Soutenance mémoire
Quantification physique et coûts des entretiens des routes à Madagascar
D’après les représentations graphiques ci-dessus, nous remarquons qu’au niveau des longueurs des routes, l’entretien courant des routes nationales est plus élevé, ceci dans le but de maintenir les routes en bon état car cette route est le réseau structurant de Madagascar et la plupart des autres routes nationales ou provinciales se rattachent à ces réseaux. En général, le trafic circulant sur ce réseau représente 60% du trafic national. Donc, pour le confort des usagers il faut entretenir la route pour éviter les dégradations avant la durée de service prévisionnel de la chaussée. Concernant l’entretien des routes rurales, il y a une grande différence par rapport à la route nationale. Bien que le réseau routier national dit « structurant » c’est-à-dire principaux axes, desserve les pôles traditionnels de développement économique, les nouveaux pôles et bassins de productions sont moins accessibles, donc des constructions et entretiens de ces routes s’avèrent indispensables pour désenclaver ces régions et afin de faciliter le transport des produits. Concernant les coûts d’entretien et de reconstruction, les investissements sont plus orientés vers la construction et la grande réhabilitation des routes nationales. Les interventions sont limitées aux grands axes et à quelques routes préférentielles.
Les solutions spécifiques
Compte tenue le niveau actuel économique de Madagascar, nous ne pouvons pas opter pour les solutions adaptées aux pays riches : construire des chaussés rigides, revêtir toutes les routes en terre. Nos budgets ne sont pas suffisants pour ces types de travaux, donc nous devons chercher des solutions moins chères et à la fois pragmatiques. Eu égard au prix élevé au Km des routes revêtues, nous devons adopter l’approche de la route évolutive pour accélérer le désenclavement. L’efficacité de la route évolutive réside dans le perfectionnement des solutions de traitement des routes en terre. Les solutions de traitement des routes en terre sont multiples et variées à savoir :
− L’utilisation des matériaux locaux insensibles à l’eau en couche de roulement:
• Les matériaux sélectionnés qui sont : les graveleux latéritiques ou quartzite (Hauts plateaux), KARAOKY (région Sud est), les pouzzolanes (régions volcaniques : Vankinakaratra, Itasy), cuirasse férralitique (Alaotra Mangoro) ;
• De l’empierrement : macadam à l’eau ou macadam clouté.
De plus ces matériaux ne nécessitent pas l’utilisation d’un concasseur. Mais dans certaines régions ces matériaux d’emprunts se raréfient ou sont très rares, voire même inexistants, d’où certains traitements peuvent rendre les sols de mauvaise qualité utilisables. Voici quelques traitements utilisables :
− Le traitement du sol en place à l’aide des stabilisants chimiques (CONAID, RBI Grade 81) ;
− Le traitement par amendement de liant hydraulique ciment et la chaux (2 à 8%) du sol en place. Un adjuvant du type Chryso route pour le retardataire de prise lors de la mise en œuvre ;
− L’utilisation du géotextile pour le remblai sur sol compressible et pour le bitumage des routes en terre.
Cette technique de stabilisation nécessite la connaissance du sol en place pour pouvoir connaitre le type de stabilisants appropriés.
Les liants hydrocarbonés
Les liants hydrocarbonés sont des produits énergétiques fossiles qui peuvent être divisés en deux grandes familles :
• les liants goudronneux qui sont des produits dérivés de la houille, provenant du traitement industriel de certains charbons. La houille est elle-même issue de la transformation géologique (par pression et température) de dépôts constitués par des débris végétaux ;
• les liants bitumineux qui sont des produits dérivés du pétrole, provenant du traitement (naturel ou industriel) du pétrole brut considéré aussi comme une roche fossile.
La fabrication des liants hydrocarbonés est fondée sur le principe de la distillation qui permet de séparer les différentes fractions en fonction de leur point d’ébullition. La plupart des fractions obtenues doivent être raffinées pour obtenir les produits finis. On peut distinguer 2 types de liants hydrocarbonés tels que le bitume et le goudron.
A. Le bitume : C’est un liant hydrocarboné issu de la distillation du pétrole. Les bitumes sont des produits solides, semi-solides ou liquides comprenant :
• les bitumes purs ;
• les bitumes fluidifiés ou cut-back ;
• les bitumes composés ;
• les émulsions.
