Implantations (partie 4/4)

## Objectifs et prérequis **Objectifs** : À la fin de ce chapitre, l’élève sera capable de : - établir le profil en long et le profil en travers d’un ouvrage de terrassement à partir des données de nivellement ; - conduire un déblai ou un remblai en respectant les pentes de talus, les épaisseurs de couche et les règles de sécurité ; - réaliser les calculs de cubage nécessaires au dimensionnement des travaux de terrassement ; - interpréter les plans de terrassement et proposer des ajustements en fonction des contraintes du chantier (sol, nappe phréatique, accès). **Prérequis** : maîtriser les notions de nivellement géométrique (nivellement direct et indirect), les concepts de pente, de talus, de coefficient de gonflement et de tassement, ainsi que les unités de mesure usuelles en topographie (mètre, mètre carré, mètre cube). --- ## Introduction Le terrassement constitue l’étape fondamentale de tout ouvrage de génie civil : routes, barrages, fondations de bâtiments ou aménagements hydroagricoles. Au Cameroun, les projets d’infrastructure routière (ex. : axe Yaoundé‑Douala, route Bertoua‑Garoua) nécessitent une maîtrise précise du profil en long et en travers afin d’optimiser les volumes de déblai et de remblai, de limiter les coûts et de garantir la stabilité des talus. Ce chapitre présente les méthodes utilisées pour établir ces profils, puis détaille la conduite d’un déblai et d’un remblai, en s’appuyant sur des exemples de chantier réels observés dans les régions du Centre et de l’Est. --- ## I. Leçon 15 : Profil en long et en travers (2) ### A. Définitions et objectifs du profil en long > **Profil en long** : représentation en coupe verticale suivant l’axe longitudinal d’un ouvrage, montrant les altitudes du terrain naturel et du projet (forme finale) à chaque abscisse. Il permet de visualiser les variations d’altitude, de déterminer les pentes réelles et de calculer les cubages de déblai/remblai. ### B. Définitions et objectifs du profil en travers > **Profil en travers** : coupe perpendiculaire à l’axe de l’ouvrage, montrant l’altitude du terrain naturel de chaque côté de l’axe ainsi que les formes projetées (talus, remblai, revêtement). Il sert à définir la largeur de la plateforme, les pentes de talus et les épaisseurs de couche de remblai. ### C. Méthode de construction du profil en long 1. **Relevé des points d’altitude** : à l’aide d’un niveau automatique ou d’un théodolite, relever les altitudes du terrain naturel tous les 5 m (ou selon l’échelle du projet) le long de l’axe. 2. **Report sur le papier millimétré** : tracer l’axe des abscisses (distance depuis l’origine) et l’axe des ordonnées (altitude). Reporter chaque point relevé. 3. **Tracé du profil projeté** : à partir du tracé définitif (côte de formation, pentes de projet), reporter les altitudes du projet aux mêmes abscisses. 4. **Hachurage** : la zone entre le profil naturel et le profil projeté représente le déblai (si le naturel est au‑dessus) ou le remblai (si le naturel est en dessous). ### D. Méthode de construction du profil en travers 1. **Choix de l’abscisse** : sélectionner une abscisse représentative (souvent au point de changement de pente ou au milieu d’un tronçon). 2. **Relevé des points latéraux** : à partir de l’axe, mesurer les altitudes à droite et à gauche tous les 1 m (ou selon la largeur prévue) jusqu’au talus prévu. 3. **Report sur le papier** : tracer l’axe vertical (altitude) et l’axe horizontal (distance latérale). Reporter les points mesurés. 