Identification géotechnique de matériaux concassés-types en corps de chaussées et évaluation de leur qualité

Université Cheikh Anta Diop de Dakar

Faculté des Sciences et Techniques

Département de Géologie

DEA
Mémoire de Diplôme d'Etudes Approfondies en Géosciences

Option : Environnements sédimentaires
Mention : Géotechnique

Identification géotechnique de matériaux

concassés-types en corps de chaussées et

évaluation de leur qualité

Présenté et soutenu publiquement le 24 / 06 / 2008 par :
Makhaly BA
Maître ès Sciences
Devant la commission d'examen composée de :

Mamadou FALL Président UCAD

Meïssa FALL Rapporteur UCAD

Mouhamadoul Bachir DIOUF Examinateur UCAD

Moustapha DIENE Examinateur UCAD

AVANT PROPOS

A travers ce travail, je voudrais rendre un hommage mérité aux personnes qui ont contribué de près ou de loin à l'élaboration de ce mémoire de Diplôme d'Etudes Approfondies.

Monsieur Mamadou FALL, Maître de conférences, pour le suivi et l'encadrement constant qu'il accorde aux étudiants. Il n'a ménagé aucun effort pour nous trouver des stages dans les entreprises. Plus qu'un professeur, il est un père pour moi.

Monsieur Mouhamadoul Bachir DIOUF, Maître de conférences, pour avoir été mon premier maître en géologie et d'avoir participé jusque là à ma formation.

Monsieur Meïssa FALL, Docteur-Ingénieur en Génie civil et minier, pour avoir dirigé l'encadrement scientifique et la rédaction de ce travail. C'est grâce à lui que ce mémoire peut aujourd'hui être présenté. Avec lui, j'apprends peu à peu les théories souvent complexes de la mécanique des sols et de la géotechnique. Je suis heureux de pouvoir lui exprimer ma reconnaissance.

Monsieur Moustapha DIENE, Maître de conférences, d'avoir accepté de participer au jury.

Monsieur Bocar Malick MBOW, Ingénieur à JLS, pour m'avoir initié à la géotechnique routière. Je le remercie pour les nombreuses séances de travail qu'il m'a accordé au cours desquelles, les interprétations ont été progressivement améliorées. Il a mis à notre disposition tous les moyens techniques dont il disposait pour les essais au laboratoire.

Monsieur Pape Sira MBODJ, Ingénieur à JLS, pour son soutien, son encadrement et sa disponibilité. Tout au long des travaux, il a apporté des critiques et suggestions dans la forme et le fond de ce travail. Il a mis à ma disposition toute la bibliographie nécessaire à la conception et le dimensionnement des chaussées.

Monsieur Ndiawar Camara, Chef du laboratoire géotechnique de JLS, pour m'avoir initié aux techniques souvent difficiles du laboratoire. Son expérience, sa disponibilité et ses conseils m'ont été très utiles.

Monsieur CACHOT, Responsable à la SODEVIT de Bandia, pour m'avoir offert gracieusement les granulats calcaires utilisés dans cette étude.

Monsieur Mapathé NDIOUCK, Industriel, pour la fourniture gratuite du silexite 0/31,5 mm. Nous lui remercions profondément.

Nous remercions tout le personnel du laboratoire géotechnique de JLS : Baye Mbodj, Charles, Samsdine, Diatta.

Je remercie tous les membres de ma famille à Khombole et à Thiès ainsi qu'à mes amis Djiby Diagne, Mamadou Diop, Meissa Tine qui ont tenu à faire le déplacement pour assister à la soutenance.

Je remercie tous mes collègues de promotion : Fatou Ndoye, Seydou BA, Awa Ousmane, Ndèye Maguette Dieng, Nafi Racine Sow, Mariama Kaba, Abib Ngom, Détié Sarr, Abdoul Mbodji, Mamadou Traoré.

Sommaire

Introduction Générale 5

1ère Partie : Synthèse bibliographique

Chapitre 1. - Généralités sur les granulats routiers 8

1. - Définitions et présentation générale 8

2. - Nomenclature et Classification 8

3. - Les fuseaux granulométriques 8

4. - Les différentes approches pour l'étude des matériaux non liés 9

5. - Caractéristiques géométriques des granulats routiers 10

6. - Le Compactage des matériaux 11

7. - Dimensionnement des structures de chaussées 12

Chapitre 2. - Rhéologie des matériaux granulaires 17

1. - Interaction entre les grains 17

2. - Ecoulement des grains en cisaillement plan homogène 17

3. - Comportement expérimental des matériaux granulaires 19

Chapitre 3. - Mélange et compacité granulaires 24

1. - Les mélanges granulaires 24

2. - La compacité granulaire 26

2ème Partie : Identification et Caractéristiques des matériaux - Evaluation de leur qualité Chapitre 1. - Provenance des matériaux de l'étude 32