Pour la stabilisation de sol, le bitume peut être utilisé sous forme de cut-back (mélangé avec un solvant) ou sous forme d’émulsion (dispersée dans l’eau).
a. Le cut-back : L’essai de classification effectué sur le cut-back est la : PSEUDO-VISCOSITE. Les cut-backs n’ont pas une consistance suffisante pour avoir être soumis à des essais de pénétrabilité comme les bitumes purs. Leur consistances sont appréciées par l’essai de pseudo-viscosité qui consiste à mesurer le temps d’écoulement en seconde de 50cm3 du produits à travers un orifice circulaire calibré de 4 ou 10mm de diamètre à une température bien précise. L’appareil de mesure s’appelle : le VISCOSIMETRE à écoulement. Les plus visqueux (exemple : le cut-back 400/600) nécessite un chauffage préalable ; les plus fluides (exemple : le cut-back 0/1) s’emploient à froid. Le cut-back 0/1 est utilisé pour la couche d’imprégnation, et celle 400/600 pour couche d’accrochage.
Couche d’imprégnation : Toutes couches de base qui n’ont pas été traitées avec du liant hydrocarboné doivent recevoir une couche d’imprégnation. Elle sert à imprégner, à imbiber la couche de base de liant hydrocarboné avant de recevoir la couche de roulement.
Couche d’accrochage : La couche d’accrochage est réalisée pour une liaison de l’enduit superficielle avec une couche de base imprégnée ou une couche d’enrobé conservée comme une base, une liaison de l’enrobé avec une nouvelle couche de base imprégnée ou une couche d’enrobé conservée comme base.
b. Les émulsions de bitume : Ce sont des produits dérivés de bitume inventé par la société COLAS. Les émulsions ont les mêmes domaines d’utilisation que les cut-backs. Les émulsions de bitume sont des dispersions de bitume dans de l’eau. Elles sont formées par l’emploi d’une énergie mécanique de cisaillement du liant et d’un agent émulsifiant. Les émulsions s’emploient à froid et agissent en libérant leur eau après rupture. L’émulsion de bitume est caractérisée par sa nature ionique (c’est-à-dire en anionique ou cationique) et sa stabilité vis-à-vis des granulats (c’est-à-dire à rupture rapide, semi- rapide, lente ou émulsions sur-stabilisés) ainsi que sa teneur en poids du liant de base.
• ECR 65 signifie Emulsion Cationique Rapide à 65 % de liant utilisé pour couche d’accrochage.
• ECL 60 signifie Emulsion Cationique Lente à 60 % de liant : Grave émulsion.
• EAR 60 signifie Emulsion Anionique Rapide à 60 % de liant.
• L’émulsion ECR 60 est utilisée pour couche d’imprégnation.
De par les conditions climatiques à Madagascar, on utilise surtout les émulsions cationiques. Les principales qualités d’un liant en œuvre sont sa cohésivité et adhésivité aux matériaux : La cohésivité est la propriété de se déformer sans fissuration interne en donnant des films étanches et plastiques. Elle diminue avec la dureté du liant et son vieillissement. Un aspect simplifié de l’adhésivité consiste en l’affinité que le liant a pour l’agrégat, déterminée en présence d’eau (puisque l’eau est toujours plus ou moins en présence, soit en cours de l’emploi du liant soit quand-t-il est en œuvre).
c. Traitement du sol : Il est préférable de mélanger le cut-back avec une petite quantité de sol avant de mélanger avec le reste du sol. Les émulsions de bitume sont généralement très fluides et se mélangent facilement avec du sol humide. Le pourcentage de bitume doit tourner autour de 2 à 4 %. Des pourcentages élevés abaissent la résistance à la compression. Bien que la stabilisation au bitume n’améliore pas sensiblement la résistance à la compression, elle réduit considérablement l’absorption d’eau. La stabilisation au bitume est efficace pour les sols sableux ou limoneux.
d. Comparaison des émulsions avec les cut-backs
Avantage :
Cut-back : on peut fabriquer sur chantier même.
Emulsion : on peut travailler même s’il pleut.
Inconvénient : L’emploi de cut-back ne peut se faire dans de bonnes conditions qu’en saison sèche et chaude c’est-à-dire travailler sous la pluie est formellement interdit. Il est un peu polluant par rapport à l’émulsion. L’émulsion ne peut pas se fabriquer sur chantier, il faut l’acheter, et au niveau de condition de stockage, elles ne sont pas des produits stockables.
