Construction d'une Autoroute Urbaine

Comprendre la Planification d'une Autoroute Urbaine

La construction d'une autoroute en milieu urbain est un projet complexe qui nécessite une planification minutieuse. Au-delà des aspects techniques de conception routière, il faut considérer l'emprise foncière considérable, les mouvements de terre (déblais et remblais), les coûts de construction élevés, et les impacts socio-environnementaux (bruit, pollution, fragmentation urbaine). Les calculs préliminaires permettent d'estimer l'ampleur du projet, d'évaluer sa faisabilité et d'anticiper les mesures d'intégration et de compensation nécessaires. Cet exercice se concentre sur quelques aspects quantitatifs de base : l'emprise, les volumes de terrassement simplifiés et les coûts.

Données de l'étude

On étudie la création d'un nouveau tronçon d'autoroute urbaine de 2x2 voies.

Caractéristiques du Tronçon et de la Plateforme :

Longueur du tronçon d'autoroute (\(L_{\text{tronçon}}\)) : \(5 \, \text{km}\)
Configuration : 2x2 voies
- Largeur d'une voie de circulation (\(l_{\text{voie}}\)) : \(3.50 \, \text{m}\)
- Largeur de la bande d'arrêt d'urgence (BAU) de chaque côté (\(l_{\text{BAU}}\)) : \(2.50 \, \text{m}\)
- Largeur du terre-plein central (TPC) (\(l_{\text{TPC}}\)) : \(3.00 \, \text{m}\)
- Largeur des accotements extérieurs (hors BAU, pour dispositifs de sécurité, signalisation, etc.) de chaque côté (\(l_{\text{accotement}}\)) : \(1.00 \, \text{m}\)
Emprise supplémentaire pour talus, fossés, bassins, etc. : On estime que cela représente une surlargeur moyenne de \(10 \, \text{m}\) de chaque côté de la plateforme autoroutière.

Terrassement (pour une section spécifique) :

Section en déblai : Longueur \(L_{\text{déblai}} = 500 \, \text{m}\), profondeur moyenne de déblai \(H_{\text{déblai}} = 4.0 \, \text{m}\). Pente des talus de déblai : 2H/1V (2 pour 1).
Section en remblai : Longueur \(L_{\text{remblai}} = 300 \, \text{m}\), hauteur moyenne de remblai \(H_{\text{remblai}} = 2.5 \, \text{m}\). Pente des talus de remblai : 3H/2V (1.5 pour 1).

Coûts Estimatifs :

Coût linéaire moyen de construction de l'autoroute (hors ouvrages d'art majeurs) : \(15 \text{ millions d'euros/km}\)
Coût total estimé des ouvrages d'art spécifiques sur le tronçon (ponts, passages inférieurs) : \(25 \text{ millions d'euros}\)

Schéma : Coupe Transversale Type d'une Autoroute 2x2 Voies

Profil en travers schématique d'une autoroute 2x2 voies.

Questions à traiter

Calculer la largeur totale de la plateforme autoroutière (\(L_{\text{plateforme}}\)).
Calculer la largeur totale de l'emprise foncière nécessaire (\(L_{\text{emprise}}\)) pour l'autoroute.
Calculer la superficie totale de l'emprise foncière (\(S_{\text{emprise}}\)) pour l'ensemble du tronçon de 5 km, en hectares.
Pour la section en déblai de \(500 \, \text{m}\) de long :
1. Calculer la largeur en crête du déblai (au niveau du TN), en considérant la largeur de la plateforme et les pentes des talus.
2. Estimer le volume de déblais (\(V_{\text{déblai}}\)) pour cette section en supposant une section transversale trapézoïdale moyenne.
Pour la section en remblai de \(300 \, \text{m}\) de long :
1. Calculer la largeur en pied du remblai, en considérant la largeur de la plateforme et les pentes des talus.
2. Estimer le volume de remblais (\(V_{\text{remblai}}\)) pour cette section en supposant une section transversale trapézoïdale moyenne.
Calculer le coût total estimatif de construction du tronçon d'autoroute.
Quels sont les principaux types d'impacts (environnementaux et sociaux) à anticiper pour un tel projet en milieu urbain, et quelles grandes catégories de mesures d'insertion ou compensatoires pourraient être envisagées ?

