DIMENSIONNEMENT D’UNE STRUCTURE DE CHAUSSEE DONT LA COUCHE DE BASE EST EN SABLE-BITUME

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Emulsions de bitume

Au lieu de fluidifier ou de fluxer, il est également possible de transformer le bitume en un produit fluide en l’émulsifiant, c’est-à-dire en le dispersant dans l’eau sous forme de fines gouttelettes de bitume de quelques micromètres. Les émulsions sont de deux types :
les émulsions anioniques chargées négativement dontles émulsifiants sont des bases du type RCOO– Na+ ;
les émulsions cationiques chargées positivement avec des émulsifiants acides du type RNH3+ CI–.
Les émulsions anioniques se rompent mieux avec lesmatériaux basiques tels que les calcaires. Quant aux émulsions cationiques, elles permettent d’obtenir la rupture sur des matériaux acides aussi bien que basiques (Berthier, 1990).
En dehors du bitume fluidifié et des émulsions de itume,b il existe aussi les bitumes fluxés et les bitumes modifiés.

Mise en œuvre du sable-bitume

Enrobage à froid

Domaine d’emploi

Le but du traitement est à la fois d’améliorer la portance et la tenue à l’immersion.
Les sables améliorés à l’émulsion de bitume ou au utc-back sont utilisables en chaussées neuves en couche de fondation et en couche de base, pour des trafics faibles à modérés (inférieurs à 3000 véhicules/jour), sous réserve que les performances atteintes le permettent.
Leur utilisation est envisageable pour des trafics supérieurs mais uniquement en couche de fondation.
Cette utilisation est également envisageable en couche de base de renforcement pour des trafics n’excédant pas 1000 véhicules/jour.
Selon le niveau de trafic et la nature de la plate-forme, les épaisseurs employées se situent entre 10 et 20 cm.

Qualité des constituants

Sables

L’enrobage à froid a pour but premier de maintenir la cohésion du sable en minorant le rôle de l’eau. Le sable doit donc naturellement avoir une bonne portance, ce qui nécessite un minimum de fines. A l’inverse, une quantité de fines trop importante rendra difficile la bonne dispersion du liant, nécessitera des dosages en liant importants et ne permettra pas (par suite d’une faible porosité du matériau) l’élimination des solvants (cas des bitumes fluidifiés) ou provoquera une rupture prématurée (cas des émulsions).
A titre indicatif, sont susceptibles d’être employés, les sables présentant les caractéristiques suivantes :
teneur en fines (particules de dimensions inférieures à 80 µm) : 5 à 30 %, coefficient d’uniformité : = ˃ 4 équivalent de sable : 15˂ ES ˂ 50
Lorsque ces critères ne sont pas satisfaits, il faudra procéder à une correction granulométrique soit par apport de fines dans le cas d’un déficit, soit par ajout d’un gravillon de concassage (0/3) propre dans le cas d’un excès de fines.

