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Calcul des Épaisseurs de Chaussée

Exercice : Calcul d'Épaisseur de Chaussée VRD

Calcul des Épaisseurs de Chaussée (VRD)

Contexte : Le dimensionnement d'une chaussée soupleStructure routière composée de couches de matériaux bitumineux et granulaires, qui se déforme de manière élastique sous les charges du trafic..

Le dimensionnement d'une structure de chaussée est une étape cruciale dans la conception d'une route. Il vise à déterminer les épaisseurs des différentes couches (roulement, base, fondation) pour qu'elles puissent résister aux agressions du trafic et du climat pendant une durée de service définie, sans subir de dégradations inacceptables. Cet exercice se concentre sur une méthode simplifiée, inspirée des guides techniques français, pour dimensionner la voirie d'un nouveau lotissement.

Remarque Pédagogique : Cet exercice vous apprendra à jongler avec les trois paramètres fondamentaux du dimensionnement : le trafic, la portance du sol support, et les caractéristiques des matériaux de la chaussée.

Objectifs Pédagogiques

  • Comprendre le rôle de chaque couche dans une structure de chaussée.
  • Calculer le trafic cumulé en essieux équivalents sur une durée de vie.
  • Utiliser un abaque de dimensionnement pour déterminer l'épaisseur totale requise.
  • Répartir l'épaisseur totale entre les couches de base et de fondation.

Données de l'étude

On souhaite dimensionner la structure de la chaussée pour une nouvelle voie de desserte dans un lotissement. La durée de vie attendue pour le projet est de 20 ans.

Structure type d'une chaussée souple
Couche de roulement (BBSG) Couche de base (Grave-Bitume) Couche de fondation (GNT) Sol Support (PST) e1 e2 e3
Paramètre Description Valeur Unité
Trafic Moyen Journalier (TMJA) Estimation du trafic à la mise en service 450 véh/jour
Pourcentage Poids Lourds (%PL) Part du trafic PL (> 3,5t) 5 %
Taux de croissance (τ) Croissance annuelle du trafic 2 % / an
Indice CBR du sol Portance de la Plateforme Support de Terrassement (PST) 6 %

Questions à traiter

  1. Calculer le trafic poids lourds cumulé sur 20 ans, exprimé en nombre d'essieux équivalents de 13 tonnes (\(NE_{13t}\)).
  2. Que se passerait-il si une étude géotechnique plus poussée révélait que le sol support est de moins bonne qualité, avec un indice CBR de 4 ? Quelle serait la nouvelle épaisseur équivalente requise ?
  3. En revenant au CBR initial de 6, déterminer l'épaisseur totale équivalente de la structure de chaussée requise pour protéger le sol support.
  4. Justifiez le choix d'utiliser de la Grave-Bitume en couche de base plutôt que de réaliser toute la structure en GNT. Quels sont les avantages et inconvénients ?
  5. Proposer une structure de chaussée finale (pour un CBR de 6) en définissant les épaisseurs des couches de base et de fondation. On imposera une couche de roulement de 6 cm de Béton Bitumineux Semi-Grenu (BBSG)Type d'enrobé bitumineux couramment utilisé pour les couches de roulement. Il offre un bon compromis entre adhérence, durabilité et bruit de roulement..

Les bases du Dimensionnement de Chaussée

Le principe est de construire une structure suffisamment épaisse et rigide pour que les contraintes transmises au sol support par les roues des véhicules soient suffisamment faibles pour ne pas le déformer.

1. Le Trafic en Essieux Équivalents
L'agressivité d'un véhicule sur la chaussée n'est pas linéaire avec son poids. On utilise une unité de compte, l'essieu équivalentUnité de référence (généralement un essieu de 13 tonnes en France) permettant de quantifier l'agressivité du trafic poids lourd sur la durée de vie de la chaussée., pour cumuler les dommages créés par tous les poids lourds. La formule de cumul sur 'n' années est : \[ \text{NE} = 365 \times \text{TMJA}_{\text{PL}} \times \frac{(1+\tau)^n - 1}{\tau} \times \text{CAM} \] Où \(\text{TMJA}_{\text{PL}}\) est le trafic moyen journalier de poids lourds, \(\tau\) le taux de croissance, et \(\text{CAM}\) le coefficient d'agressivité moyenCoefficient forfaitaire qui représente l'agressivité moyenne d'un poids lourd par rapport à l'essieu de référence de 13 tonnes. du trafic.