4. **Tracé du talus projeté** : à partir de la pente de talus prescrite (ex. : 1V : 2H), tracer la ligne qui rencontre le terrain naturel de chaque côté. 5. **Détermination de la largeur de plateforme** : la distance entre les deux points d’intersection du talus projeté avec le terrain naturel donne la largeur de la plateforme à cette abscisse. ### E. Exemple chiffré (profil en long) Supposons un tronçon de 100 m avec les relevés suivants (altitude du terrain naturel en m) : | Abscisse (m) | Altitude naturelle (m) | |--------------|------------------------| | 0 | 580,0 | | 20 | 582,5 | | 40 | 585,0 | | 60 | 583,0 | | 80 | 580,5 | | 100 | 578,0 | Le projet prévoit une plateforme à 582,0 m d’altitude constante avec une pente de 0 % (plateforme horizontale). - **Déblai** : où l’altitude naturelle > 582,0 m. - **Remblai** : où l’altitude naturelle < 582,0 m. Épaisseurs \(h_i = \text{altitude naturelle} - 582,0\) : | Abscisse (m) | \(h_i\) (m) | |--------------|-------------| | 0 | –2,0 | | 20 | +0,5 | | 40 | +3,0 | | 60 | +1,0 | | 80 | –1,5 | | 100 | –4,0 | Calcul du cubage par la méthode des trapèzes (\(\Delta x = 20\) m) : \[ V = \sum_{i=1}^{n-1} \frac{(h_i + h_{i+1})}{2} \times \Delta x \] | Segment | \(h_i\) (m) | \(h_{i+1}\) (m) | Moyenne (m) | Volume (m³) | |---------|-------------|----------------|-------------|-------------| | 0‑20 | –2,0 | +0,5 | –0,75 | –15,0 | | 20‑40 | +0,5 | +3,0 | +1,75 | +35,0 | | 40‑60 | +3,0 | +1,0 | +2,0 | +40,0 | | 60‑80 | +1,0 | –1,5 | –0,25 | –5,0 | | 80‑100 | –1,5 | –4,0 | –2,75 | –55,0 | | **Total**| | | | **0,0 m³** | Le volume net est nul : les volumes de déblai et de remblai s’équilibrent exactement sur ce tronçon. > **Règle de sécurité** : lors du relevé, toujours vérifier la stabilité du point d’appui du niveau (trépied sur sol ferme) afin d’éviter les basculements qui faussent les altitudes. ### F. Tableau récapitulatif des pentes de talus usuelles (Cameroun) | Type de sol | Pente de talus (V:H) | Commentaire | |----------------------------|----------------------|-------------| | Sol sableux | 1 : 2,5 | Nécessite un géotextile de séparation | | Sol limoneux | 1 : 2 | Stabilité moyenne | | Sol argileux (plastique) | 1 : 1,5 | Risque de glissement, drainage indispensable | | Roche fracturée | 1 : 1 | Peut être laissé à nu si stable | --- ## II. Leçon 16 : Conduite d’un déblai, remblai (1) ### A. Principes généraux de conduite de terrassement > **Déblai** : excavation du matériau naturel en excès par rapport à la forme projetée. > **Remblai** : apport et compactage de matériau pour combler un déficit par rapport à la forme projetée. Les deux opérations doivent respecter : - la **pente de talus** prescrite (stabilité) ; - l’**épaisseur de couche** maximale avant compactage (généralement 20 cm pour les sols granulaires, 15 cm pour les argiles) ; - le **coefficient de gonflement** (augmentation du volume après excavation) et le **coefficient de tassement** (réduction après compactage). ### B. Étapes de conduite d’un déblai 1. **Balayage de la zone** : enlever la végétation, les débris et marquer les limites du déblai à l’aide de piquets et de cordeaux. 2. **Installation des repères de nivellement** : poser des jalons tous les 10 m le long de l’axe, relever leurs altitudes (nivellement en boucle). 