La structure de la chaussée
Par Jean-Luc Akouete
Dernière mise à jour : octobre 2018
1. 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.
1.1. 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 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.
1.1.1. 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 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.
1.1.2. 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.
1.1.3. 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.
Tableau des modules de calcul descriptifs de la plate-forme support de chaussée
1.2. 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.
1.3. 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.
2. 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).
2.1. Paramètres de dimensionnement
Le trafic constitue un élément essentiel du dimensionnement des chaussées. A 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.
Tableau des classes de trafic journalier
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.
2.2. 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.
2.2.1. 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.
Chaussée souple
2.2.2. 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 semi-rigides
2.2.3. Chaussées rigides
Une chaussée rigide est constituée d’un revêtement en béton de ciment pervibré ou fluide.
En règle générale, une chaussée en béton comporte, à partir du sol, les couches suivantes :
- Une couche de forme ;
- Une couche de fondation ;
- Une couche de roulement en béton de ciment.
Chaussées rigides
Références et sitothèque
- Caractéristiques générales des chaussées
- Guide pour la réalisation des terrassements des plateformes de bâtiments et d’aires industrielles dans le cas de sols sensibles à l’eau - Syndicat Professionnel des Terrassiers de France
- 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