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

Conclusion générale et discussions

Les études au laboratoire ont permis d'apprécier les possibilités d'utilisation des granulats concassés en corps de chaussées notamment en couche de base.

Le basalte, de par ses performances physiques et mécaniques, satisfait entièrement aux spécifications techniques pour la réalisation du corps de chaussée.

Le silexite peut également être utilisé en couche d'assise. Cependant des améliorations doivent être apportées à l'élaboration de ce matériau notamment sur 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 de sa faible résistance à l'usure et au frottement.

Cependant, du fait des limites que présentent les résultats des études, limites liées à la non reproductibilité des essais, à l'utilisation d'une seule carrière de calcaire, à l'absence de certaines classes granulaires, à la non réalisation des essais de compression, etc. ;il est nécessaire de:

- Continuer à multiplier les essais,

- Procéder à des améliorations (ciment), à des stabilisations (bitume), ou à des mélanges (litho stabilisation) ;

- Réaliser des planches d'essais pour étudier le comportement sous trafic des matériaux.

L'étude a permis de mettre en évidence les caractéristiques générales des granulats concassés. Ceux-ci présentent des atouts certains par :

- La nature granulaire dépourvue de liant, ce qui constitue un écran contre la remontée des fissures,

- La portance élevée en compacité maximale.

Cependant les critères de spécifications techniques du CEBTP sont discutables pour plusieurs raisons :

- On peut avoir un mélange granulaire optimal avec une courbe granulométrique très bien étalée mais qui sort ou qui n'entre pas parfaitement dans le fuseau de spécification. Ceci démontre clairement les limites du fuseau. Ce dernier ne tient pas compte de la production excessive de fines au cours du compactage de certains matériaux comme les calcaires. De plus, le fuseau s'applique exclusivement aux tout- venants de concassage et non aux graves reconstituées à partir de différentes classes granulaires,

- Des matériaux comme le calcaire ou la latérite ont souvent des indices portant supérieurs à ceux du basalte. C'est pourquoi, si on se base sur cet essai on a tendance à penser, à tort, que le calcaire a les meilleures performances mécaniques que le basalte. Ceci montre que l'indice portant CBR n'est pas un critère de spécification technique fiable pour les matériaux concassés. Cet essai n'est pas adapté à ces types de matériaux ;

- Le paramètre Equivalent de sables retenu dans la spécification pour déterminer la proportion des fines contenues dans le mélange granulaire ne rend pas compte de l'aspect qualitatif de ces fines. Cet essai est de moins en moins utilisé en géotechnique routière depuis l'introduction de la Valeur au bleu de méthylène. Ce dernier fournit des informations sur la nature minéralogique de ces fines qui, si elles sont argileuses, sont responsables des pertes ultérieures de portance en présence d'eau ;

47

- Il faut noter également que, attribuer des performances mécaniques à des Graves Non Traitées principalement à partir des mesures de dureté des granulats (Los Angeles et Micro -Deval) est réducteur et pas toujours satisfaisant. Par exemple en France, les GNT calcaires ne sont utilisées qu'en couche de fondation et pour de faibles niveaux de trafic du fait de leurs faibles résistances mécaniques et de leurs fortes sensibilités à l'eau. Cependant des études ont montré que, sous chargements triaxiaux répétés, les GNT calcaires ont généralement un très bon comportement mécanique caractérisé par une forte rigidité et de faibles niveaux de déformations permanentes ;

- La Porosité est un critère important à condition qu'elle soit déterminée

expérimentalement mais non déduite théoriquement comme le fait la norme ;

- Le principal problème est que ces normes et spécifications ne sont applicables que

dans les conditions climatiques et de trafic pour lesquelles elles ont été établies.

Il sort de cette étude que le comportement mécanique de ces matériaux est encore mal maîtrisé. De ce fait, les méthodes de dimensionnement ne tiennent pas compte parfaitement du comportement rhéologique de ces matériaux.

En effet, l'orniérage est le principal mode de dégradation des chaussées souples. Il est du principalement au cumul des déformations plastiques dans les différentes couches de matériaux non liés. C'est pourquoi un dimensionnement rationnel des chaussées souples passe par une bonne modélisation du comportement mécanique et rhéologique de ces matériaux.

C'est pourquoi le Laboratoire Central des Ponts et Chaussées (LCPC) a mis au point un appareil triaxial à chargements répétés, spécialement conçu pour l'étude des sols supports de chaussées et des matériaux non traités utilisés en couche d'assise.