B. Le Goudron : C’est un liant issu de la cokéfaction à haute température de la houille. Il est très peu utilisé sauf pour une fonction anti-kérosène car il n’est pas soluble dans les produits pétroliers puis ses usages sont limités à cause de son caractère très polluant. On l’utilise surtout pour le revêtement des aires de stationnement des aéronefs dans les aérodromes.
Principe de dimensionnement
Le renforcement par géotextile d’une base de remblai n’a pas d’influence directe sur les tassements et le temps de consolidation qui devront être calculés par les méthodes classiques. Les géotextiles ont par contre une action directe sur la stabilité de l’ouvrage. Pour évaluer la stabilité du remblai, les modes de ruptures suivants sont généralement considérés :
• Poinçonnement du sol compressible : vis-à-vis du poinçonnement du sol par l’ensemble du remblai, le géotextile ne modifie pas la stabilité. Par sa fonction séparatrice, il permet d’homogénéiser les tassements sous le remblai.
• Rupture locale dans le remblai : le renforcement par géotextiles permet d’assurer la stabilité vis-à-vis de rupture locale et donc conserver l’intégralité du remblai. En général, le dimensionnement du géotextile se fait à partir du calcul de la stabilité visà-vis de ruptures circulaires.
• Glissement sur la base : ce type de rupture est rare, il doit cependant être vérifié si le frottement sol-géotextile est faible.
Applications possibles de l’ESRG à Madagascar
• Réhabilitation d’une route en terre ou construction d’une route en terre : Les objectifs recherchés dans l’utilisation de l’ESRG dans les routes non revêtues sont la suppression des points faibles susceptibles d’interrompre le trafic après la première saison des pluies et la diminution des interventions d’entretien. La solution proposée est l’imprégnation du support qui peut être le sol en place, le liant, le géotextile, le liant et le granulat 10/14 ou 6/10.
• Réhabilitation d’une route revêtue en enduit superficiel (trafic faible ou moyen) et en béton bitumineux pour le trafic environ 1000 véhicules/jours : Les performances attendues de l’ESRG sont : la garantie de l’étanchéité de la couche de roulement et par suite retrouver les caractéristiques de portance initiale, l’amélioration de l’adhérence et la diminution de l’entretien ultérieur et l’augmentation du durée de vie de la structure de chaussée. Dans ces types d’ouvrages, les géotextiles assurent deux fonctions :
Anti – fissuration : en ralentissant la remontée des fissures, le complexe géotextile-bitume absorbe les déformations horizontales créés par les fissures existantes et assure le collage entre la couche de base et la couche de roulement.
Etanchéité : en assurant, même après la remontée de la fissure, l’étanchéité de la structure routière grâce au liant bitumineux contenu dans le géotextile
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Table des matières
Remerciements
Liste des tableaux
Liste des figures
Liste des photos
Notations
Introduction
CHAPITRE I RESEAU ROUTIER DE MADAGASCAR
I.1 Classification des routes à Madagascar
I.1.1 Le réseau des routes nationales
I.1.2 Le réseau des routes provinciales
I.1.3 Le réseau des routes communales et les routes non classées
I.2 Les états des routes à Madagascar
I.3 Les structures de route
I.3.1 Les routes revêtues
I.3.2 Chaussée en pavé
I.3.3 Les routes en terre
I.4 Entretien des routes
I.4.1 Entretien courant
A. Entretien courant des routes revêtues
B. Entretien courant des routes non revêtues
I.4.2 Entretien périodique
A. Entretien périodique des routes revêtues
B. Entretien périodique des routes non revêtues
I.4.3 Quantification physique et coûts des entretiens des routes à Madagascar
