Généralités sur les chaussées
Définition des chaussées
Les chaussées se présentent comme des structures multicouches mises en œuvre sur un ensemble appelé plate-forme support de chaussée constituée du sol terrassé (dit sol support) surmonté généralement d’une couche de forme.
Les structures des chaussées constituent des ensembles très complexes, ceci est dû essentiellement à un ensemble de variables qui interagissent et influencent aussi bien la conception que les performances des chaussées (Rioux, 1993).
Chaque couche composant la structure de chaussée joue un rôle déterminant sur les performances ultérieures. Les matériaux constitutifs des différentes couches doivent présenter des propriétés leur permettant d’être aptes à assurer le rôle respectif de chaque couche.
La structure de chaussée sera établie selon ses propriétés. Bien que le sol support, qui constitue l’infrastructure d’une chaussée, ne soit pas souvent considéré comme une couche, ses caractéristiques influencent la conception d’une chaussée.
Les fonctions des couches composant la structure des chaussées sont résumées dans les sections suivantes.
Les couches constituant la chaussée
La couche de forme
Cette couche de transition entre le sol support et le corps de chaussée a une double fonction :
– pendant la phase de travaux, elle protège le sol support, elle établit une qualité de nivellement et permet la circulation des engins pour l’approvisionnement des matériaux et la construction des couches de chaussée,
– vis-à-vis du fonctionnement mécanique de la chaussée, elle permet de rendre plus homogènes et éventuellement d’améliorer les caractéristiques dispersées des matériaux de remblai ou du terrain en place ainsi que de les protéger du gel.
Le rôle des couches formant le corps de chaussée :
- les couches d’assise : fondation et base.
- la couche de surface
Peut être distingué par leur apport aux fonctions que doit assurer la chaussée.
Les couches d’assise
L’assise de chaussée est généralement constituée de deux couches, la couche de fondation surmontée de la couche de base. Ces couches en matériaux élaborés (le plus souvent liés pour les chaussées à trafic élevé) apportent à la chaussée la résistance mécanique aux charges verticales induites par le trafic. Elles répartissent les pressions sur la plate-forme support afin de maintenir les déformations à ce niveau dans des limites admissibles.
La couche de surface
La couche de surface est constituée de :
- la couche de roulement, qui est la couche supérieure de la structure de chaussée sur laquelle s’exercent directement les agressions conjuguées du trafic et du climat,
- et le cas échéant d’une couche de liaison, entre les couches d’assise et la couche de roulement.
C’est à l’interface entre la couche de surface et la couche de base que l’on trouvera éventuellement les dispositifs visant à ralentir la remontée des fissures des couches d’assises traitées aux liants hydrauliques.
Des caractéristiques de surface de la couche de roulement dépendent pour une large part de la qualité d’usage de la chaussée. La couche de surface contribue en outre à la pérennité de la structure de chaussée en particulier par la fonction d’étanchéité vis-à-vis de l’assise.
Les dégradations courantes dans les chaussées
Les dégradations les plus couramment rencontrées, selon la nature et la qualité des différentes couches, sont décrites ci-après.
Couche de roulement
- Usure due aux efforts tangentiels exercés par les charges roulantes,
- Orniérage par fluage dans des conditions excessives de température et de sollicitations par le trafic,
- Fissuration de fatigue par suite d’une mauvaise adhérence de la couche de roulement bitumineuse à l’assise,
- Fissuration par remontée des fissures des couches d’assise de chaussée,
- Fissuration par fatigue thermique suite à un vieillissement du bitume.
Couches d’assise traitées
- Fissuration de fatigue due à la répétition des efforts de traction par flexion au passage des charges,
- Fissuration de prise et de retrait thermique des graves traitées aux liants hydrauliques,
- Fissuration due aux gradients thermiques des dalles de béton,
- Pompage et décalage de dalles dans les couches présentant des fissures de retrait ou des joints, du fait d’une mauvaise qualité du transfert de charge et de l’érodabilité du support.
Couches d’assise non liées et support de chaussée
- Déformations permanentes de la structure (affaissement, orniérage…) dues au cumul de déformations plastiques.
Les types de chaussées
Il y a une grande diversité de structures de chaussée, que l’on classe dons les familles suivantes :
- souples,
- bitumineuses épaisses,
- à assise traitée aux liants hydrauliques,
- à structure mixte,
- à structure inverse,
- en béton de ciment.