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 de ses granulats.

48

Références bibliographiques

BCEOM-CEBTP (1975). - Manuel sur les routes dans les zones tropicales et désertiques, tome 2, Etudes et construction - 480 pages.

BCEOM-CEBTP (1984). - Guide Pratique de dimensionnement dans les pays tropicaux, Ministère Français de la Coopération - 155 pages.

CHEVOIR, F. (2005). - Rhéologie des matériaux granulaires. - LMSC - UMR LCPC - ENPC - CNRS - Institut Navier - 59 pages.

DIA, A. (1982). - Contribution à l'étude des caractéristiques pétrographiques, pétrochimiques et géotechniques des granulats basaltiques de la presqu'île du Cap-Vert et du Plateau de Thiès (Carrière de Diack - Sénégal) - Thèse de 3^ème cycle, Fac Sciences, UCAD -179 pages.

DRAME, A. (2004). - Caractérisation géologique et géochimique du panneau I de la carrière de Kirène pour l'approvisionnement en calcaire de la cimenterie : élaboration d'une esquisse d'un schéma d'exploitation. - Mémoire de fin d'études ingénieurs, IST, UCAD, N°133 - 91 pages.

DUPAIN ; LANCHON ; ARROMAN, ST. - (2004). - Granulats, Sols, Ciments et Bétons, 3ème édition - 236 pages.

FALL. M. (1993). - Identification et caractérisation mécanique de graveleux latéritiques du Sénégal : Application au domaine routier - Thèse Doctorat INPL en Génie Civil et Minier (Nancy) - 274 pages.

GABRYSIAK, F. (2007). - Les granulats, Chapitre 2 - 35 pages.

GAYE, M.G. (1995). - Caractérisation et performance d'un granulat - type nouveau en corps de chaussée : les Silexites (produits secondaires dans la chaîne de production de la CSPTTaïba). - Mémoire de fin d'études ingénieurs, IST, UCAD - 69 pages.

GIDEL, G. (2001). - Comportement et valorisation des graves non traitées calcaires utilisées pour les assises de chaussées souples. - Thèse de Doctorat, EDSPI, Université de Bordeaux I - 251 pages.

HABIBALLAH. T. (2005). - Modélisation des déformations permanentes des graves non traitées. Application au calcul de l'orniérage des chaussées souples. - Thèse de doctorat Génie civil, Université de Limoge - 177 pages.

IK CONSULTANCE. (2004). - Rapport d'étude de caractérisation mécanique de granulats à béton de Diack et Bandia - 6 pages.

JEUFFROY, G. (1967). - Conception et construction des chaussées, tome 1, Eyrolles.

JEUFFROY, G. ; SAUTEREY, R. (1991). - Cours de routes : contrôles et qualité - Presses de l'école nationale des ponts et chaussées - 645 pages.

49

LCPC-SETRA. (1994). - Conception et dimensionnement des structures de chaussées : guide technique.

LCPC-SETRA. (1992). - Réalisation des remblais et des couches de forme, Guide technique, Fascicule I - 96 pages.

NDIAYE, N.D. (1996). - Tout-venants concassés de calcaires Paléocène et litho stabilisation pour couche de base des chaussées au Sénégal. - Séminaire international sur les matériaux routiers -67 pages.

OVARLEZ, G. (2002). - Statique et rhéologie d'un milieu granulaire confiné. - Thèse de doctorat, Université de Paris XI Orsay -134 pages.

ROGNON, P. (2006). - Rhéologie des matériaux granulaires cohésifs. Application aux avalanches de neiges denses. - Thèse de doctorat, ENPC - 185 pages.

ROUX, J.N. et al (2007). - Géométrie et propriétés élastiques des matériaux granulaires. - 1 8^ème congrès français de la mécanique - 6 pages.

TCHOUANI NANA. J.M. ; CALLAUD. M. (2004). - Cours de mécanique des sols, Tome 1 : Propriétés des sols - 137 pages.