CHAPITRE II PROBLEMETIQUES ET SOLUTIONS SPECIFIQUES DU RESEAU ROUTIER DE MADAGASCAR
II.1 Les principales problématiques
II.1.1 L’état des lieux du réseau existant
II.1.2 L’aspect organisationnel et institutionnel
II.1.3 Les ressources
A. Les ressources physiques
B. Les ressources financières
II.1.4 Les usagers
II.2 Les solutions spécifiques
CHAPITRE III LES SOLS
III.1 Notions de mécanique des sols
III.1.1 Paramètres principaux d’un sol
III.1.2 Propriétés mécaniques des sols
A. Cercle de MOHR – Courbe intrinsèque – loi de COULOMB
a. Cercle de MOHR
b. Courbe intrinsèque
c. Loi de coulomb
B. Rupture des sols
III.1.3 Influence de l’eau
A. Généralités
B. Ecoulement d’eau dans les sols : Loi de DARCY
III.2 Classifications des sols
III.2.1 Classification LPC
III.2.2 Classification GTR
CHAPITRE IV LES ESSAIS SUR LES SOLS
IV.1 Mesure des caractéristiques
IV.1.1 Mesure de Z
A. Méthode pycnomètre
B. Méthode par pesée hydrostatique
IV.1.2 Mesure Zi
A. Méthode par pesée hydrostatique
B. Méthode par récipient
IV.1.3 Détermination de W
IV.2 Essai d’identification
IV.2.1 L’analyse granulométrie
A. Analyse granulométrique par tamisage
B. Analyse granulométrie par sédimentométrie
IV.2.2 Teneur en matières organiques
IV.2.3 Les limites d’Atterberg
IV.2.4 Equivalent de sable
IV.2.5 L’essai au bleu de méthylène ou VBS
IV.3 Essais de compactage et de portance
IV.3.1 Détermination des caractéristiques de compactage d’un sol (Essai PROCTOR normal et modifié)
IV.3.2 Indice CBR après immersion – Indice CBR immédiat
IV.4 Essai de tassement
IV.4.1 Essai de compressibilité à l’oedomètre
IV.4.2 Essai de gonflement à l’oedomètre
IV.5 Essai de résistance au cisaillement
IV.5.1 Boîte de Casagrande
IV.5.2 Appareil triaxial
IV.6 Essai in – situ
IV.6.1 Le scissomètre
IV.6.2 Le pressiomètre
IV.6.3 S.P.T (Standard Penetration Test)
IV.6.4 L’essai de pénétration
CHAPITRE V LES PRINCIPAUX STABILISANTS
V.1 Généralités
V.1.1 La stabilisation mécanique
V.1.2 La stabilisation chimique dite additif
V.2 Les types de stabilisants
V.2.1 Les liants hydrauliques
A. Les ciments
a. Définition
b. Traitement au ciment
c. Avantages
d. Inconvénients
B. La chaux
a. Définitions
b. Différents types de chaux
c. Traitement à la chaux
d. Avantages
e. Inconvénients
V.2.2 Les liants hydrocarbonés
A. Le bitume
a. Le cut-back
b. Les émulsions de bitume
c. Traitement du sol
d. Comparaison des émulsions avec les cut-backs
B. Le Goudron
V.2.3 Stabilisants chimiques
A. CON-AID/CBR PLUS
a. Définitions
b. Traitement avec le produit CON-AID
c. Avantages
d. Inconvénients
B. Le produit RB1 grade 81
a. Définitions
b. Les avantages du « RBI Grade 81 »
c. Les inconvénients
V.2.4 Les géotextiles
A. Les géotextiles pour le renforcement des ouvrages en terre
a. Les murs de soutènement et les talus
a.1 Généralités
a.2 Dimensionnement des murs et des talus
a.3 Caractéristiques de l’ouvrage à prendre en compte
a.4 Méthodes de dimensionnement
b. Les remblais sur sols compressibles
b.1 Généralités
b.2 Renforcement de la base de remblai par géotextile
b.3 Mise en œuvre des géotextiles en base de remblai
B. Enduit superficielle renforcé géotextile (ESRG)
a. Présentation de la technique
b. Définition de l’Enduit Superficiel Renforcé Géotextile : L’ESRG
c. Avantages de l’Enduit Superficielle Renforcé géotextile (ESRG)
d. Applications possibles de l’ESRG à Madagascar
CHAPITRE VI LES ESSAIS SUR LES STABILISANTS
VI.1 Essai sur les ciments
VI.1.1 Sur la poudre anhydre
A. Densité apparente
B. Masse volumique absolue
C. Finesse
VI.1.2 Sur la pâte pure
A. Pourcentage d’eau normale
B. Temps de prise
VI.1.3 Sur mortier normalisé
A. Résistances mécaniques
VI.2 Essais sur les chaux
VI.3 Essai sur les bitumes purs, les cut-backs et les émulsions de bitume
VI.3.1 Les bitumes
VI.3.2 Les bitumes fluidifiés ou cut-backs