2. La Portance du Sol et l'Indice CBR
Le sol support est la fondation de la route. Sa capacité à supporter des charges sans poinçonnement est mesurée par l'indice CBR (California Bearing Ratio)Un essai de pénétration qui mesure la force nécessaire pour enfoncer un piston dans un sol. Le résultat, exprimé en %, quantifie la capacité portante du sol.. Un CBR faible (ex: 3%) indique un mauvais sol qui nécessitera une chaussée épaisse, tandis qu'un CBR élevé (ex: 20%) indique un bon sol.

Correction : Calcul des Épaisseurs de Chaussée (VRD)

Question 1 : Calcul du trafic cumulé (\(NE_{13t}\))

Principe

L'objectif est de convertir un trafic hétérogène (différents types de camions) circulant sur 20 ans en une valeur unique, le nombre d'essieux équivalents (NE), qui représente l'endommagement total que la chaussée subira.

Mini-Cours

L'agressivité d'un essieu sur une chaussée suit une loi en puissance de 4 ou 5. Cela signifie qu'un essieu deux fois plus lourd est environ \(2^4 = 16\) fois plus dommageable. Le Coefficient d'Agressivité Moyen (CAM) est une moyenne pondérée de l'agressivité de tous les poids lourds attendus. Pour les routes à faible trafic, on utilise des valeurs forfaitaires.

Remarque Pédagogique

La clé de ce calcul est de bien décomposer le problème : 1. Isoler le trafic poids lourd. 2. Projeter son évolution dans le temps. 3. Appliquer un coefficient pour traduire ce trafic en "dommage" structurel.

Normes

La méthode de calcul du trafic et les classes de trafic sont définies en France par la norme NF P 98-086. Les catalogues de structures de chaussées neuves s'appuient sur ces calculs.

Formule(s)

On calcule d'abord le trafic PL moyen journalier la première année (\(\text{TMJA}_{\text{PL},0}\)), puis on applique la formule de cumul.

\[ \text{TMJA}_{\text{PL},0} = \text{TMJA} \times \% \text{PL} \]
\[ \text{NE} = 365 \times \text{TMJA}_{\text{PL},0} \times \frac{(1+\tau)^n - 1}{\tau} \times \text{CAM} \]
Hypothèses

Pour une voie de desserte de lotissement, le trafic est peu agressif. On fait donc les hypothèses suivantes, courantes pour ce type de projet.

  • Le coefficient d'agressivité moyen (CAM) est pris égal à 0,3 pour un trafic faible et diversifié.
  • Le calcul est fait pour un seul sens de circulation (le plus chargé), soit la totalité du trafic PL.
Donnée(s)

Nous extrayons les données pertinentes de l'énoncé.

  • \(\text{TMJA} = 450 \text{ véh/jour}\)
  • \(\%\text{PL} = 5 \%\)
  • \(\tau = 2 \%/\text{an} = 0,02\)
  • \(n = 20 \text{ ans}\)
  • \(\text{CAM} = 0,3\)
Astuces

Le terme \(\frac{(1+\tau)^n - 1}{\tau}\) est un facteur de capitalisation. Pour 20 ans et 2%, il vaut environ 24,3. Un calcul rapide (\(365 \times 22.5 \times 24.3 \times 0.3\)) permet de vérifier l'ordre de grandeur (environ 60 000).

Schéma (Avant les calculs)

On peut visualiser la croissance du trafic PL sur la durée de vie du projet.