3. **Excavation** : utiliser une pelle mécanique ou une chargeuse selon le volume. Respecter la pente de talus en creusant en « banquette » (déblai en gradins) si la hauteur dépasse 3 m. 4. **Contrôle de la forme** : vérifier régulièrement avec une règle de maçon ou un niveau laser que la profondeur correspond au profil en long. 5. **Évacuation ou stockage** : transporter le matériau excédentaire vers une zone de dépôt autorisée ou un site de réutilisation (remblai ailleurs). 6. **Nettoyage de fond** : éliminer les matières organiques et les roches instables qui pourraient compromettre la stabilité du futur remblai. ### C. Étapes de conduite d’un remblai 1. **Préparation du fond** : damer le sol naturel (rouleau vibrant) afin d’obtenir une portance suffisante (CBR ≥ 5 % pour les routes). 2. **Apport du matériau** : déposer le matériau de remblai (grave, laterite, sable stabilisé) en couches horizontales. 3. **Compactage** : passer un rouleau vibrant ou une plaque vibrante jusqu’à atteindre la densité sèche cible (généralement 95 % du Proctor modifié). 4. **Contrôle de l’épaisseur** : mesurer après chaque couche avec une sonde de profondeur ; ne pas dépasser l’épaisseur maximale autorisée avant compactage. 5. **Vérification de la pente** : s’assurer que la surface du remblai suit le profil en travers (pente de talus respectée). 6. **Finitions** : appliquer une couche de roulement ou un géotextile de séparation si nécessaire. ### D. Formules de cubage avec coefficients - **Volume de déblai en banque (in situ)** : \(V_{d,bank} = \displaystyle\sum A_i \times L_i\) - **Volume de déblai en vrac (après gonflement)** : \(V_{d,vrac} = V_{d,bank} \times (1 + f_g)\) - **Volume de remblai en banque nécessaire** : \(V_{r,bank} = V_{r,proj} \times (1 + f_t)\) où \(V_{r,proj}\) est le volume projeté (compacté) - **Volume de remblai en vrac à mettre en place** : \(V_{r,vrac} = V_{r,bank} \times (1 + f_g) = V_{r,proj} \times (1 + f_t) \times (1 + f_g)\) ### E. Exemple chiffré (remblai d’une voie de 500 m) Données : - Longueur \(L = 500\) m - Largeur de plateforme \(B = 7\) m - Hauteur moyenne de remblai nécessaire \(h = 1,2\) m - Coefficient de tassement \(f_t = 0,12\) - Coefficient de gonflement du matériau de remblai (laterite) \(f_g = 0,18\) 1. **Volume projeté (compacté)** : \[ V_{proj} = L \times B \times h = 500 \times 7 \times 1,2 = 4200 \text{ m}^3 \] 2. **Volume de remblai en banque nécessaire** : \[ V_{r,bank} = V_{proj} \times (1+f_t) = 4200 \times 1,12 = 4704 \text{ m}^3 \] 3. **Volume de remblai en vrac à mettre en place (loose)** : \[ V_{r,vrac} = V_{r,bank} \times (1+f_g) = 4704 \times 1,18 \approx 5551 \text{ m}^3 \] > **À retenir** : le volume à extraire en banque est \(V_{r,bank}\) ; le volume loose à transporter est \(V_{r,vrac}\). Le volume net à mettre en place après compactage reste \(V_{proj}\). ### F. Normes de sécurité et d’hygiène (Cameroun) - Port du casque, de lunettes de protection, de gants et de chaussures de sécurité obligatoires sur tout chantier de terrassement. - Interdiction de travailler dans une fouille non étayée dépassant 1,5 m de profondeur sans dispositif de protection (étaiement, battage ou benne). - Vérification quotidienne de la stabilité des talus (inspection visuelle, mesure de l’angle de pente). - Évacuation des eaux de pluie vers des fossés de drainage afin de prévenir l’érosion et les glissements de terrain. --- ## III. Leçon 17 : Conduite d’un déblai, remblai (2) ### A. Gestion des matériaux de remblai sur chantier > **Matériau de remblai idéal** : granulométrie stable, faible teneur en argile (< 10 %), bonne capacité de compactage (CBR ≥ 15 % après compactage). Au Cameroun, les matériaux fréquemment utilisés sont : - **Laterite** (sol ferrugineux) : bonne stabilité après compactage, nécessite parfois un stabilisant à la chaux. - **Sable stabilisé** (sable + ciment 5 %) : utilisé pour les couches de forme dans les zones humides. - **Graviers concassés** : pour les couches de fondation sous revêtement bitumineux. ### B. Contrôle de la qualité du remblai 1. **Essai de Proctor** : déterminer l’humidité optimale et la densité sèche maximale. 