Les chaussées souples
Ces structures comportent une couverture bitumineuse relativement mince (inférieure à 15 cm), parfois réduite à un enduit pour les chaussées à très faible trafic, reposant sur une ou plusieurs couches de matériaux granulaires non traités. L’épaisseur globale de la chaussée est généralement comprise entre 30 et 60 cm.
Les chaussées bitumineuses épaisses :
Ces structures se composent d’une couche de roulement bitumineuse sur un corps de chaussée en matériaux traités aux liants hydrocarbonés, fait d’une ou deux couches (base et fondation). L’´épaisseur des couches d’assise est le plus souvent comprise entre 15 et 40 cm.
Les chaussées à assise traitée aux liants hydrauliques
Ces structures sont qualifiées couramment de “semi-rigides”. Elles comportent une couche de surface bitumineuse sur une assise en matériaux traités aux liants hydrauliques disposés en une ou deux couches (base et fondation) dont l’épaisseur totale est de l’ordre de 20 à 50 cm.
Les chaussées à structure mixte :
Ces structures comportent une couche de roulement et une couche de base en matériaux bitumineux (épaisseur de la base : 10 à 20 cm) sur une couche de fondation en matériaux traités aux liants hydrauliques (20 à 40 cm). Les structures qualifiées de mixtes sont telles que le rapport de l’´épaisseur de matériaux bitumineux à l´épaisseur totale de chaussée soit de l’ordre de 1/2.
Les chaussées à structure inverse :
Ces structures sont formées de couches bitumineuses, d’une quinzaine de centimètres d’´épaisseur totale, sur une couche de grave non traitée (environ 12 cm) reposant elle-même sur une couche de fondation en matériaux traités aux liants hydrauliques. L’´épaisseur totale atteint 60 à 80 cm.
Les chaussées en béton de ciment :
Ces structures comportent une couche de béton de ciment de 15 à 40 cm d’épaisseur qui sert de couche de roulement éventuellement recouverte d’une couche mince en matériaux bitumineux. La couche de béton repose soit sur une couche de fondation (en matériaux traités aux liants hydrauliques ou en béton de ciment), soit sur une couche drainante en grave non traitée, soit sur une couche d’enrobé reposant elle-même sur une couche de forme traitée aux liants hydrauliques.
La dalle de béton peut être continue avec un renforcement longitudinal (“béton armé continu”), ou discontinue avec ou sans élément de liaison aux joints. Ci-dessous nous présentons les structures de chausse en béton de ciment.
Ces structures combinent une couche de béton de ciment (pour leurs propriétés de durabilité et leur haut module) avec des couches en matériaux bitumineux (pour leurs bonnes propriétés d’adaptations). L’intérêt technique et économique de ces structures dépend essentiellement de la qualité et de la pérennité de l’adhérence mécanique du collage avec interface entre ces couches. Ci-dessous deux types de structures composites sont présentés : le béton de ciment mince collé [Silwerbrand, 1998] et le béton armé continu (BAC) sur grave bitume (GB).
Comportement des chaussées à dalle en béton :
Chaussées à dalle non armées et non goujonnées « chaussé non articulées et non renforcées »
Pour ce type de chaussée, la fissuration spontanée est réduite par la réalisation des joints.
Ces joints peuvent être soit moulés dans le béton, soit sciés dans le béton jeune. On distingue les joints longitudinaux de construction et de retrait puis les joints transversaux de construction et de retrait.
Bien que les joints permettent de réduire significativement les problèmes de fissuration, ils constituent néanmoins des points faibles pour ce type de chaussée.
Chaussées à dalle non armées, à joints goujonnées «chaussées articulées et non renforcées »
L’implantation des goujons au droit de chaque joint permet l’amélioration du comportement des joints transversaux et du transfert de charge entre dalles. Les goujons sont constitués par des barres d’acier lisse, mises en place dans le béton soit par insertion avec vibration dans le béton frais, soit posés à 1′ avance sur des berceaux. Ce type de chaussée présente une très bonne durabilité (Jeuffroy, 1983).
Chaussées à dalle armées et joints goujonnées «chaussées articulées et renforcées »
Les armatures de la dalle permettent de reprendre les efforts de traction dus aux passages des véhicules.
Chaussées en béton armé continu« chaussées continues et renforcées »
L’introduction des armatures continues au niveau de la dalle de béton permet la suppression des joints qui constituent des points faibles. Les aciers permettent de reprendre les efforts de traction dus aux moments fléchissant.