La structure de la chaussée
Par Jean-Luc AKOUETE
Dernière mise à jour : novembre 2016
I. La structure de chaussée
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 l’une après l’autre, dégradent imperceptiblement les performances initiales des matériaux et de leurs interfaces.
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.
A. 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.
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 d’une part 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.
Coupe transversale d’une chaussée
1. 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 argilo-sableux 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. Un examen particulier est nécessaire non seulement en terme d’identification mais aussi en terme de risques d’éventuels tassements ultérieurs.
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).
La PST est constituée d’une épaisseur de sol d’environ un mètre. L’arase qualifie la surface de la PST et principalement sa portance dans le long terme. Cette portance doit être représentative des conditions hydriques les plus défavorables que subira la plate-forme pendant la vie de la chaussée.
On distingue quatre classes d'arase qui conditionne le dimensionnement de la couche de forme.
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.
2. La couche de forme
A court terme, la couche de forme doit être en mesure d’assurer :
- 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.
A 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. Le module minimal de la classe de PF est la valeur utilisée dans le dimensionnement de la structure de chaussée.
Tableau des modules de calcul descriptifs de la plate-forme support de chaussée
3. 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
Elle répartit les contraintes induites par le trafic à un taux compatible avec les limites admissibles du sol support.
La couche de base
C’est la couche la plus proche de la couche de surface. Elle reçoit des contraintes et des déformations notables.
4. La couche de surface
Elle est constituée de la couche de liaison et de la couche de roulement.
La couche de liaison
La couche de liaison permet de spécialiser la couche de roulement au confort et à la sécurité des usagers.
La couche de roulement
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.
Concernant les types de matériaux bitumineux utilisés, on peut citer :
- Les enduits superficiels d’usure : monocouche, bicouche, en grave laitier, enduis coulé à froid (ECF) ;
- Les enrobés coulés à chaud : béton bitumineux soit ultra-mince (BBUM), soit très mince (BBTM), soit mince (BBM), soit semi-grenu (BBSG), soit à module élevé (BBME), soit drainant (BBDr) ;
- Les enrobés coulés à froid ;
- Les couches de roulement en béton de ciment mince collé (BCMC).
Références et sitothèques
Une voirie pour tous - Certu
Autopsie d’une chaussée - Tristan LORINO - LCPC
Dimensionnement des structures des chaussées urbaines - Certu
Manuel ce conception des chaussées neuves à faible trafic - Setra - LCPC
Apport du drainage dans la conception des plates-formes support de chaussées - Setra
Guide technique pour l’utilisation des matériaux régionaux d’Ile-de-France - Décembre 2003
http://www.certu.fr
http://www.setra.developpement-durable.gouv.fr