argiles à silex ou à meulières, éboulis argilosableux et des sables infra-gypseux ;
- Les sols de type marno-calcaires : Il s’agit de mélanges de marnes et de calcaires se présentant sous de grandes variétés de forme ;
- Les sols de type sables et graves : Ce sont des sables fins pouvant être propres ou pollués ainsi que des graves alluvionnaires ;
- Les sols remaniés : Ces sols sont constitués par des matériaux d’apport très divers.
Le sol support peut être en remblai, qui est un sol surélevé, ou en déblai, qui est un sol enfoncé. La portance des sols, exprimée en MPa, varie selon leur teneur en eau. Le sol support est désigné dans sa partie supérieure par le terme « Partie Supérieure des Terrassements » (PST). Sa surface constitue l’arase de terrassement (AR).
Les techniques pour améliorer la portance sont :
- Le traitement en place pour les matériaux qui le permettent ;
- La substitution si le défaut de portance est général et que le traitement en place n’est pas envisageable ;
- Les purges quand le défaut de portance est localisé.
La Couche de Forme
À court terme, la couche de forme doit être en mesure d’assurer :
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- La traficabilité quasi tout temps des engins approvisionnant les matériaux de la couche de fondation ;
- 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 dans l’attente de la réalisation de la chaussée.
À long terme, elle doit permettre :
- D’homogénéiser la portance du support pour concevoir des chaussées d’épaisseur constante ;
- De maintenir dans le temps, en dépit des fluctuations de l’état hydrique des sols supports sensibles à l’eau, une portance minimale pouvant être estimée avec une précision suffisante au stade du dimensionnement de la structure de chaussée ;
- D’améliorer la portance de la plate-forme pour optimiser le coût de l’ensemble couche de forme - structure de chaussée.
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.
La Couche d’Assise
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 (ciment, laitier, cendre volante) ;
- Les chaussées rigides, qui sont réalisées en béton de ciment ;
- Les chaussées bitumineuses épaisses, dont les matériaux sont traités avec un liant hydrocarboné (bitume) ;
- 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.
L’assise est composée de deux couches, la couche de fondation et la couche de base. 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. Elle reçoit des contraintes et des déformations notables.
La Couche de Surface
Elle 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. 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.
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).
Paramètres de Dimensionnement
Le trafic constitue un élément essentiel du dimensionnement des chaussées. À 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.
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.
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
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).
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.
Les Différentes 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.
On obtient ainsi :
- 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.
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. On distingue :
- 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.
La Voirie à Faible Trafic dans le Réseau Routier Français
Le réseau routier français totalise environ 1 650 000 kilomètres, soit environ 7 milliards de mètres carrés, dont seulement 29 % pour les routes à moyen et fort trafic. Ce qui veut dire que 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.
Les Caractéristiques Géométriques
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 :
- L’EMPRISE : partie du terrain qui appartient à la collectivité et affectée à la route ainsi qu’à ses dépendances.
- L’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. Les caractéristiques géométriques extrêmes des routes à deux voies de circulation sont données ci-après :
- 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. Les caractéristiques géométriques extrêmes des routes à une voie de circulation sont données ci-après :
- 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
Pourquoi la chaussée est-elle formée de plusieurs couches ?
Rappelons que 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 : la construction de cette couche ne pose pas de problème particulier.
- Couche de fondation : La plupart des matériaux routiers conviennent.
- Couche de base : la construction de cette couche doit faire l’objet d’une attention toute spéciale : le matériau utilisé dans cette couche doit pouvoir résister aux contraintes résultant du trafic.
- Couche de surface
Pourquoi la couche de surface ?
La couche de base est recouverte par une couche de surface pour:
Résister aux efforts horizontaux des pneumatiques : En effet, les pneumatiques exercent sur la chaussée des efforts horizontaux résultant de :
- La transmission de l’effort moteur (accélération),
- La mise en rotation des roues non motrices,
- La transmission de l’effort de freinage.
S’opposer à la pénétration de l’eau : Il est important d’empêcher l’eau de pénétrer dans les couches de la chaussée. Les conséquences sont connues :
- Elle délite les granulats,
- Elle ramollit les sols fins, faisant chuter leur portance.
Faut-il une couche de forme ?
On peut rencontrer dans un même projet des sols de caractéristiques très variables. 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.
Les Différentes Structures de Chaussées
Selon le fonctionnement mécanique de la chaussée, on distingue généralement les trois différents types de structures suivants :
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