50

Table des matières

Avant - Propos 1

Sommaire 2

Liste des notations et des abréviations 3

Résumé 4

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

4.1. - L'approche microscopique 9

4.2. - L'approche macroscopique 9

4.3. - L'approche globale 9

5. - Caractéristiques géométriques des granulats routiers 10

5.1. - Etat de surface des granulats 10

5.2. - Angularité des granulats 10

5.3. - La forme des granulats 10

5.4. - La granularité des granulats 11

6. - Le Compactage des matériaux 11

6.1. - Définition 11

6.2. - Rôle du compactage sur la durée de vie des ouvrages 11

6.3. - Les paramètres influents du compactage 11

7. - Dimensionnement des structures de chaussées 12

7.1. - Les modèles empiriques et semi empiriques de dimensionnement 13

7.1.1. - La méthode du CBR 13

7.1.2. - La méthode proposée par le CEBTP pour les pays tropicaux 14

7.2. - Les méthodes rationnelles de dimensionnement 15

Chapitre 2. - Rhéologie des matériaux granulaires 17

1. - Interaction entre les grains 17

2. - Ecoulement des grains en cisaillement plan homogène 17

2.1. - Les régimes d'écoulement 18

2.2. - Les lois de comportement 18

2.2.1. - Loi de frottement de Coulomb 18

2.2.2. - Loi de dilatance 19

3. - Comportement expérimental des matériaux granulaires 19

3.1. - Notion de résistance au cisaillement 19

3.1.1. - Définition 19

3.1.2. - Résistance au cisaillement des sols pulvérulents 20

3.1.3. - Courbes contrainte-déformation d'un matériau pulvérulent 21

3.2. - Evaluation du comportement mécaniques des graves non traitées avec le triaxial à

chargement répété 22

3.3. - Conclusion 23

51

Chapitre 3. - Mélange et compacité granulaires 24

1. - Les mélanges granulaires 24

1.1. - Les mélanges binaires 24

1.2. - Les mélanges ternaires 25

2. - La compacité granulaire 26

2.1. - Mélange de deux granulats secs 26

2.2. - L'effet de paroi 28

2.3. - L'effet d'interférence 28

2.4. - Conclusion 29

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

1.2.1. - Le calcaire gréseux 33

1.2.2. - Le calcaire lumachellique 33

1.2.3. - Le calcaire à entroque 33

1.2.4. - Le calcaire coquillier 33

1.2.5. - Le calcaire crayeux 33

1.2.6. - Le calcaire altéré 33

1.3. - Les silexites 33

Chapitre 2. - Les caractéristiques mécaniques des granulats 36

1 - Essais caractéristiques de la fabrication 36

1.1. - L'Analyse granulométrique 36

1.2. - Le Coefficient d'aplatissement 38

1.3. - L'Equivalent de Sable 39

2. - Les essais caractéristiques des propriétés intrinsèques 40

2.1. - Masses volumiques 40

2.1.1. - Définitions 40

2.2. - Résistance à l'usure et aux chocs 41

2.2.1. - Essai Los Angeles 41

2.2.2 - Essai Micro - Deval 41

3. - Essai Proctor - Essai CBR 41

3.1. - Essai Proctor modifié 41

3.2. - Essai CBR 42

Conclusion générale et Discussions 47

Références bibliographiques 49

Table des matières 51

Liste des Tableaux et des Figures 53

52

Liste des figures et des Tableaux

Figures

Fig. 1. - Structure de chaussée type et répartition des contraintes (LCPC-SETRA, 1994) 13 Fig. 2. - fuseau 0/3 1,5 mm - Concassés 0/d (BCEOM-CEBTP, 1984) 14
Fig. 3. - Loi de contact sans cohésion : (a) contact de hertz décrivant la répulsion

normale N et (b) critère de Coulomb simplifié décrivant le glissement tangentiel

(Rognon, 2006). 17
Fig. 4. - Géométrie d'écoulement et forme du profil de vitesse en cisaillement plan

homogène (Rognon, 2006) 18
Fig. 5. - Comportement rhéologique de grains sans cohésion : (a) loi de frottement,

(b) loi de dilatance, (c) origine du frottement et de la dilatance (Rognon, 2006) 19

Fig. 6. - Courbe contrainte-déformation 20

Fig. 7. - Courbe intrinsèque d'un sol fin 20

Fig. 8. - Courbe intrinsèque d'un sol pulvérulent 21

Fig. 9. - Courbe contrainte-déformation d'un sol pulvérulent 21

Fig. 10. - Essais triaxiaux sur le sable d'Hostun [Bouvard (1982)] in Habiballah (2005). 22