Correction : Construction d’une Autoroute Urbaine

Question 1 : Largeur Totale de la Plateforme Autoroutière (\(L_{\text{plateforme}}\))

Principe :

La largeur de la plateforme est la somme des largeurs des voies, des BAU, du TPC et des accotements extérieurs.

Formule(s) utilisée(s) :

L_{\text{plateforme}} = (2 \times \text{Nbre voies/sens} \times l_{\text{voie}}) + (2 \times l_{\text{BAU}}) + l_{\text{TPC}} + (2 \times l_{\text{accotement}})

Ici, 2x2 voies signifie 2 voies par sens de circulation.

Données spécifiques :

Nombre de voies par sens = 2
\(l_{\text{voie}} = 3.50 \, \text{m}\)
\(l_{\text{BAU}} = 2.50 \, \text{m}\)
\(l_{\text{TPC}} = 3.00 \, \text{m}\)
\(l_{\text{accotement}} = 1.00 \, \text{m}\)

Calcul :

\begin{aligned} L_{\text{plateforme}} &= (2 \times 2 \times 3.50 \, \text{m}) + (2 \times 2.50 \, \text{m}) + 3.00 \, \text{m} + (2 \times 1.00 \, \text{m}) \\ &= (14.00 \, \text{m}) + (5.00 \, \text{m}) + 3.00 \, \text{m} + (2.00 \, \text{m}) \\ &= 24.00 \, \text{m} \end{aligned}

Résultat Question 1 : La largeur totale de la plateforme autoroutière est de \(24.00 \, \text{m}\).

Question 2 : Largeur Totale de l'Emprise Foncière (\(L_{\text{emprise}}\))

Principe :

La largeur totale de l'emprise est la largeur de la plateforme plus les surlargeurs pour talus, fossés, etc., de chaque côté.

Formule(s) utilisée(s) :

L_{\text{emprise}} = L_{\text{plateforme}} + (2 \times \text{Surlargeur}_{\text{moyenne}})

Données spécifiques :

\(L_{\text{plateforme}} = 24.00 \, \text{m}\)
\(\text{Surlargeur}_{\text{moyenne}} = 10 \, \text{m}\) (de chaque côté)

Calcul :

\begin{aligned} L_{\text{emprise}} &= 24.00 \, \text{m} + (2 \times 10 \, \text{m}) \\ &= 24.00 \, \text{m} + 20 \, \text{m} \\ &= 44.00 \, \text{m} \end{aligned}

Résultat Question 2 : La largeur totale de l'emprise foncière nécessaire est de \(44.00 \, \text{m}\).

Question 3 : Superficie Totale de l'Emprise Foncière (\(S_{\text{emprise}}\))

Principe :

La superficie totale est le produit de la largeur de l'emprise par la longueur du tronçon. Conversion en hectares (\(1 \, \text{ha} = 10\,000 \, \text{m}^2\)).

Formule(s) utilisée(s) :

S_{\text{emprise}} (\text{m}^2) = L_{\text{emprise}} \times L_{\text{tronçon}}\] \[S_{\text{emprise}} (\text{ha}) = \frac{S_{\text{emprise}} (\text{m}^2)}{10000}

Données spécifiques :

\(L_{\text{emprise}} = 44.00 \, \text{m}\)
\(L_{\text{tronçon}} = 5 \, \text{km} = 5000 \, \text{m}\)

Calcul :

\begin{aligned} S_{\text{emprise}} (\text{m}^2) &= 44.00 \, \text{m} \times 5000 \, \text{m} \\ &= 220\,000 \, \text{m}^2 \\ S_{\text{emprise}} (\text{ha}) &= \frac{220\,000 \, \text{m}^2}{10\,000 \, \text{m}^2/\text{ha}} \\ &= 22 \, \text{ha} \end{aligned}

Résultat Question 3 : La superficie totale de l'emprise foncière pour le tronçon est de \(220\,000 \, \text{m}^2\), soit \(22 \, \text{hectares}\).

Question 4 : Section en Déblai

Question 4a : Largeur en Crête du Déblai (\(L_{\text{crête,déblai}}\))

Principe :

La largeur en crête du déblai est la largeur de la plateforme plus la largeur des talus de chaque côté. La largeur d'un talus est \(H_{\text{déblai}} \times \text{Pente horizontale (pour 1V)}\).

