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Wikigeotech:La portance en terrassement
Les informations qui suivent sont extraites d'une note d'information du Cerema[1].
Sommaire |
DEFINITION
Le terme capacité portante, utilisé en mécanique des sols, est souvent confondu avec le terme portance utilisé en technique routière.
En mécanique des sols, la capacité portante (appelé aussi portance par abus de langage) se définit comme la résistance à la rupture sous charge verticale.
En technique routière, la portance (qui trouve son origine dans l'essai C.B.R. (California Bearing Ratio) développé en 1929) se définit, selon la norme NF P98-086[2], comme l’aptitude du support d’une chaussée à résister aux contraintes et aux déformations appliquées par la circulation. Sur les chantiers et dans les principaux guides techniques des terrassements comme le GTR[3], le GTS[4], et le GCT[5]), la portance est caractérisée par le module de déformabilité ou de déformation du sol et elle peut se mesurer par différents moyens.
Le Module de déformation
Dans le cas d’un empilement de couches de nature différente (et donc non homogène), il n’est pas possible de mesurer le module d’Young de chaque couche à l’aide des essais classiques utilisés sur chantier. En effet, les essais de type essai de plaque ou Dynaplaque, sont basés sur l’application d’une charge en surface ; ils mesurent donc un module moyen des couches sous-jacentes sur une profondeur dépendant de la charge et de la surface d’application. On parle alors de module de déformation.
Le module d’Young est la constante qui relie la contrainte de traction ou de compression et la déformation pour un matériau élastique linéaire, homogène et isotrope. Il ne peut correctement s'évaluer qu'en laboratoire.
La mesure du module de déformation d'un sol, ou mesure de la portance, contribue à la maîtrise de la qualité sur chantier. Elle correspond à un point critique voire un point d'arrêt dans les marchés de terrassement car elle permet de qualifier la plateforme support de chaussée. En phase chantier en France, ce module est fréquemment mesuré à la plaque ou à la Dynaplaque, mais d'autres moyens existent. La valeur du module de déformation s'exprime en MPa.
La Plate-forme support de chaussée
Dans le domaine routier, ce support est appelé « plate-forme support de chaussée ». Selon la norme NF P98-086[2], la plate-forme support de chaussée se définit comme la surface de sol en place terrassé et nivelé, éventuellement traité, sur laquelle repose la structure de chaussée. Elle est située à l’interface entre les couches de chaussées (couche de surface + couche d’assise) et les couches de terrassement (Figure ci-contre). Ces principes de conception sont exposés dans le GTR[3]. Selon les matériaux qui constituent la partie supérieure des terrassements (PST), il est fréquemment nécessaire de mettre en œuvre une couche de forme. Il revient au géotechnicien d’en définir ses caractéristiques.
Notion de court et de long terme
L'état hydrique d'une couche de matériau sensible à l'eau influe énormément sur les performances mécaniques des matériaux et sur son module de déformation. Un matériau sec aura un module plus élevé (il sera plus raide) que le même matériau à même compacité mais humide (il sera plus souple). Il est important de distinguer ce qui ressort des valeurs mesurées à court terme de celles qui pourront correspondre au long terme. Les valeurs de long terme sont celles prises en compte dans le dimensionnement et qui intègrent l'évolution dans le temps des états hydriques.
Les valeurs mesurées en phase chantier sont les caractéristiques dites « à court terme ». Ces valeurs sont spécifiées dans le marché et plus précisément dans le cahier des clauses techniques particulières (CCTP). Elles doivent donc être obtenue a minima lors de la réception.
Les valeurs mécaniques représentatives des conditions hydriques défavorables que pourra connaître la plate-forme pendant la durée de service de la chaussée (à l’exception du problème de gel-dégel traité à part) sont dites « à long terme ». Ce sont ces valeurs qui sont retenues dans le dimensionnement des chaussées (classes de PF). Elles sont définies par le géotechnicien, grâce à la caractérisation des matériaux du site et des évolutions probables d’état hydrique, du contexte hydrogéologique, des dispositions de drainage, du profil en long de l’infrastructure (déblai-remblai). Elles peuvent ne pas correspondre aux valeurs demandées à court terme dans le marché.
Ainsi, dans le domaine routier, les valeurs de portance déterminées lors de la réception (à court terme) de la plate-forme sont représentatives du long terme uniquement si la qualité des matériaux des couches de forme, les conditions de drainage de la PST et les entretiens pendant la durée de service de la chaussée sont conformes aux règles de l'art.
