Chroniques des méthodes de dimensionnement des chaussées

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Monographie de la zone d’influence : Alaotra Mangoro

On ne pourra pas aborder le dimensionnement des chaussées sans avoir connu tout d’abord les contextes géologiques et géotechniques d’une zone où l’on va construire la route. Nous allons alors voir les points essentiels de ces contextes qui influent directement sur le dimensionnement des chaussées.

Présentation de la région

L’ensemble de la Direction Régionale du Développement Rural d’Ambatondrazaka (45 048 km2) représente 58 % de la superficie de l’ex-province Autonome de Toamasina dont il fait partie et 8% de la superficie de Madagascar. Limites géographiques :

Entre 16°22 et 20°47 Latitude Sud;

Entre 47°63 et 48°99 Longitude Est.

TYPOLOGIE SOUS-REGIONALE

On peut distinguer quatre (4) sous régions dans la DRDR d’Ambatondrazaka:

L’Alaotra et les cuvettes d’Andilamena et de Didy

C’est une région caractérisée par des sols hydromorphes où la principale activité reste la riziculture associée à des cultures sèches de plateau (manioc) et à l’élevage intensif.

Les parties septentrionale et occidentale d’Andilamena et d’Amparafaravola

Avec un climat nettement plus sec et des formations végétales surtout constituées de savanes, cette zone reste vouée à l’élevage bovin.

Le Haut Mangoro et Moramanga

C’est une sous-région climatique de la « zone au vent » de l’alizé. Le nombre du mois biologiquement secs est inférieur à deux et il en découle des formations denses de ligneux. Les activités principales demeurent l’exploitation forestière et la culture traditionnelle du riz sur tavy.

Les zones Sud- Est et littorales

La zone sud (Marolambo) est caractérisée par la prépondérance du riz tavy et la très faible part prise par la riziculture. Les zones côtières (Mahanoro et Vatomandry) se distinguent par la présence relativement importante du riz irrigué ainsi qu’une diversification de plus en plus importante des cultures de rente.

Milieu physique

Relief et paysages

Zones du plateau intermédiaire

Le relief est surtout caractérisé par la cuvette de l’Alaotra qui est un vaste plateau intermédiaire, situé au milieu des plateaux de la région centrale de Madagascar avec une altitude moyenne de 700 m. Des massifs latéritiques forment les abords aux bassins versants lesquels couvrent une superficie de 7000 km2 environ.

Au pied de l’Angavo, la cuvette de l’Alaotra correspond à un fossé tectonique de direction N.20°E conjugué avec le rejet de mouvements N.20°O responsables de la formation des cuvettes annexes d’Andilamena et de Didy. La cuvette de l’Alaotra est remblayée par des sédiments lacustres pléistocènes qui forment des buttes résiduelles culminant entre 800 et 970m. Dans la cuvette, une vaste dépression à fond plat s’étend sur une superficie approximative de 1 800 km2 (long de 70 km et large de 30 km environ). En avançant vers l’intérieur, dans la zone la plus basse de la cuvette se trouvent les eaux libres ayant une superficie de 200 km2.

Au nord de la zone, entre le Sandratsino et le Sakaleona, l’escarpement oriental se dédouble en deux ressauts successifs parallèles à la côte : à l’ouest la « falaise » de l’Angavo entre 1.300 et 1.600 m et à l’est la « falaise » intérieure Betsimisaraka d’altitude variable.

Il y a lieu de souligner que le phénomène de « lavaka » est très alarmant au niveau de la région et se trouve à l’origine d’un fort ensablement des cuvettes.

Plus au sud, dans la région de Moramanga, un relief « polyédrique » présente des dénivellations considérables (50 à 100 m) entre les crêtes et les talwegs. Le relief de la région est dicté par la succession de failles de direction générale nord 20°E donnant naissance à des escarpements dont l’Angavo. Sa topographie est homogène, caractérisée par des versants à pente forte >50% en général, et des dépressions marécageuses occupant du nord au sud le revers des escarpements. Ces cuvettes très marécageuses reçoivent de nombreuses rivières s’écoulant difficilement vers l’est, barrées par un seuil rocheux. La remarquable continuité de l’escarpement est interrompue uniquement au niveau des vallées.