Évolution du trafic PL journalier
22.533.4PL/jourTemps (années)
Calcul(s)

Le calcul se déroule en deux temps : calcul du trafic PL initial, puis application de la formule de cumul.

Étape 1 : Calcul du \(\text{TMJA}_{\text{PL}}\) initial

\[ \begin{aligned} \text{TMJA}_{\text{PL},0} &= 450 \times \frac{5}{100} \\ &= 22,5 \text{ PL/jour} \end{aligned} \]

Étape 2 : Calcul du nombre d'essieux équivalents cumulés sur 20 ans

\[ \begin{aligned} \text{NE} &= 365 \times 22,5 \times \frac{(1+0,02)^{20} - 1}{0,02} \times 0,3 \\ &= 8212,5 \times \frac{1,4859 - 1}{0,02} \times 0,3 \\ &= 8212,5 \times 24,297 \times 0,3 \\ &\approx 59855 \end{aligned} \]
Schéma (Après les calculs)

Non applicable pour ce calcul numérique.

Réflexions

Un trafic de 60 000 essieux équivalents est considéré comme un trafic très faible. Cela correspond à une classe de trafic T50 dans les catalogues de structures français, typique des voies résidentielles.

Points de vigilance

L'erreur la plus commune est d'oublier d'utiliser le taux de croissance sous sa forme décimale (0,02 et non 2) dans la formule. Attention également à bien appliquer le CAM à la fin du calcul.

Points à retenir

Retenez la méthode : Trafic PL journalier \(\Rightarrow\) Cumul sur la durée de vie \(\Rightarrow\) Pondération par l'agressivité (CAM). C'est la séquence logique pour déterminer la sollicitation de calcul.

Le saviez-vous ?

Le concept d'essieu équivalent a été développé suite au "AASHO Road Test", une expérience à très grande échelle menée aux États-Unis à la fin des années 1950 pour quantifier l'impact réel des camions sur les routes.

FAQ
Pourquoi utilise-t-on un essieu de 13 tonnes comme référence en France ?

C'est la charge légale maximale autorisée pour un essieu simple en France. C'est donc la référence la plus logique pour quantifier les dommages maximaux.

Résultat Final

Le trafic cumulé à prendre en compte pour le dimensionnement est d'environ 60 000 essieux équivalents.

\[ \text{NE}_{13\text{t}} \approx 6 \times 10^4 \]
A vous de jouer

Calculez le trafic cumulé si le taux de croissance du trafic était de 3% par an au lieu de 2%.

Question 2 : Impact d'un sol de moins bonne qualité (CBR = 4)

Principe

Un sol de plus faible portance (CBR plus bas) est plus déformable. Pour le protéger et lui transmettre une contrainte admissible, la structure de chaussée doit être plus épaisse ou plus rigide pour mieux répartir la charge.

Mini-Cours

Le CBR est directement lié au module de résilienceMesure de la rigidité d'un sol. C'est sa capacité à se déformer de manière élastique (sans se rompre) sous une charge et à revenir à sa forme initiale. (rigidité) du sol. Une relation empirique courante est \(E (\text{MPa}) \approx 10 \times \text{CBR}\). Ainsi, un sol à CBR 6 a un module d'environ 60 MPa, tandis qu'un sol à CBR 4 a un module de 40 MPa. Il est donc 1,5 fois moins rigide et se déformera plus sous la même charge.

Remarque Pédagogique

Cette question illustre un point fondamental en géotechnique : une investigation précise du sol n'est jamais une dépense superflue. Elle conditionne directement le coût et la pérennité de l'ouvrage qui sera construit dessus.

Normes

Les classes de portance des plateformes (PST) sont définies dans le Guide des Terrassements Routiers (GTR). Un sol avec un CBR de 4 correspondrait à une plateforme de faible portance, de classe PF1 ou PF2.

Formule(s)

Il n'y a pas de formule directe ici, la résolution se fait par lecture graphique sur un abaque de dimensionnement. La relation sous-jacente est de type empirique.