2. **Essai de densité sur chantier** : mesure au nucléodensimètre ou au sable de densité ; comparer à 95 % du Proctor modifié. 3. **Essai de portance (CBR)** : plaque porteuse ou pénétrateur dynamique ; valeur minimale selon le type de chaussée (ex. : CBR ≥ 30 % pour une couche de base). 4. **Essai de tassement** : plaque de charge ou pénétromètre ; vérifier que le tassement différentiel reste < 2 cm sur 10 m. ### C. Traitement des sols humides ou argileux - **Drainage** : poser des drains français (graviers + géotextile) en fond de fouille avant le remblai afin de réduire la pression interstitielle. - **Stabilisation à la chaux** : ajouter 2 à 4 % de chaux vive, mélanger, laisser maturer 24 h puis compacter. - **Géotextile de séparation** : empêcher la migration des fines du sol naturel vers le remblai. ### D. Exemple de traitement d’une zone argileuse (projet routier à Bertoua) Données : - Épaisseur de couche d’argile à traiter : 0,8 m - Teneur en argile naturelle : 35 % - Objectif CBR après traitement : ≥ 25 % Procédé : 1. Épandre 3 % de chaux vive sur la surface. 2. Mélanger à l’aide d’une fraise rotative sur une profondeur de 0,8 m. 3. Laisser réagir 24 h (humidification légère si nécessaire). 4. Compacter en deux passes de rouleau vibrant (10 t). 5. Mesurer la densité sèche : 1,85 t/m³ (95 % du Proctor modifié). 6. Effectuer un essai CBR : 28 % (conforme). > **À retenir** : la stabilisation à la chaux augmente la résistance au cisaillement et réduit la plasticité des sols argileux, rendant le remblai plus adapté aux charges de trafic. ### E. Plan de suivi environnemental - **Réutilisation des déblais** : les matériaux excavés conformes aux normes sont stockés pour être utilisés en remblai ailleurs (économie circulaire). - **Surveillance des eaux de ruissellement** : installer des bassins de décantation pour retenir les sédiments avant rejet dans les cours d’eau. - **Réhabilitation des zones de dépôt** : re‑végétaliser avec des espèces locales (ex. : *Pterocarpus soyauxii*) après épuisement du stock. ### F. Tableau récapitulatif des étapes clés d’un chantier de terrassement | Phase | Action principale | Outils / Équipements | Contrôle qualité | |-------|-------------------|----------------------|------------------| | Préparation | Nettoyage, balisage | Débroussailleuse, piquets, cordeau | Vérification des limites | | Nivellement | Relevé d’altitudes | Niveau automatique, théodolite | Fermeture de la boucle < 5 mm | | Déblai | Excavation, mise en banquette | Pelle mécanique, chargeuse | Contrôle de pente de talus | | Remblai | Apport, couche, compactage | Chargeuse, rouleau vibrant, plaque vibrante | Essai de densité, CBR | | Finition | Mise en forme, drainage | Nivelleuse, géotextile, drains | Vérification de la longitudinale et transversale | | Environnement | Gestion des déchets, réutilisation | Bennes, zones de stockage | Suivi des volumes de déblai/reblai | --- ## Synthèse du chapitre - **Profil en long** : coupe suivant l’axe, permet de déterminer déblai/remblai et cubage. - **Profil en travers** : coupe perpendiculaire, définit largeur de plateforme et pentes de