Des fleuves s’écoulant vers la côte est, des reliefs multi faces résultant d’une très forte dissection qui fragmente le versant en vallons orthogonaux, caractérisent cette unité morphologique. Le relief évolue suivant un phénomène de soutirage déclenchant des glissements et favorisant le redressement des bas de versant.

Zones montagneuses

Ces zones se situent à près de 800 m à 1200 m d’altitude à cheval entre les hauts plateaux et la côte est dans la partie méridionale de la DRDR d’Ambatondrazaka. Ce sont des zones montagneuses peu accidentées et discontinues comprenant des vallées aménageables et des rizières de faible superficie. Ces zones sont constituées par le prolongement de l’escarpement de faille de l’Angavo. Cet étage domine de près de 1000 m le cours supérieur du Mangoro, encaissé dans un graben effilé, suivi au sud par de multiples rivières. Ce gradin supérieur est encore suivi par un palier intermédiaire de 800 à 1 000 m, au dessus du deuxième graben, suivi par les rivières Manambolo et Nosivolo.

Géologie

Concernant les bassins versants d’Ambatondrazaka (Sahamaloto) qui font partie de la bordure du fossé du Lac Alaotra, cinq formations lithologiques les couvrent : alluvions récentes et anciennes sur la partie Est, les migmatites, les gneiss, les migmatites granitoïdes et les granites migmatitiques.

La région du Mangoro fait partie du socle précambrien malgache. D’une manière générale, elle est constituée par des roches gneissiques plus ou moins métamorphisées. Les caractéristiques géologiques et géomorphologiques, suivant le transect Moramanga vers Brickaville montrent : sur les escarpements et les reliefs multifaces (600 à 1 200m d’altitude) : un passage de gneiss à graphites à la formation calcaro-ferro-magnésienne d’Alaotra-Beforona, une faille de direction N20°E ayant un regard vers l’est.7 sur les collines convexes (150 à 600 m) : des formations métamorphiques variées constituant les synclinoriaux emboîtés d’Alaotra-Beforona, avec de nombreuses zones de fractures.

Les types de terrains sédimentaires se rencontrent dans la partie Sud de la région. Ils sont caractérisés par du volcanisme néogène à quaternaire et par un volcanisme crétacé. Le premier caractère prédomine. Ces terrains se présentent sous forme de KARROO de type Sakamena. On rencontre également des types crétacé et de pliocène continental bordant la côte de Mahanoro jusqu’à Toamasina.

Climat

Température

Le climat est du type « tropical d’altitude » : humide et plus ou moins frais.

Il est caractérisé par deux saisons bien séparées :

Saison pluvieuse et moyennement chaude ;

Saison fraîche et relativement sèche,

D’ après les données climatiques mensuelles de l’année 2001 et 2002 relevées sur la station d’Ambohitsilaozana située à 20 km au nord de la ville d’Ambatondrazaka.

Pluviométrie

Au niveau de la Région, c’est l’exposition ou l’abri par rapport aux vents d’Est qui entre fondamentalement en ligne de compte. Les stations tournées vers l’est présentent des caractères qui ne les différencient pas fondamentalement des stations littorales situées la même latitude ; elles s’intègrent étroitement dans le domaine oriental et ce sont les températures qui les caractérisent. En revanche, les stations placées sous le vent d’un chaînon dans un fossé, voire sous le simple abri d’une butte, voient leurs totaux baisser, leur saison sèche s’accentuer. Ceci est particulièrement vrai pour la vallée de Mangoro qui prolonge la dépression de l’Alaotra.