Hypothèses

On suppose que le trafic (NE) reste inchangé et que l'abaque de dimensionnement utilisé est valide pour cette nouvelle valeur de CBR.

Donnée(s)

Les données d'entrée pour la lecture sur l'abaque sont :

  • Trafic cumulé, \(\text{NE} = 6 \times 10^4\)
  • Nouvel Indice CBR = 4 %
Astuces

Lorsque vous lisez un abaque, surtout avec des échelles logarithmiques, utilisez toujours une règle pour assurer la précision de votre lecture verticale et horizontale.

Schéma (Avant les calculs)

On utilise le même abaque que pour la question suivante, mais en entrant avec la valeur CBR=4 sur l'axe horizontal.

Lecture sur l'abaque pour CBR=4
Indice Portant CBR (%)Épaisseur équivalente (cm)468204050NE = 10^5NE = 5x10^444 cm
Calcul(s)

Par lecture graphique sur un abaque précis (ou par calcul via des formules empiriques), pour un sol avec un CBR de 4 et un trafic de 6x10⁴ essieux, on trouve la nouvelle épaisseur équivalente.

\[ \text{Pour } \text{CBR}=4 \text{ et } \text{NE}=6 \times 10^4 \Rightarrow e_{\text{eq}} \approx 44 \text{ cm} \]
Schéma (Après les calculs)

Le schéma est identique à celui "avant calculs", montrant le résultat de la lecture.

Réflexions

Passer d'un CBR de 6 à 4, ce qui peut sembler une petite variation, a un impact très significatif. L'épaisseur requise augmente de 9 cm (soit environ +25%). Cela engendre un surcoût important en matériaux et en terrassement, soulignant l'importance cruciale des études géotechniques.

Points de vigilance

Ne jamais extrapoler sur un abaque. Si votre valeur de CBR ou de trafic sort des limites du graphique, la méthode n'est plus valide et il faut se référer à une méthode de calcul analytique plus complexe.

Points à retenir

La relation entre la portance du sol et l'épaisseur de chaussée est fortement non-linéaire et inverse : une faible diminution de la qualité du sol entraîne une forte augmentation de l'épaisseur nécessaire.

Le saviez-vous ?

L'essai CBR a été développé par la California Division of Highways (aujourd'hui Caltrans) en 1929. Il est encore aujourd'hui l'un des essais géotechniques les plus utilisés dans le monde pour le dimensionnement des routes et des aéroports.

FAQ
Que faire si le sol est vraiment mauvais (CBR < 3) ?

Dans ce cas, on ne construit généralement pas directement sur le sol. On procède à un traitement du sol en place (avec de la chaux et/ou du ciment) ou à une substitution (on remplace le mauvais sol par un meilleur matériau sur une certaine épaisseur).

Résultat Final

Avec un sol de CBR 4, il faudrait prévoir une structure de chaussée ayant une épaisseur équivalente totale d'environ 44 cm.

\[ e_{\text{eq}} (\text{pour CBR}=4) = 44 \text{ cm} \]
A vous de jouer

En utilisant le simulateur, quelle serait l'épaisseur équivalente requise pour un CBR de 5 ?

Question 3 : Détermination de l'épaisseur totale équivalente (CBR = 6)

Principe

On utilise l'abaque de dimensionnement qui croise la portance du sol (CBR=6) et le trafic calculé à la question 1 (NE=6x10⁴) pour donner l'épaisseur "équivalente" nécessaire. C'est la valeur de référence pour la suite du dimensionnement.

Mini-Cours

L'épaisseur "équivalente" est un concept qui permet de comparer des structures composées de matériaux différents. Elle représente l'épaisseur d'une couche de matériau de référence (ici, la GNT avec un coefficient de 1) qui aurait la même efficacité structurelle que la chaussée multi-couches réelle.

Remarque Pédagogique

Cette étape est le pivot du dimensionnement. Avant cela, nous avons analysé les sollicitations (le trafic). Après, nous allons concevoir la structure. Cette question est le lien entre les deux.