talus. - **Déblai** : excavation respectant les pentes de talus, utilisation de banquettes pour les hauteurs > 3 m, évacuation ou stockage du matériau. - **Remblai** : apport en couches, compactage à 95 % du Proctor modifié, contrôle de densité et de portance (CBR). - **Coefficients** : gonflement (augmentation du volume après excavation) et tassement (réduction après compactage) doivent être intégrés dans les calculs de volume. - **Matériaux de remblai** : laterite, sable stabilisé, graviers concassés ; préférer faible teneur en argile et bonne capacité de compactage. - **Stabilisation des sols** : drainage, chaux vive, géotextile pour les sols humides ou argileux. - **Sécurité** : port des EPI, étayage des fouilles > 1,5 m, contrôle quotidien de la stabilité des talus, gestion des eaux de ruissellement. - **Environnement** : réutilisation des déblais, bassins de décantation, re‑végétalisation des zones de dépôt. --- ## Glossaire > **Profil en long** : représentation en coupe verticale suivant l’axe longitudinal d’un ouvrage, montrant les altitudes du terrain naturel et du projet. > **Profil en travers** : coupe perpendiculaire à l’axe, montrant l’altitude du terrain naturel de chaque côté ainsi que les formes projetées (talus, remblai). > **Déblai** : excavation du matériau naturel en excès par rapport à la forme projetée. > **Remblai** : apport et compactage de matériau pour combler un déficit par rapport à la forme projetée. > **Pente de talus** : rapport vertical/horizontal prescrit pour assurer la stabilité du flanc d’une fouille ou d’un remblai (ex. : 1V : 2H). > **Coefficient de gonflement (f_g)** : augmentation du volume d’un matériau après son excavation (ex. : 0,15 pour la laterite). > **Coefficient de tassement (f_t)** : réduction du volume d’un matériau après son compactage (ex. : 0,10 pour un sol argileux). > **CBR (California Bearing Ratio)** : indice de portance d’un sol, exprimé en pourcentage, utilisé pour dimensionner les couches de chaussée. > **Proctor modifié** : essai de compactage permettant de déterminer l’humidité optimale et la densité sèche maximale d’un sol. > **Géotextile** : feuille perméable utilisée pour la séparation, le filtrage ou le renforcement des sols. > **Banquette** : gradin creusé dans une fouille profonde afin de réduire la hauteur verticale et améliorer la stabilité. > **Laterite** : sol ferrugineux tropical, fréquemment utilisé comme matériau de remblai après stabilisation éventuelle. --- ## Exercices d'application corrigés ### Exercice 1 : Calcul du cubage d’un déblai Un tronçon de route de 300 m présente les altitudes naturelles suivantes (en m) relevées tous les 50 m : 610,0 ; 612,5 ; 615,0 ; 613,0 ; 610,5 ; 608,0. Le projet prévoit une plateforme à 612,0 m d’altitude constante. 1. Déterminer les épaisseurs de déblai (+) ou de remblai (–) à chaque relevé. 2. Calculer le volume net de déblai/remblai par la méthode des trapèzes. 3. Si le coefficient de gonflement du matériau excavé est de 0,20, quel volume brut doit être évacué ? **Corrigé** 1. Épaisseurs : - 0 m : 610,0 – 612,0 = –2,0 m (remblai) - 50 m : 612,5 – 612,0 = +0,5 m (déblai) - 100 m : 615,0 – 612,0 = +3,0 m (déblai) - 150 m : 613,0 – 612,0 = +1,0 m (déblai) - 200 m : 610,5 – 612,0 = –1,5 m (remblai) - 250 m : 608,0 – 612,0 = –4,0 m (remblai) 2. Volumes par segment (Δx = 50 m) : | Segment | h_i (m) | h_{i+1} (m) | Moyenne (m) | Volume (m³) | |---------|---------|-------------|-------------|-------------| | 0‑50 | –2,0 | +0,5 | –0,75 | –37,5 | | 50‑100 | +0,5 | +3,0 | +1,75 | +87,5 | | 100‑150 | +3,0 | +1,0 | +2,0 | +100,0 | | 150‑200 | +1,0 | –1,5 | –0,25 | –12,5 | | 200‑250 | –1,5 | –4,0 | –2,75 | –137,5 | | **Total**| | | | **0,0 m³** | Le volume net est **0,0 m³** (déblai et remblai s’équilibrent). 