Pente 2H/1V signifie 2m horizontal pour 1m vertical. Donc, pour une profondeur \(H_{\text{déblai}}\), la largeur du talus est \(2 \times H_{\text{déblai}}\).

Formule(s) utilisée(s) :

L_{\text{crête,déblai}} = L_{\text{plateforme}} + 2 \times (H_{\text{déblai}} \times \text{Ratio Pente H})

Données spécifiques :

\(L_{\text{plateforme}} = 24.00 \, \text{m}\)
\(H_{\text{déblai}} = 4.0 \, \text{m}\)
Ratio Pente H (pour 1V) = 2

Calcul :

\begin{aligned} L_{\text{crête,déblai}} &= 24.00 \, \text{m} + 2 \times (4.0 \, \text{m} \times 2) \\ &= 24.00 \, \text{m} + 2 \times 8.0 \, \text{m} \\ &= 24.00 \, \text{m} + 16.0 \, \text{m} \\ &= 40.00 \, \text{m} \end{aligned}

Résultat Question 4a : La largeur en crête du déblai est de \(40.00 \, \text{m}\).

Question 4b : Volume de Déblais (\(V_{\text{déblai}}\))

Principe :

Le volume de déblai pour une section trapézoïdale est \(V = \text{Aire}_{\text{section}} \times L_{\text{déblai}}\). L'aire de la section transversale du déblai est \(A_{\text{déblai}} = H_{\text{déblai}} \times (L_{\text{plateforme}} + \text{Ratio Pente H} \times H_{\text{déblai}})\) (aire d'un trapèze dont la petite base est la plateforme et les côtés s'élargissent avec la pente).

Formule(s) utilisée(s) :

A_{\text{déblai}} = H_{\text{déblai}} \times (L_{\text{plateforme}} + \text{Ratio Pente H} \times H_{\text{déblai}})\] \[V_{\text{déblai}} = A_{\text{déblai}} \times L_{\text{déblai}}

Données spécifiques :

\(H_{\text{déblai}} = 4.0 \, \text{m}\)
\(L_{\text{plateforme}} = 24.00 \, \text{m}\)
Ratio Pente H = 2
\(L_{\text{déblai}} = 500 \, \text{m}\)

Calcul :

\begin{aligned} A_{\text{déblai}} &= 4.0 \, \text{m} \times (24.00 \, \text{m} + 2 \times 4.0 \, \text{m}) \\ &= 4.0 \, \text{m} \times (24.00 \, \text{m} + 8.0 \, \text{m}) \\ &= 4.0 \, \text{m} \times 32.00 \, \text{m} \\ &= 128.00 \, \text{m}^2 \\ V_{\text{déblai}} &= 128.00 \, \text{m}^2 \times 500 \, \text{m} \\ &= 64\,000 \, \text{m}^3 \end{aligned}

Résultat Question 4b : Le volume de déblais estimé est de \(64\,000 \, \text{m}^3\).

Quiz Intermédiaire 1 : Une pente de talus de 2H/1V signifie :

Pour 2m de hauteur, on a 1m de largeur.
Une pente de 50%.
Pour 1m de dénivelé vertical, on a 2m de distance horizontale.
Une pente de 2%.

Question 5 : Section en Remblai

Question 5a : Largeur en Pied du Remblai (\(L_{\text{pied,remblai}}\))

Principe :

La largeur en pied du remblai est la largeur de la plateforme plus la largeur des talus de chaque côté. La largeur d'un talus est \(H_{\text{remblai}} \times \text{Ratio Pente H}\). Pente 3H/2V signifie (3/2)m horizontal pour 1m vertical. Ratio Pente H = 1.5.

Formule(s) utilisée(s) :

L_{\text{pied,remblai}} = L_{\text{plateforme}} + 2 \times (H_{\text{remblai}} \times \text{Ratio Pente H})

Données spécifiques :

\(L_{\text{plateforme}} = 24.00 \, \text{m}\)
\(H_{\text{remblai}} = 2.5 \, \text{m}\)
Ratio Pente H (pour 1V) = 3/2 = 1.5

Calcul :

\begin{aligned} L_{\text{pied,remblai}} &= 24.00 \, \text{m} + 2 \times (2.5 \, \text{m} \times 1.5) \\ &= 24.00 \, \text{m} + 2 \times 3.75 \, \text{m} \\ &= 24.00 \, \text{m} + 7.50 \, \text{m} \\ &= 31.50 \, \text{m} \end{aligned}

Résultat Question 5a : La largeur en pied du remblai est de \(31.50 \, \text{m}\).