VI.3.3 Les émulsions de bitume
VI.4 Essais sur les géotextiles
VI.4.1 Caractéristiques à prendre en compte pour le renforcement
A. Résistance en traction – Allongement – Raideur
B. Fluage – comportement dans le temps
C. Frottement sol-géotextile
D. Résistance à l’endommagement
E. Durabilité chimique
VI.5 Coefficient de sécurité pour les géotextiles utilisés en renforcement
VI.6 Les géotextiles existants et leurs caractéristiques d’utilisation
CHAPITRE VII SITUATIONS DES TRAVAUX DE STABILISATION DES SOLS A MADAGASCAR
VII.1 Généralités
VII.1.1 Synthèse de planche d’essai
A. Produit CHRYSO – ROUTE utilisé avec du ciment
a. Localisation et date de la planche d’essai
b. Description du projet et caractéristiques des produits utilisés
c. Résultats des essais
d. Exécution des planches d’essais
e. Comportement et évaluation après trois (03) ans de circulation
f. Conclusions
B. CONAID CBR PLUS
a. Localisation et date de la planche d’essai
b. Caractéristiques géotechniques du sol de plate-forme
c. Déroulement de la planche d’essai
d. Comportement et évaluation après 3 ans de circulation
e. Conclusions
C. RB1 Grade 81
a. Généralités
b. Méthodologie de mise en œuvre et matériels utilisés
c. Comportement et évaluation de chaussée après 2 ans de circulation
d. Conclusion
D. Le produit géotextile : PGM 14
a. Définition
b. Technique de mise en œuvre et matériels utilisés pour mise en place du PGM 14 : cas du Marais Masay
E. Mise en place de géotextile à la base du remblai en contact avec l’argile : cas de la bretelle By Pass ANKADIMBAHOAKA-ANKADIAIVO
a. Remblai du PK 0+000 jusqu’à l’entré du terrain de foot derrière Eureka
b. Calcul de la résistance à la traction du géotextile
c. Calcul de la contrainte admissible
d. Calcul de tassement
d.1 Tassement de l’argile
d.2 Tassement de la tourbe
d.3 Durée de tassement
e. Dimensionnement de la chaussée
e.1 Calculs des déformations admissibles
CHAPITRE VIII : LES METHODES DE DIMENSIONNEMENT
VIII.1 Généralités
VIII.1.1 Méthode LNTPB
VIII.1.2 Méthode LCPC
VIII.2 Choix de la méthode
CHAPITRE IX ETUDE THEORIQUE DU LOGICIEL ALIZE
IX.1 Méthode rationnelle
IX.1.1 Principe de la méthode rationnelle
IX.1.2 Avantages et inconvénients de la méthode
IX.2 Notion de fatigue
IX.2.1 Définition
IX.2.2 Matériaux liés (liant bitume ou hydraulique)
IX.2.3 Matériaux non liés (graves non traitées et sols)
IX.3 Modèle de BURMISTER
IX.3.1 Equation de base
a. Résolution d’un problème élastique en coordonnées cylindriques pour une charge
b. Organigramme
IX.3.2 Hypothèses et possibilités du modèle
A. Définition de charge
B. Résultats de calcul
CHAPITRE X PRESENTATION DU PROJET
X.1 Plan de situation
X.2 Problématique
X.3 Ressources en matériaux
X.3.1 Les ressources en carrières
X.3.2 Les ressources en matériaux meubles
CHAPITRE XI CHOIX DES MATERIAUX
XI.1 Qualités des matériaux pour chaussées
XI.1.1 La couche de forme
XI.1.2 La couche de fondation
XI.1.3 La couche de base
A. Matériaux en grave concassée non traitée
B. Matériaux traités pour couche de base
XI.1.4 La couche de roulement
CHAPITRE XII DIMENSIONNEMENT DE LA CHAUSSEE
XII.1 Etude de trafic
XII.2 Classe de trafic
XII.2.1 Le trafic équivalent
XII.3 Analyse géotechnique des solutions de base
XII.3.1 Solution de base du marché
A. Qualification et dimensionnement de la structure
a. Principe de dimensionnement
b. Calcul de σt, adm
c. Calcul de RT à l’aide de ALIZE
XII.3.2 Variantes proposées
A. Qualification des structures selon hypothèses du marché
a. Structure de chaussée souple en remplaçant le MTLH par de la GNT
b. Retraitement en place avec couche de base en GCNT
b.1 Définition
b.2 Les avantages de la technique
Conclusion générale
Bibliographie
Annexes
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