Liants

Pour les sables enrobés à froid, la dispersion du liant (émulsion ou cut-back) doit bien se faire dans le matériau à température ambiante.
Emulsions
A titre indicatif, il est possible d’employer une émulsion de pseudoviscosité à 25 °C comprise entre 60 et 100 secondes pour des teneurs en fines supérieures à 15 %. Par contre pour des teneurs en fines inférieures à 15 %, il convient d’utiliser une émulsion de pseudoviscosité comprise entre 100 et 200 secondes. La pseudoviscosité devra être d’autant plus faible que la teneur en fines est importante. La rupture de l’émulsion ne doit se produire qu’après compactage. Pour éviter la formation de nodules debitume qui rendent inefficaces le traitement, l’émulsion doit rester parfaitement stable au moment du malaxage. Une teneur en eau suffisante du sable permettra une bonne diffusion de l’émulsion dans celui-ci afin d’éviter une rupture prématurée. La connaissance de la teneur en eau dusable devient donc impérative avant de passer au malaxage avec l’émulsion (Doucouré et Ndiaye, 2009).
L’intérêt de l’emploi de l’émulsion réside dans lefait d’obtenir un liant visqueux après la rupture, assurant ainsi une bonne stabilité.
En zones sèches, les émulsions anioniques sont préférables, alors qu’en zones humides les émulsions cationiques sont surtout utilisées.
Bitumes fluidifiés ou cut-back
Théoriquement, il convient d’adapter la pseudoviscosité au matériau : plus celui-ci est cohérent (donc riche en fines), plus la pseudoviscosité devra être faible pour faciliter la dispersion du liant. La pseudoviscosité du liant dépend également de l’énergie de malaxage : les mélangeurs à dents, à disques tractés ou réalisés à l’aide d’une lame niveleuse nécessitent des liants plus fluides que les mélangeurs rotatifs dont la puissance de brassage est supérieure.
En pratique, des problèmes d’élimination de la fraction volatile, pour un matériau riche en fines et de faible porosité, peuvent se poser avec l’emploi d’un liant trop fluide tel que le 0/1 qui contient à titre indicatif entre 35 et 45 % de solv ant selon le bitume de base. A l’inverse, des pseudoviscosités supérieures à 100 secondes nécessitent un chauffage important. En général, les classes les plus utilisées sont le 10/15 et le50/100. Les bitumes fluides, contrairement aux émulsions, sont également employés pour des sablesà faibles teneurs en eau, ce qui présente un avantage pour les zones sèches ou désertiques. Toutefois, la stabilité des sables enrobés à sec augmente plus lentement dans le temps que celle des sables enrobés humides. Au départ, il convient donc d’utiliser un liant davantage visqueux (Doucouré et Ndiaye, 2009).

Performances recommandées

A ce stade, il s’agira de vérifier l’efficacité du traitement en confrontant les performances obtenues à celles des normes prescrites. Ces normes sont fixées par l’expérience et les conditions climatiques de chaque pays. C’est l’essa i Hubbard-Field qui est le plus fréquemment utilisé pour évaluer les performances du matériauCet. essai renseigne sur deux aspects :
la stabilité immédiate et à long terme (cas des bitumes fluidifiés),
le comportement après immersion : gonflement, pourcentage d’eau absorbée et la stabilité.
La stabilité Hubbard-Field est étudiée en variantle dosage en eau et le dosage en bitume, en veillant à ne pas dépasser la limite d’exsudation. Le point d’exsudation est le dosage total (eau+ liant) atteint lorsqu’il y a un ressuage du moulage .
Avec les bitumes fluidifiés, il est nécessaire d’attendre l’évaporation de l’eau excédentaire et de la plus grande partie des solvants. Il n’existe pas de mode opératoire normalisé pour le séchage des éprouvettes.
Avec les émulsions, il faut habituellement sécherles éprouvettes jusqu’à l’évaporation de 80 à 90 % de l’eau.
Pour chaque dosage, il est recommandé de faire lestrois séries d’essais suivants :
Série 1 : séchage des éprouvettes- essai Hubbard-Field à 18 °C.
Série 2 : séchage des éprouvettes- 7 jours de demiimmersion- dans l’eau à 18 °C (noter le gonflement et l’absorption d’eau)- essai Hubbard-Fi eld à 18 °C.
Série 3 : séchage des éprouvettes- 1 heure à 60 °C -essai Hubbard-Field à 60 °C.
Les performances minimales sont données par le tableau I.

Les améliorations envisageables lorsque leniveau de performance visé n’est pas atteint

Une formule ne répondant pas aux performances souhaitées est améliorable de différentes manières selon le critère pris en compte.

Fines d’apport

Les sables utilisés doivent être nécessairement propres ; cette exigence entraine souvent un manque de fines. L’apport de fines se situera généralement entre 2 à 5 %. Ces fines améliorent la cohésion et la résistance du matériau. Ceci grâce à l’amélioration de la granularité et au pouvoir rigidifiant de ces fines.

Sable de concassage ou de broyage

Un sable riche en fines (plus de 15 % passant à 80 µm) améliorera à la fois la cohésion et le frottement interne de la formule.
Un sable ayant peu de fines améliorera uniquement le frottement interne. Il pourra éventuellement être accompagné par l’ajout en centrale de produits fins.
Le dosage en sable correcteur se situe en général ntre 20 et 40 %.

Soufre

Le soufre est liquide à 120 °C ; ajouté au bitume, il peut permettre la mise en place du matériau. Au refroidissement, il cristallise et peut rigidifier le mélange.