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Table des matières

INTRODUCTION GENERALE
PARTIE I : ASPECTS GENERAUX
Chapitre 1. Chroniques des méthodes de dimensionnement des chaussées
1.1 Introduction
1.2 Énoncé des différentes méthodes de dimensionnement des chaussées
1.2.1 Méthode empirique
1.2.2 Méthode mécanique empirique
1.2.3 Méthode incrémentale
1.3 Méthodes de référence
1.3.1 Trafic
1.3.2 La plate‐forme support de chaussée
1.4 Les méthodes de dimensionnement appliquées à Madagascar
1.4.1 La méthode du CEBTP
1.4.2 La méthode SETRA/LCPC et la méthode LNTPB
Conclusion partielle
Chapitre 2. Monographie de la zone d’influence : Alaotra Mangoro
1. Présentation de la région
2. Milieu physique
2.1 Relief et paysages
2.2. Géologie
2.3. Climat
2.4 Hydrologie
2.5 Sols et végétations
3. Milieux Humain et Social
3.1 La délimitation de la zone d’influence
3.2 Environnement social
4. Secteurs économiques
4.1 Agriculture
4.2 Transport
Conclusion partielle
CONCLUSION
PARTIE II : LES METHODES DE DIMENSIONNEMENT DES CHAUSSEES LES PLUS UTILISEES A MADAGASCAR
A. La méthode de dimensionnement des structures de chaussée SETRA/LCPC
Chapitre 1 Les principes fondamentaux de la méthode
1.1 Généralités
1.1.1 Bref historique de la méthode française de dimensionnement des chaussées
1.1.2 Les fondements et les grandes lignes de la méthode
1.1.3 La notion sur le choix de niveau de service
1.1.4 La notion sur les choix de stratégies d’investissement et d’entretien
1.1.5 Différentes stratégies d’investissement – entretien en relation avec le choix du niveau de service
1.2 Les principes de la méthode
1.2.1 Description des couches d’une chaussée
1.2.2 Modélisation
1.2.3 Caractéristiques des matériaux
1.2.4 Température équivalente
1.2.5 Prise en compte du trafic
1.2.6 Les critères de dimensionnement des chaussées
Conclusion partielle
Chapitre 2 Couche de surface et plate‐forme support de chaussée
2.1 La couche de surface
2.1.1 Démarche pour le choix de la couche de surface
2.1.2 Couche de surface et dimensionnement
2.2 Plate‐forme et sol support
2.2.1 Classification du GTR
2.2.2 Cas de partie supérieure de terrassement (PST), Classe de portance de l’arase de terrassement
2.2.3 Classe de portance à long terme des plates‐formes des chaussées
2.2.4 Couche de forme non traitée
2.2.5 Couche de forme traitée
2.2.6 Caractérisation mécanique pour le dimensionnement
Conclusion partielle
Chapitre 3 Les matériaux de chaussée
3.1 Les Graves Non Traités
3.1.1 Description faite par la norme
3.1.2 Spécifications se rapportant aux constituants
3.1.3 Spécifications se rapportant aux mélanges
3.2.4 Exigences relatives à l’emploi
3.2.5 Performances mécaniques pour le dimensionnement
3.3 Les graves‐bitume
3.3.1 Description faite par la norme
3.3.2 Spécifications se rapportant aux constituants
3.3.3 Spécifications se rapportant aux mélanges
3.3.4 Exigences relatives à l’emploi
3.3.5 Spécifications relatives à la mise en oeuvre
3.3.6 Performances mécaniques pour le dimensionnement
3.5 Les divers bétons bitumineux et autres enrobés à chaud normalisés
3.5.1 Spécifications relatives à la mise en oeuvre
3.5.2 Performances mécaniques pour le dimensionnement
Conclusion partielle
Chapitre 4 Conception et dimensionnement des structures de chaussées neuves
4.1 Contexte général
4.2 Mode de conception des chaussées
4.2.1 Le trafic
4.2.2 Les données climatiques
4.2.3 Propriétés des matériaux
4.3 Données requises pour le dimensionnement des structures neuves
4.3.1 Trafic
4.3.2 Les paramètres de base de calcul
4.3.3 Les données climatiques et d’environnement
4.3.4 Les paramètres descriptifs de la plate‐forme support
4.3.5 Les matériaux élaborés pour couche de chaussée
4.4 La démarche de dimensionnement
4.4.1 Première étape : Pré dimensionnement
4.4.2 Deuxième étape : Calcul de la structure de la chaussée
4.4.3 Troisième étape : Vérification en fatigue de la structure et la déformation du sol support