Normes

Les abaques de ce type sont issus du Catalogue des structures types de chaussées neuves, un document de référence en France qui synthétise des décennies de recherche et de retours d'expérience.

Formule(s)

Pas de formule, il s'agit d'une lecture graphique.

Hypothèses

On suppose que les conditions de drainage de la plateforme seront bonnes et que le risque de gel n'est pas un facteur dimensionnant, ce qui est généralement le cas pour des structures de cette épaisseur.

Donnée(s)

Les données d'entrée pour la lecture sur l'abaque sont :

  • Trafic cumulé, \(\text{NE} = 6 \times 10^4\)
  • Indice CBR initial = 6 %
Astuces

Le trafic de 6x10⁴ se situe entre les courbes 5x10⁴ et 10x10⁴. Il faut donc interpoler visuellement pour trouver le point de lecture. Notre trafic étant plus proche de 5x10⁴, le point sera juste au-dessus de la courbe en pointillés verts.

Schéma (Avant les calculs)

Le point d'intersection entre la courbe de trafic et la verticale du CBR du sol nous donne l'épaisseur requise sur l'axe des ordonnées.

Lecture sur l'abaque pour CBR=6
Indice Portant CBR (%)Épaisseur équivalente (cm)468204060NE = 10^5NE = 5x10^435 cm
Calcul(s)

Par lecture graphique, pour un sol avec un CBR de 6 et un trafic de 6x10⁴ essieux, on trouve une épaisseur équivalente nécessaire pour protéger le sol.

\[ \text{Pour } \text{CBR}=6 \text{ et } \text{NE}=6 \times 10^4 \Rightarrow e_{\text{eq}} \approx 35 \text{ cm} \]
Schéma (Après les calculs)

Le schéma est identique à celui "avant calculs".

Réflexions

Une épaisseur équivalente de 35 cm est une valeur cohérente pour un projet de voirie légère sur un sol de qualité moyenne. C'est notre cible de conception pour la question suivante.

Points de vigilance

Ne pas confondre épaisseur équivalente et épaisseur réelle. C'est une erreur fréquente. L'épaisseur réelle de la chaussée sera supérieure à 35 cm, car la plupart des couches auront un coefficient d'équivalence supérieur ou égal à 1.

Points à retenir

L'abaque est l'outil qui synthétise la relation complexe entre trois variables : Trafic (sollicitation), Sol (support) et Épaisseur (réponse structurelle).

Le saviez-vous ?

Les premiers "abaques" routiers n'étaient pas des graphiques mais des tables de valeurs, compilées de manière empirique par des ingénieurs comme l'Écossais John McAdam au début du 19ème siècle, qui a donné son nom au "macadam".

FAQ
Cette méthode est-elle toujours utilisée aujourd'hui ?

Oui, cette approche empirique (basée sur des catalogues) est toujours la plus utilisée pour les projets courants (routes, lotissements). Pour les ouvrages très importants (autoroutes, aéroports), on utilise en complément des méthodes analytiques plus complexes basées sur la mécanique des milieux continus.

Résultat Final

Il faut prévoir une structure de chaussée ayant une épaisseur équivalente totale d'environ 35 cm.

\[ e_{\text{eq}} = 35 \text{ cm} \]
A vous de jouer

Si le sol était meilleur, avec un CBR de 10, quelle serait l'épaisseur équivalente requise ? (Utilisez le simulateur pour vous aider).

Question 4 : Justification du choix des matériaux

Principe

Le choix des matériaux est un compromis technico-économique. On compare une solution "tout GNT" avec une solution mixte "Grave-Bitume + GNT" en se basant sur leurs performances structurelles (rigidité) et leurs contraintes de mise en œuvre.

Mini-Cours

Le coefficient d'équivalence 'a' d'un matériau est inversement proportionnel à sa rigidité (module d'Young E). Un matériau très rigide (Grave-Bitume, E \(\approx\) 7000 MPa) répartit mieux les charges qu'un matériau souple (GNT, E \(\approx\) 200 MPa). Il faut donc moins d'épaisseur de Grave-Bitume pour obtenir le même effet structurel, d'où son coefficient plus faible (a=0,5).