Produits rigidifiants divers

Il existe dans l’industrie chimique, et en particulier dans la pétrochimie, un certain nombre de produits compatibles avec le bitume et ayant des propriétés rigidifiantes : résines aromatiques et asphaltènes. Associés à un bitume de pénétrationnormale, de tels produits peuvent compenser l’absence de bitume dur. Il est à noter q u’un excès de rigidité serait en effet aussi néfaste qu’une résistance trop faible.

Dopes d’adhésivité

Utilisés mélangés au bitume, de tels produits peuvent éventuellement résoudre un problème de tenue à l’immersion insuffisante.

Pré-enrobage au ciment

Le manque d’angularité et de frottement interne du matériau peut être compensé en faisant adhérer à la surface des grains de sable, des cristaux de ciment hydraté.
Il faut réaliser pour cela un mélange de sable et ed ciment Portland avec une quantité d’eau suffisante pour assurer l’hydratation du ciment (le dosage en ciment est de l’ordre de 4 %). Un tel traitement améliore de façon sensible la tenue à l’orniérage des sables enrobés à chaud.

Aspects spécifiques de mise en œuvre

Répandage

La mise en œuvre peut se faire soit à la niveleuse soit au finisseur. Le finisseur reste toutefois l’appareil recommandé car il permet d’obtenir un pré-compactage intéressant, et de mettre en œuvre des couches épaisses de 10 à 25 cm.
Le type de finisseur conseillé est celui qui possède une table vibrante sur laquelle il est possible de faire varier les fréquences de vibrations ainsique les amplitudes par ajout ou retrait de masses aux vibrateurs.

Compactage

L’absence de squelette solide donne un caractère prépondérant au bitume. La température de fabrication doit être la plus basse possible afinde réduire le temps d’attente entre le répandage et le compactage. La température idéale à laquelleles engins de compactage peuvent intervenir est de 100 à 90 °C. Avec un sable éolien, il faudra veiller au respect de la gamme de température comprise entre 80 et 90 °C, alors qu’avec un sable alluvionnaire, la température pourra être plus élevée, de l’ordre de 120 °C.
Plusieurs types d’engins peuvent être utilisés :
compacteurs à pneus automoteurs d’une charge voisin e de 1 à 3 tonnes par roue, avec une pression de gonflage inférieure à 2 bars ;
cylindres vibrants ou compacteurs mixtes ; plaques vibrantes.

Emprunt de Kayar

La commune de Kayar est située au point de latitude14°53’4.82’’N et de longitude 17°5’30.20’’O, à environ 20 km au Nord-Ou est de la ville de Thiès. Elle couvre une superficie de 1604 ha et occupe une position privilégiée sur la façade maritime de la grande côte dont elle constitue, un des plus grands centre s de pêche artisanale. Lors des travaux d’entretien de la route Bayakh-Kayar, l’emprunt de sable de Kayar a été sollicité pour fournir des matériaux de remblais mais celui-ci a été ferméàla fin des travaux.

Emprunt de Darou Alpha

Non loin de la communauté rurale de Mont-Rolland, Darou Alpha se situe au point de latitude 14°55’8.64’’N et de longitude 16°59’29.1 2’’O, à environ 18 km au Nord-Ouest de Thiès. Les espèces végétales les plus rencontréesansd la localité sont le baobab, le rônier et le cadd. Les activités principales demeurent l’agriculture, l’élevage et la pêche du fait de sa proximité avec Kayar. Toujours dans le cadre des travaux d’entretien sur l’axe précité, l’emprunt de Darou alpha alimentait également le chantier en sable.

Emprunt de Keur Morry

Le village de Keur Morry, partie intégrante de la communauté rurale de Thiénéba, se localise au point de latitude 14°45’58.14’’N et de longitude 16°45’27.98’’O, à 19 km à l’Est de la ville de Thiès. Ce petit village, dont la population ne dépasse pas la centaine, concentre ses activités sur l’exploitation de l’emprunt de sable du village . Celui-ci constitue actuellement l’un des emprunts de sable les plus exploités de la région ed Thiès.