Question 5b : Volume de Remblais (\(V_{\text{remblai}}\))

Principe :

Aire de la section de remblai \(A_{\text{remblai}} = H_{\text{remblai}} \times (L_{\text{plateforme}} + \text{Ratio Pente H} \times H_{\text{remblai}})\).

Formule(s) utilisée(s) :

A_{\text{remblai}} = H_{\text{remblai}} \times (L_{\text{plateforme}} + \text{Ratio Pente H} \times H_{\text{remblai}})\] \[V_{\text{remblai}} = A_{\text{remblai}} \times L_{\text{remblai}}

Données spécifiques :

\(H_{\text{remblai}} = 2.5 \, \text{m}\)
\(L_{\text{plateforme}} = 24.00 \, \text{m}\)
Ratio Pente H = 1.5
\(L_{\text{remblai}} = 300 \, \text{m}\)

Calcul :

\begin{aligned} A_{\text{remblai}} &= 2.5 \, \text{m} \times (24.00 \, \text{m} + 1.5 \times 2.5 \, \text{m}) \\ &= 2.5 \, \text{m} \times (24.00 \, \text{m} + 3.75 \, \text{m}) \\ &= 2.5 \, \text{m} \times 27.75 \, \text{m} \\ &= 69.375 \, \text{m}^2 \\ V_{\text{remblai}} &= 69.375 \, \text{m}^2 \times 300 \, \text{m} \\ &= 20812.5 \, \text{m}^3 \end{aligned}

Résultat Question 5b : Le volume de remblais estimé est de \(20812.5 \, \text{m}^3\).

Question 6 : Coût Total Estimatif de Construction

Principe :

Le coût total est la somme du coût linéaire et du coût des ouvrages d'art.

Formule(s) utilisée(s) :

\text{Coût}_{\text{total}} = (\text{Coût}_{\text{linéaire/km}} \times L_{\text{tronçon,km}}) + \text{Coût}_{\text{ouvrages}}

Données spécifiques :

\(\text{Coût}_{\text{linéaire/km}} = 15 \text{ millions d'euros/km}\)
\(L_{\text{tronçon,km}} = 5 \, \text{km}\)
\(\text{Coût}_{\text{ouvrages}} = 25 \text{ millions d'euros}\)

Calcul :

\begin{aligned} \text{Coût}_{\text{total}} &= (15\,000\,000 \, \text{€/km} \times 5 \, \text{km}) + 25\,000\,000 \, \text{€} \\ &= 75\,000\,000 \, \text{€} + 25\,000\,000 \, \text{€} \\ &= 100\,000\,000 \, \text{€} \end{aligned}

Résultat Question 6 : Le coût total estimatif de construction du tronçon d'autoroute est de 100 millions d'euros.

Question 7 : Impacts et Mesures Compensatoires/d'Insertion

Principaux Impacts Environnementaux et Sociaux :

Environnementaux :
- Consommation d'espace et fragmentation des habitats naturels et agricoles.
- Imperméabilisation des sols et modification du régime hydrologique (ruissellement).
- Pollution de l'air (émissions des véhicules) et sonore (bruit du trafic).
- Pollution de l'eau et des sols (ruissellement des chaussées chargées en polluants).
- Impact sur la faune (effet barrière, mortalité routière) et la flore.
- Impact paysager.
Sociaux :
- Déplacements de populations ou expropriations.
- Coupures urbaines, modification des cheminements piétons et cyclistes.
- Nuisances sonores et visuelles pour les riverains.
- Impact sur l'activité agricole ou économique locale (perte de terres).
- Modification de l'accessibilité et des dynamiques de déplacement.