Fig. 11. - Visualisation de la dilatance dans le plan de Rowe (ó₁/ó₃ ; 1-då_v/då₁)

in Habiballah (2005) 23

Fig. 12. - Les mélanges granulaires binaires : méthode graphique (Gabrysiak, 2007) 24

Fig. 13. - Les mélanges granulaires binaires : méthode appliquée aux fuseaux granulométriques (Gabrysiak, 2007) 25

Fig. 14. - Détermination des proportions d'un mélange ternaire de granulats à partir d'un triangle (Gabrysiak, 2007) 25

Fig. 15. - Les mélanges granulaires ternaires : méthode du diagramme triangulaire 26

Fig. 16. - Evolution théorique de l'indice des vides d'un mélange granulaire

Gabrysiak, 2007) 27

Fig. 17. - Effet de la paroi sur la compacité granulaire (Gabrysiak, 2007) 28

Fig. 18. - Disposition sans interférence 28

Fig. 19. - Disposition avec interférence 28

Fig. 20. - Evolution théorique et expérimental de l'indice des vides du mélange

granulaire (Gabrysiak, 2007) 29
Fig. 21. - Modélisation de l'évolution de l'indice des vides (à gauche), de la compacité et de

la porosité (à droite) (Gabrysiak, 2007) 29

Fig. 22. - Carte géologique de la Presqu'île du Cap Vert et du Plateau de Thiès 35

Fig. 23. - Courbe granulométrique de la fraction 0/31,5 mm du basalte dans le fuseau

0/3 1,5 mm - concassés 0/d (BCEOM-CEBTP, 1984) 36
Fig. 24. - Courbe granulométrique de la fraction 0/31,5 mm du calcaire dans le fuseau

0/31,5 mm - concassés 0/d (BCEOM-CEBTP, 1984) 37
Fig. 25. - Courbe granulométrique de la fraction 0/31,5 mm du silexite dans le fuseau

0/3 1,5 mm - concassés 0/d (BCEOM-CEBTP, 1984) 37

53

Fig. 26. - Granulométrie après compactage du calcaire 38

Fig. 27. - Courbes Proctor des différents types de granulats. 42

Fig. 28. - Etude CBR après 96 heures d'imbibition du basalte 0/31,5 mm 43

Fig. 29. - Etude CBR après 96 heures d'imbibition du silexite 0/31,5 mm 43

Fig. 30. - Etude CBR après poinçonnement immédiat du calcaire 0/31,5 mm 44

Fig. 31. - Etude CBR après 96 heures d'imbibition du calcaire 0/3 1,5 mm 44

Fig. 32. - Etude CBR après 8 jours d'imbibition du calcaire 0/31,5 mm 44

Fig. 33. - Etude CBR après 16 jours d'imbibition du calcaire 0/31,5 mm 45

Fig. 34. - Evolution du CBR du Calcaire en fonction de la durée d'imbibition 46

Tableaux

Tableau 1. - Formes des granulats. 11

Tableau 2. - Classes de trafic équivalent et de plate-forme (BCOEM-CEBTP, 1984) 14

Tableau 3. - Valeurs du module de Young (E) pour la grave non traitée selon

le guide technique de conception et de dimensionnement des structures de chaussée

(LCPC-SETRA, 1994) 16

Tableau 4. - Coefficients d'aplatissement des différents types de granulats 39

Tableau 5. - Equivalent de sables des différents types de granulats 40

Tableau 6. - Poids spécifiques des différents types de granulats 40

Tableau 7. - Coefficients Los Angeles et Micro-Deval des différents types de granulats 41 Tableau 8. - Caractéristiques physiques des différents types de granulats 42
Tableau 9. - Les Indices Portant CBR après 96 heures d'imbibition des différents

types de granulats 45
Tableau 10. - Tableau de variation de l'Indice CBR du calcaire en fonction

de la durée d'imbibition 45

Tableau 11. - Tableau récapitulatif des caractéristiques des différents types de granulats 46

54

Mémoire de DEA (Diplôme d'Etudes Approfondies) en Géosciences
Option : Environnements sédimentaires
Mention : Géotechnique

Présenté par :
Makhaly BA

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

Soutenu le Mardi 24 Juin 2008
Devant la commission d'examen composée de :

Mamadou FALL UCAD Président

Meissa FALL UCAD Rapporteur

Mouhammadoul B. DIOUF UCAD Examinateur

Moustapha DIENE UCAD Examinateur