Aperçu géologique

Les sables prélevés sont de types dunaires. Il fautnoter que la région de Thiès (figure 3) est caractérisée par des formations sédimentaires du Quaternaire qui reposent sur des formations plus anciennes (Maastrichtien, Paléocène inférieur,Eocène inférieur, Lutétien inférieur et supérieur). Les formations dunaires datent du Quaternaire et sont constituées de matériaux sableux qui couvrent la majeure partie de la région. La formation de ces dunes s’explique par des variations du niveau marin et des changements climatiques et peuvent être d’âges, de textures et de couleurs différents.

Table des matières

INTRODUCTION GENERALE
CHAPITRE 1 : GENERALITES SUR L’UTILISATION DU SABLE-BITUME EN CONSTRUCTION ROUTIERE
1.1 Définition
1.2 Matériaux composant le sable-bitume
1.2.1 Sables
1.2.1.1 Définition
1.2.1.2 Caractéristiques des sables
1.2.2 Bitume
1.2.2.1 Généralités
1.2.2.2 Origine
1.2.2.3 Fabrication du bitume
1.2.2.4 Constitution du bitume
1.2.2.5 Liants dérivés du bitume pur
1.3 Mise en œuvre du sable-bitume
1.3.1 Enrobage à froid
1.3.1.1 Domaine d’emploi
1.3.1.2 Qualité des constituants
a) Sables
b) Liants
1.3.1.3 Performances recommandées
1.3.2 L’enrobage à chaud
1.3.2.1 Domaine d’emploi
1.3.2.2 Qualité des constituants
1.3.2.3 Performances recommandées
1.3.2.4 Les améliorations envisageables lorsque le niveau de performance visé n’est pas atteint
1.3.3 Aspects spécifiques de mise en œuvre
1.3.3.1 Répandage
1.3.3.2 Compactage
CONCLUSION PARTIELLE
CHAPITRE 2 : CADRE GEOGRAPHIQUE ET APERCU GEOLOGIQUE DES SITES DE PRELEVEMENT
2.1 Cadre géographique des sites de prélèvement
2.1.1 Emprunt de Kayar
2.1.2 Emprunt de Darou Alpha
2.1.3 Emprunt de Keur Morry
2.2 Aperçu géologique
2.2.1 Emprunt de Kayar
2.2.2 Emprunt de Darou alpha
2.2.3 Emprunt de Keur Morry
CONCLUSION PARTIELLE
CHAPITRE 3 : RESULTATS DE L’ETUDE EXPERIMENTALE
3.1 Essais d’identification des échantillons de sable
3.1.1 Analyse granulométrique
3.1.1.1 But et principe
3.1.1.2 Présentation des résultats
a) Emprunt de Kayar
b) Emprunt de Darou Alpha
c) Emprunt de Keur Morry
3.1.2 L’essai d’équivalent de sable
3.1.2.1 But et principe
3.1.2.2 Présentation des résultats
3.2 Essai d’identification du bitume
3.2.1 La pénétrabilité du bitume
3.2.1.1 But et principe
3.2.1.2 Présentation des résultats
3.2.2 Le point de ramollissement bille et anneau
3.2.2.1 But et principe
3.2.2.2 Présentation des résultats
3.3 Essai Hubbard-Field sur le sable-bitume
3.3.1 Objectifs et principe
3.3.2 Détermination de la teneur en liant
3.3.3 Calcul de la compacité des éprouvettes
3.3.4 Présentation des résultats
3.3.4.1 Emprunt de Kayar
3.3.4.2 Emprunt de Darou Alpha
3.4 Interprétation des résultats expérimentaux
3.4.1 Qualité des échantillons de sable
3.4.2 Qualité des éprouvettes de sable-bitume
CONCLUSION PARTIELLE
CHAPITRE 4 : DIMENSIONNEMENT D’UNE STRUCTURE DE CHAUSSEE DONT LA COUCHE DE BASE EST EN SABLE-BITUME
4.1 Définition du dimensionnement
4.2 Les paramètres du dimensionnement
4.2.1 Le trafic
4.2.2 La portance du sol-support
4.2.3 Caractéristiques des matériaux de la structure de chaussée
4.3 Dimensionnement de la structure de chaussée avec le logiciel Alizé 3
4.3.1 Paramètres d’entrée considérés pour le dimensionnement
4.3.2 Résultats du dimensionnement
4.3.3 Interprétation
CONCLUSION PARTIELLE
CONCLUSION GENERALE ET RECOMMANDATIONS
REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES

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