Remarque Pédagogique

Un bon ingénieur ne choisit pas seulement une solution qui "fonctionne" techniquement, mais la solution la plus optimisée, en tenant compte des coûts de construction, de la disponibilité des matériaux locaux, et de la durabilité de l'ouvrage.

Normes

Les caractéristiques des matériaux de chaussée sont définies par un ensemble de normes européennes (série NF EN 13xxx), qui spécifient par exemple la granularité, la propreté, et les performances mécaniques des graves et des enrobés.

Formule(s)

La formule des équivalences permet de comparer les solutions :

\[ e_{\text{eq}} = \sum a_i \times e_i \]
Hypothèses

On suppose que les deux types de matériaux (GNT et Grave-Bitume) sont disponibles à proximité du chantier, ce qui est généralement le cas.

Donnée(s)

Les coefficients de comparaison sont :

  • Coefficient Grave-Bitume : \(a_{\text{GB}} = 0,5\)
  • Coefficient Grave Non Traitée : \(a_{\text{GNT}} = 1,0\)
Astuces

Une règle simple : on place toujours les matériaux les plus rigides en haut de la structure de chaussée, et les plus souples en bas. C'est le principe de la "pyramide inversée" des modules de rigidité.

Schéma (Avant les calculs)

Comparaison visuelle de deux structures ayant la même épaisseur équivalente de 35 cm.

Comparaison de structures
GNT (35 cm)Solution 1Grave-BitumeGNTSolution 2 (Mixte)
Calcul(s)

Il s'agit d'une analyse comparative plutôt que d'un calcul. Le tableau ci-dessous résume les points clés.

CritèreAvantages de la Grave-BitumeInconvénients de la Grave-Bitume
PerformanceTrès bonne rigidité, excellente répartition des charges. Permet de réduire l'épaisseur totale de la structure.-
ÉpaisseurPermet de construire des couches plus minces. Utile en milieu urbain où l'espace vertical (cotes de projet) est limité.-
Coût-Matériau plus cher à l'achat et à la mise en œuvre que la GNT (centrale d'enrobage, transport à chaud...).
DurabilitéBonne résistance à l'eau et au gel, ce qui protège la couche de fondation.Sensible aux fortes chaleurs (orniérage) si mal formulé.
Schéma (Après les calculs)

Non applicable.

Réflexions

La solution mixte est presque toujours préférable pour les trafics, même faibles. La GNT seule est réservée aux chemins agricoles ou aux voiries très légères. La Grave-Bitume apporte une rigidité et une durabilité que la GNT ne peut pas offrir.

Points de vigilance

Attention à ne pas considérer que le coût des matériaux. Une structure plus épaisse en GNT engendre plus de terrassement (déblais), ce qui a un coût et un impact environnemental non négligeables.

Points à retenir

Le choix des matériaux est un arbitrage entre performance structurelle (rigidité, coefficient 'a') et coût global (fourniture, mise en œuvre, terrassements induits).

Le saviez-vous ?

Les enrobés bitumineux (comme la Grave-Bitume) sont des matériaux recyclables à près de 100%. Les anciennes chaussées sont "fraisées" et les granulats récupérés peuvent être réintroduits dans la fabrication de nouveaux enrobés.

FAQ
Pourquoi ne pas tout faire en Grave-Bitume ?

Ce serait techniquement excellent, mais économiquement non viable pour la plupart des projets. La GNT en fondation est un matériau de "remplissage" structurel beaucoup moins cher qui permet d'atteindre l'épaisseur requise à moindre coût.

Résultat Final

On choisit une structure mixte car, bien que plus chère au m³, elle permet de réduire significativement l'épaisseur totale des terrassements et d'assurer une meilleure durabilité et une meilleure répartition des charges sur le sol support.