4.4.4 Quatrième étape : Ajustement des épaisseurs calculées
Conclusion partielle
B. La méthode de dimensionnement des chaussées souples LNTPB
Chapitre 1 Les hypothèses de base
1.1 Bref historique du Laboratoire National des Travaux Publics et du Bâtiment
1.2 L a portance du sol de plate‐forme – climat
1.2.1 Côte – Ouest et Hauts – Plateaux
1.2.2 Côte – Est
1.3 Le trafic
1.4 Durée de vie de la chaussée
1.5 Coefficient d’équivalence des matériaux constitutifs de la chaussée
Conclusion partielle
Chapitre 2 Calcul des épaisseurs de chaussée
2.1 Détermination de l’épaisseur équivalence
2.2 Détermination des épaisseurs réelles de chaque couche et de l’épaisseur totale de la
chaussée
Conclusion partielle
CONCLUSION
PARTIE III : APPLICATION ET ETUDES TECHNIQUES DE LA RN44 SUD AMBOASARY ‐ AMBODIRANO (DU PK 61+500 AU PK 91+500)
A. Dimensionnement de la chaussée
Chapitre 1 Choix de la méthode de dimensionnement à utiliser
1.1 Introduction
1.2 Contexte général de la RN44 SUD Amboasary ‐ Ambodirano
1.2.1 Localisation du projet
1.2.2 Environnement du projet
1.2.3 Reconnaissance faite sur terrain
1.2.4 Essais en laboratoire
1.2.5 Résultats obtenus
1.2.6 Situation du trafic
1.3 La méthode de dimensionnement à choisir
Conclusion partielle
Chapitre 2 Application de la méthode de dimensionnement des chaussées SETRA/LCPC
2.1 Introduction
2.2 Paramètres requises pour l’application de la méthode
2.2.1 Hypothèses de calcul
2.2.2 Recommandation pour le surclassement des plateformes
2.2.3 Les structures variantes retenues pour la RN44 Sud
2.2.4 Récapitulation des résultats du calcul
Conclusion partielle
Chapitre 3 Estimation du coût global de la structure
3.1 Introduction
3.2 Estimation du coût de la construction neuve
3.3 Comparaison des différentes solutions proposées
3.3.1 Comparaison sur la classe de plate‐forme PF1
3.3.2 Comparaison sur la classe de plate‐forme PF2
3.3.3 Comparaison sur la classe de plate‐forme PF3
3.3.4 Récapitulation
3.3.5 Interprétation graphique
3.4 Choix de la variante à retenir
Conclusion partielle
B. Dimensionnement des ouvrages hydrauliques
Chapitre 1 Étude hydrologique
1.1 Généralités
1.2 Étude hydrologique du bassin versant du tronçon étudié
1.2.1 Débit de crue du BV
1.2.2 Calcul du débit proprement dit du projet
Conclusion partielle
Chapitre 2 Étude hydraulique
2.1 Introduction
2.2 Dimensionnement du fossé de pied du PK 87+900 au PK 88+100
2.2.1 Pente du fossé If
2.2.2 Coefficient de rugosité
2.2.3 Débit évacuable par le fossé
2.3 Résultats de calcul de débits
2.4 Dimensionnement des ouvrages de décharge du PK 87+900 au PK 88+100
2.4.1 Pente critique Icr
2.4.2 Vitesse d’écoulement
2.4.3 Conclusion
2.5 Résultats de calcul de dalots
2.6 Brève récapitulation des ouvrages hydrauliques
Conclusion partielle
CONCLUSION
PARTIE IV : ANALYSE FINANCIERE ET ETUDE ENVIRONNEMENTALE
Chapitre 1 Estimation des coûts du projet
1.1 Introduction
1.2 Les coûts des travaux à réaliser
1.2.1 Série Terrassement
1.2.2 Série Assainissement
1.2.3 Série Chaussée
1.2.4 Série Environnementale
1.2.5 Quantification des travaux
1.2.6 Bordereau des Détails Estimatifs
1.2.7 Définition des prix
1.3 Couts d’entretien
1.4 Coûts d’exploitation des véhicules
Conclusion partielle
Chapitre 2 Évaluation économique du projet
2.1 Objectifs
2.2 Estimation des avantages nets
2.2.1 Coûts d’investissement
2.2.2 Les avantages liés au trafic
2.2.3 Tableau récapitulatif des avantages nets
2.3 Taux de rentabilité
2.3.1 Calcul du TRI
2.3.2 Analyse du résultat
Conclusion partielle
Chapitre 3 Évaluation des impacts environnementaux
3.1 Les impacts immédiats du projet
3.1.1 Impacts négatifs du projet
3.1.2 Impacts positifs du projet
3.2 Suggestions et recommandations
3.2.1 Pour le projet proprement dit
3.2.2 Mesures d’accompagnement
Conclusion partielle
CONCLUSION
CONCLUSION GENERALE
BIBLIOGRAPHIE
ANNEXES