LES MOYENS DE MESURE
Les principaux essais utilisés pour la réception en portance et en déflexion des plates formes support de chaussée sont les suivants
Les Essais normalisés
- Essai à la Plaque (NF P94 117-1[6]): il permet de mesurer le Module de déformation EV2 (en MPa). On rappelle que la nouvelle norme ne considère plus ni l'EV1 ni le rapport K utilisés souvent à tort pour évaluer la qualité du compactage.
- La Dynaplaque (NF P94-117-2[7]) : mesure le Module de déformation Edyn (en MPa)
- Le Déflectographe Lacroix, le Flash et la mesure à la poutre Benkelman (NF P98-200-i[8]) : ces matériels restituent des Déflexions (en mm)
- les essais I.P.I./C.B.R. (NF P94-078[9]) : ce sont des mesures réalisées le plus souvent en laboratoire mais qui peuvent se faire également in situ. Les essais restituent un Indice sans unité
- Le Westergaard (NF P94-117-3[10]) : l'essai évalue un Module de réaction Kw (en MPa/m)
Les Essais non normalisés
- Le Portancemètre[11] : matériel utilisé en continu pour évaluer le Module de déformation Ep (en MPa)
- Le Passage visuel d'un camion chargé à 13 tonnes : cette méthode rustique permet d'évaluer rapidement la Résistance à la rupture ou portance (pour une PST) et en déformation des sols
- La Plaque dynamique légère[12] : inspirée de la Dynaplaque elle mesure un Module de déformation EVD
- La mesure de la Déflexion dite à la canadienne : cet essai s'inspire de la mesure de déflexion mais n'évalue que la Déflexion élastique (mm) au déchargement du sol, inférieure à la déflexion maximale mesurée selon la norme
- le Déflectomètre à masse tombante ou Falling Weight Deflectometer (FWD) : inspirée des méthodes géophysiques, le matériel évalue un Bassin de déflexion et restitue la déflexion (mm) et une estimation du rayon de courbure (m)
- le GeoGauge : matériel géophysique évaluant le module de déformabilité du sol par des sollicitations en très petites déformations (en MN/m)
Aide au choix des moyens de mesure
La note d'information du Cerema[1] précise les moyens les plus adaptés selon que la surface est constituée de matériaux traités ou de matériaux non traités.
Les deux tableaux ci-dessous illustrent les différentes situations possibles, et précisent certaines limites d'emploi.
REFERENCES
- ↑ 1,0, 1,1 et 1,2 Cerema. 2018. Méthodologie de mesure de la portance des plates-formes. Note d'information n°1 Chaussées, Plates-formes, Assainissement, mars 2018, 24 pages.
- ↑ 2,0 et 2,1 Afnor (2019). NF P98-086. Dimensionnement structurel des chaussées routières - Application aux chaussées neuves - Chaussées - Terrassement - Dimensionnement et terminologie - Vérification du dimensionnement structurel des chaussées routières - Application aux chaussées neuves
- ↑ 3,0 et 3,1 SETRA-LCPC (1992) - Guide technique - Réalisation des remblais et des couches de forme Fascicule 1 : principes généraux et Fascicule 2 : annexes techniques (GTR).
- ↑ SETRA-LCPC (2000) - Guide technique – Traitement des sols à la chaux et/ou aux liants hydrauliques – Application à la réalisation des remblais et des couches de forme (GTS).
- ↑ SETRA (2008) – Guide Technique – Conception et réalisation des terrassements ; Fascicule 1 : Étude et exécution des travaux ; Fascicule 2 : Organisation des contrôles ; Fascicule 3 : méthodes d'essais (GCT).
- ↑ Afnor (2000). NF P 94-117-1. Portance des plates-formes - Partie 1 : Module sous chargement statique à la plaque (EV2).
- ↑ Afnor (2004). NF P 94-117-2. Portance des plates-formes - Partie 2 : Module sous chargement dynamique.
- ↑ Afnor (1991). NF P 98-200-1. Mesure de la déflexion engendrée par une charge roulante – Partie 1: Définitions, moyens de mesure, valeurs caractéristiques.
- ↑ Afnor (1997). Sols : Reconnaissance et Essais - Indice CBR après immersion - Indice CBR immédiat - Indice Portant Immédiat - Mesure sur échantillon compacté dans le moule CBR.
- ↑ Afnor (2008). NF P 94-117-3. Portance des plates-formes - Partie 3 : Coefficient de réaction de WESTERGAARD sous chargement statique d'une plaque.
- ↑ LCPC (2007) – Guide Technique – Portance des plates-formes : Mesure du module en continu par le Portancemètre.
- ↑ TP BF-StB partie B 8.3 : « Essai à charge de plaque dynamique à l’aide de l’appareil léger d’essai de choc par masse tombante » (dynamic plate load testing with aid of the light drop weight tester)