A vous de jouer

Si la GNT coûtait 25 €/m³ et la Grave-Bitume 100 €/m³, quelle solution serait la moins chère en termes de coût matériaux pour une surface de 1 m² ? (Solution 1: 0.35m³ de GNT; Solution 2: 0.15m³ de GB + 0.30m³ de GNT).

Question 5 : Proposition d'une structure de chaussée finale

Principe

Ayant l'épaisseur équivalente cible (35 cm) et les coefficients des matériaux, on cherche une combinaison d'épaisseurs réelles qui satisfait l'équation d'équivalence tout en respectant les règles de l'art (épaisseurs minimales et constructibilité).

Mini-Cours

La couche de roulementCouche supérieure de la chaussée, en contact direct avec les pneus. Elle assure l'étanchéité et le confort de roulement. (BBSG) n'est généralement pas prise en compte dans le calcul structurel pour les chaussées souples à faible trafic. Son rôle est d'assurer l'uni, l'adhérence, et l'étanchéité. Les couches de baseCouche structurelle située sous la couche de roulement. Elle répartit les charges du trafic vers la couche de fondation. et de fondationCouche la plus basse de la structure de chaussée, reposant sur le sol. Elle assure la diffusion des contraintes vers le sol support., elles, constituent le "corps" de la chaussée qui diffuse les charges.

Remarque Pédagogique

Le dimensionnement n'est pas une science exacte qui donne un seul résultat. Il existe souvent plusieurs combinaisons valides. Le rôle de l'ingénieur est de choisir la plus pertinente en fonction du contexte du projet (coûts, contraintes, etc.).

Normes

Les règles de l'art imposent des épaisseurs minimales pour la mise en œuvre des matériaux afin de garantir un bon compactage et une bonne tenue. Par exemple, environ 12-15 cm pour la GNT et 6-8 cm pour la Grave-Bitume.

Formule(s)

L'épaisseur équivalente totale doit être égale à la somme des épaisseurs réelles de chaque couche structurelle, pondérées par leur coefficient.

\[ e_{\text{eq}} = a_{\text{base}} \times e_{\text{base}} + a_{\text{fondation}} \times e_{\text{fondation}} \]
Hypothèses

On suppose que les épaisseurs des couches seront des multiples de 5 cm pour faciliter la mise en œuvre et le contrôle sur chantier.

Donnée(s)

Les données pour le calcul de la structure sont :

  • Épaisseur équivalente cible, \(e_{\text{eq}} = 35 \text{ cm}\)
  • Coefficient Grave-Bitume, \(a_2 = 0,5\)
  • Coefficient GNT, \(a_3 = 1,0\)
Astuces

Commencez par fixer l'épaisseur du matériau le plus "efficace" (ici, la Grave-Bitume) à une valeur minimale et réaliste (ex: 15 cm), puis calculez l'épaisseur de l'autre matériau nécessaire pour combler le reste.

Schéma (Avant les calculs)

On part de la structure type avec des épaisseurs inconnues à déterminer.

Structure à dimensionner
BBSG (6 cm)Grave-Bitume (e2 = ?)GNT (e3 = ?)Sol Support (CBR=6)
Calcul(s)

On doit trouver des épaisseurs réelles \(e_2\) et \(e_3\) qui respectent l'équation. On procède par itération.

Essai : Fixons une épaisseur de Grave-Bitume de 15 cm (valeur courante et constructive).

\[ \begin{aligned} 35 &= 0,5 \times 15 + 1,0 \times e_3 \\ 35 &= 7,5 + e_3 \\ e_3 &= 35 - 7,5 \\ &= 27,5 \text{ cm} \end{aligned} \]

On arrondit à une valeur constructive supérieure, soit \(e_3 = 30\) cm. On vérifie que notre structure est bien suffisante :

\[ \begin{aligned} e_{\text{eq, fournie}} &= 0,5 \times 15 + 1,0 \times 30 \\ &= 7,5 + 30 \\ &= 37,5 \text{ cm} \end{aligned} \]

Comme \(37,5 \text{ cm} > 35 \text{ cm}\), la structure est validée.