1. Contexte géologique du Bassin sénégalo-mauritanien 32

1.1. - Les formations basaltiques 32

1.2. - Les formations calcaires 33

1.3. - Les silexites 33

Chapitre 2. - Les caractéristiques mécaniques des granulats 36

1. - Essais caractéristiques de la fabrication 36

2. - Les essais caractéristiques des propriétés intrinsèques 40

3. - Essai Proctor - Essai CBR 41

Conclusion générale et discussions 47

Références bibliographiques 49

Table des matières 51

Liste des Tableaux et des Figures 53

Liste des notations et des abréviations

å : déformation

å₁ : déformation axiale

å_V : déformation volumique

í : Coefficient de Poisson õ : compacité

? : angle de frottement interne

.

ã : taux de cisaillement

ì : coefficient de frottement

ãs : poids spécifique

ãh : masse volumique humide

ãd : masse volumique sèche

ó : contrainte

ó₁ : contrainte axiale ou contrainte déviatorique

ó₃ : contrainte de confinement

ô : contrainte de cisaillement A : Coefficient d'aplatissement

c : cohésion

CBR: indice de portance californien (California bearing ratio)

CEBTP : Centre expérimental du Bâtiment et de Travaux Publiques

Cu : coefficient d'uniformité

D : dimension maximale des grains

d : dimension minimale des grains

E : Module de Young

e : indice des vides

Ec : écartement des grilles à fentes parallèles

ES : Equivalent de Sables

f : Pourcentage des particules fines GNT : Graves Non Traitées

GRH : Grave Reconstituée Humidifiée

H : hauteur

I : nombre inertiel

IC : Indice de concassage LA : coefficient Los Angeles

LCPC-SETRA : Laboratoire Central des Ponts et Chaussées

m : masse

MDE : coefficient Micro-Deval

N : Nombre cumulé de poids lourds NE : Nombre Equivalent d'essieux

n : porosité

OPM : Optimum Proctor RC : Rapport de concassage

TCR : Essai Triaxial à Chargements Répétés

V : vitesse

VDN : Voie de Dégagement Nord w : teneur en eau

Résumé

Au Sénégal, il a été observé une augmentation généralisée du niveau du trafic routier et une rareté des matériaux latéritiques de bonne qualité. Ceci limite la disponibilité de ces matériaux qui sont très usités dans la réalisation des assises de chaussées.

Ce mémoire s'inscrit dans le cadre des recherches sur l'utilisation de matériaux de substitution en construction routière. Des études ont été faites au laboratoire de géotechnique de Jean Lefebvre - Sénégal allant dans le sens d'utiliser les granulats concassés de basalte, calcaire et silexite en corps de chaussée.

Le travail consistait à reconstruire un mélange 0/31,5 mm à partir des différentes classes granulaires et d'en déterminer les caractéristiques physiques et mécaniques ainsi que les essais d'identification pour déterminer en laboratoire l'aptitude des tout-venants à être utilisés en corps de chaussée.

Les résultats obtenus en laboratoire permettent d'envisager l'utilisation des granulats concassés de basalte, calcaire et silexite en construction routière. Les indices de portance CBR obtenus pour les différents types de matériaux sont supérieurs à ceux exigés par les spécifications du CEBTP.

Le basalte, de par ses performances satisfait entièrement aux spécifications techniques pour la réalisation des corps de chaussées.

Le silexite peut également être utilisé en couche d'assise. Cependant des améliorations doivent être apportées à l'élaboration de ce matériau quant à sa forme et sa granularité.

L'utilisation du calcaire en couche de base doit être limitée aux trafics inférieurs ou égaux à T3 du fait des faibles résistances à l'usure et au frottement.

Il faut noter également que, attribuer des performances mécaniques à des graves non traitées principalement à partir des mesures de dureté des granulats est cependant réducteur et pas toujours satisfaisant. Ceci met en avant tout l'intérêt de l'essai triaxial à chargements répétés qui permet de caractériser le comportement des matériaux non liés à partir du mélange granulaire oeuvré, plus représentatif de l'état du matériau dans la chaussée, et non plus à partir des seules caractéristiques des ses granulats.

Mots-clés : granulat - tout-venant - basalte - calcaire - silexite - CBR - CEBTP.