Grandes Catégories de Mesures d'Insertion ou Compensatoires :

Mesures d'Évitement : Optimisation du tracé pour minimiser l'impact sur les zones sensibles.
Mesures de Réduction :
- Protections acoustiques (écrans, merlons).
- Revêtements de chaussée peu bruyants.
- Ouvrages de franchissement pour la faune (passages à faune).
- Bassins de traitement des eaux de ruissellement.
- Plantations et aménagements paysagers pour l'intégration visuelle.
- Couverture partielle ou totale de l'autoroute en zone dense.
Mesures de Compensation :
- Recréation d'habitats naturels ou de zones humides.
- Programmes de reboisement.
- Indemnisation des expropriés.
- Amélioration des dessertes locales ou des modes de transport alternatifs.
Mesures d'Accompagnement : Suivi environnemental, information et concertation avec les populations.

Résultat Question 7 : Les impacts sont multiples (fragmentation, pollutions, coupures). Les mesures incluent l'évitement, la réduction (protections acoustiques, passages à faune, traitement des eaux) et la compensation (recréation d'habitats, indemnisations).

Quiz Intermédiaire 2 : L'emprise foncière d'une autoroute correspond à :

Uniquement la largeur des voies de circulation.
La largeur de la plateforme (voies + BAU + TPC).
La largeur totale du terrain nécessaire, incluant plateforme, talus, fossés, et autres dépendances.
La longueur totale du tronçon.

Glossaire

Plateforme Autoroutière: Surface comprenant les chaussées, les bandes d'arrêt d'urgence (BAU) et le terre-plein central (TPC).
Emprise Foncière: Surface totale de terrain nécessaire à la réalisation d'un projet d'infrastructure, incluant la plateforme, les talus, les fossés, les bassins de rétention, les aires de service, etc.
Déblai: Opération de terrassement consistant à enlever des terres pour amener le terrain au niveau souhaité (en creusant).
Remblai: Opération de terrassement consistant à apporter des terres pour surélever le terrain au niveau souhaité.
Talus: Surface inclinée de terrain créée lors des opérations de déblai ou de remblai pour assurer la stabilité des terres.
Ouvrage d'Art: Construction de génie civil de grande importance et complexité, telle qu'un pont, un tunnel, un viaduc, nécessaire au franchissement d'un obstacle.
Mesures Compensatoires: Actions mises en œuvre pour contrebalancer les impacts négatifs résiduels d'un projet sur l'environnement, après application des mesures d'évitement et de réduction.
Mesures d'Insertion: Ensemble des dispositions prises pour intégrer au mieux un projet d'infrastructure dans son environnement paysager, social et écologique.

Construction d’une Autoroute Urbaine

Données de l'étude

Schéma : Coupe Transversale Type d'une Autoroute 2x2 Voies

Questions à traiter

Correction : Construction d’une Autoroute Urbaine

Question 1 : Largeur Totale de la Plateforme Autoroutière (\(L_{\text{plateforme}}\))

Principe :

Formule(s) utilisée(s) :

Données spécifiques :

Calcul :

Question 2 : Largeur Totale de l'Emprise Foncière (\(L_{\text{emprise}}\))

Principe :

Formule(s) utilisée(s) :

Données spécifiques :

Calcul :

Question 3 : Superficie Totale de l'Emprise Foncière (\(S_{\text{emprise}}\))

Principe :

Formule(s) utilisée(s) :

Données spécifiques :

Calcul :

Question 4 : Section en Déblai

Question 4a : Largeur en Crête du Déblai (\(L_{\text{crête,déblai}}\))

Principe :

Formule(s) utilisée(s) :

Données spécifiques :

Calcul :

Question 4b : Volume de Déblais (\(V_{\text{déblai}}\))

Principe :

Formule(s) utilisée(s) :

Données spécifiques :

Calcul :

Question 5 : Section en Remblai

Question 5a : Largeur en Pied du Remblai (\(L_{\text{pied,remblai}}\))

Principe :

Formule(s) utilisée(s) :

Données spécifiques :

Calcul :

Question 5b : Volume de Remblais (\(V_{\text{remblai}}\))

Principe :

Formule(s) utilisée(s) :

Données spécifiques :

Calcul :

Question 6 : Coût Total Estimatif de Construction

Principe :

Formule(s) utilisée(s) :

Données spécifiques :

Calcul :

Question 7 : Impacts et Mesures Compensatoires/d'Insertion

Principaux Impacts Environnementaux et Sociaux :

Grandes Catégories de Mesures d'Insertion ou Compensatoires :

Quiz Rapide : Testez vos connaissances (Récapitulatif)

Glossaire

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