Schéma (Après les calculs)

La structure finale avec les épaisseurs calculées.

Structure finale dimensionnée
BBSG (6 cm)Grave-Bitume (15 cm)GNT (30 cm)Sol Support (CBR=6)
Réflexions

La structure totale fait 51 cm d'épaisseur (6+15+30). C'est une épaisseur conséquente qui devra être prise en compte dans le projet de terrassement pour caler les altitudes de la route (le "projet fini").

Points de vigilance

Toujours arrondir les épaisseurs calculées à la valeur constructive supérieure (souvent par pas de 5 cm). Sous-dimensionner, même d'un centimètre, peut réduire la durée de vie de la chaussée de plusieurs années.

Points à retenir

La conception finale d'une structure de chaussée consiste à traduire une épaisseur théorique équivalente en un empilement de couches réelles, en utilisant les coefficients d'équivalence des matériaux et en respectant les contraintes de mise en œuvre.

Le saviez-vous ?

La couleur noire des routes n'est pas un hasard. Le bitume, un résidu du pétrole, est naturellement noir. Cette couleur a l'avantage d'absorber la chaleur du soleil, ce qui peut aider à faire fondre la neige et la glace en hiver.

FAQ
Existe-t-il une autre structure possible ?

Oui. Par exemple, on aurait pu choisir 20 cm de Grave-Bitume. Le calcul donnerait : \(e_3 = 35 - 0,5 \times 20 = 25\) cm. La structure 6cm BBSG + 20cm GB + 25cm GNT est donc aussi valide. Le choix entre les deux se ferait sur des critères économiques.

Résultat Final

La structure de chaussée retenue est la suivante (de haut en bas) :

  • Couche de roulement : 6 cm de BBSG
  • Couche de base : 15 cm de Grave-Bitume
  • Couche de fondation : 30 cm de GNT
A vous de jouer

Quelle serait l'épaisseur de GNT nécessaire si on utilisait seulement 10 cm de Grave-Bitume ?

Outil Interactif : Simulateur de Dimensionnement

Utilisez les curseurs pour voir comment le trafic journalier et la qualité du sol (CBR) influencent l'épaisseur de chaussée requise.

Paramètres d'Entrée
450 véh/jour
6 %
Résultats Clés
Trafic Cumulé (NE) -
Épaisseur Équivalente Requise - cm

Quiz Final : Testez vos connaissances

1. Que mesure principalement l'indice CBR ?

2. Si le trafic Poids Lourds double, l'épaisseur de chaussée requise va...

3. Quelle couche est en contact direct avec le sol support (la PST) ?

4. Un sol avec un CBR de 3% est considéré comme...

5. Lequel de ces matériaux est le plus "efficace" structurellement (coefficient d'équivalence le plus bas) ?

Chaussée Souple
Structure routière composée de couches de matériaux bitumineux et granulaires, qui se déforme de manière élastique sous les charges du trafic.
CBR (California Bearing Ratio)
Un essai de pénétration qui mesure la force nécessaire pour enfoncer un piston dans un sol. Le résultat, exprimé en %, quantifie la capacité portante du sol.
Essieu Équivalent
Unité de référence (généralement un essieu de 13 tonnes en France) permettant de quantifier l'agressivité du trafic poids lourd sur la durée de vie de la chaussée.
GNT (Grave Non Traitée)
Matériau granulaire (mélange de sable et de graviers) utilisé pour les couches de fondation. Il n'a pas de liant hydraulique ou hydrocarboné.
Grave-Bitume (GB)
Matériau de chaussée de haute performance, composé de granulats enrobés de bitume. Utilisé pour les couches de base.
PST (Plateforme Support de Terrassement)
Surface supérieure des terrassements sur laquelle repose la structure de la chaussée. C'est le sol "naturel" ou rapporté et compacté.
Exercice : Calcul des Épaisseurs de Chaussée (VRD)

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