3. Volume brut à évacuer : \(V_{brut} = V_{net} \times (1+f_g) = 0 \times 1,20 = 0 \text{ m}^3\). > **À retenir** : même lorsque le volume net est nul, il faut vérifier les prélèvements locaux pour éviter des déséquilibres ponctuels. ### Exercice 2 : Dimensionnement d’un remblai avec stabilisation à la chaux Une voie de 400 m nécessite un remblai de hauteur moyenne 1,0 m et largeur 8 m. Le sol naturel est une argile avec teneur 30 %. On prévoit d’ajouter 3 % de chaux vive et de compacter à 95 % du Proctor modifié (densité sèche cible = 1,80 t/m³). Le coefficient de tassement de l’argile stabilisée est estimé à 0,12. 1. Calculer le volume brut de remblai nécessaire. 2. Déterminer le volume net à mettre en place après tassement. 3. Quel volume de matériau argileux (avant ajout de chaux) doit être extrait, sachant que le matériau de remblai final comprend 3 % de chaux (masse) ? **Corrigé** 1. Volume brut (compacté) : \[ V_{proj} = L \times B \times h = 400 \times 8 \times 1,0 = 3200 \text{ m}^3 \] 2. Volume de remblai en banque nécessaire (avant compactage) : \[ V_{r,bank} = V_{proj} \times (1+f_t) = 3200 \times 1,12 = 3584 \text{ m}^3 \] Le volume net à mettre en place après tassement (c’est‑à‑dire le volume compacté) reste \(V_{proj}=3200\) m³. 3. Masse de remblai final (compacté) : \[ M = V_{proj} \times \rho_{sec} = 3200 \times 1,80 = 5760 \text{ t} \] Masse de chaux : \(0,03 \times M = 172,8\) t. Masse d’argile nécessaire : \(M - M_{chaux} = 5587,2\) t. En supposant une densité sèche de l’argile naturelle de 1,65 t/m³, le volume d’argile à extraire (en banque) est : \[ V_{argile} = \frac{5587,2}{1,65} \approx 3386 \text{ m}^3 \] > **À retenir** : la chaux ajoute une masse négligeable en volume ; le volume d’argile à extraire correspond au volume net de remblai augmenté du facteur de tassement. ### Exercice 3 : Vérification de la pente de talus Une fouille de profondeur 2,5 m doit respecter une pente de talus de 1V : 2H. Quelle doit être la distance horizontale minimale entre le fond de la fouille et le sommet du talus de chaque côté ? **Corrigé** Pour une pente 1V : 2H, le déplacement horizontal pour 1 m de vertical est de 2 m. Avec une profondeur de 2,5 m, le débords nécessaire de chaque côté : \(d = 2,5 \times 2 = 5,0 \text{ m}\). > **À retenir** : la règle du 1V : 2H se traduit par un débords égal à deux fois la profondeur de la fouille. --- ## Erreurs fréquentes et règles de sécurité | N° | Erreur fréquente | Conséquence | Règle de prévention / bonne pratique | |----|------------------|-------------|--------------------------------------| | 1 | Oublier de fermer la boucle de nivellement (erreur > 5 mm) | Altitudes incohérentes → cubage faux | Effectuer toujours une fermeture de niveau et ajuster les relevés si l’écart dépasse la tolérance. | | 2 | Creuser une fouille profonde (> 1,5 m) sans étayage | Risque d’effondrement, blessures graves | Installer des étais, des battages ou des benches avant de dépasser 1,5 m de profondeur. | | 3 | Déposer une couche de remblai trop épaisse (> 20 cm) avant compactage | Compactage insuffisant, tassement différentiel ultérieur | Respecter l’épaisseur maximale de couche avant chaque passage de rouleau (20 cm pour sols granulaires, 15 cm pour argiles). | | 4 | Négliger le drainage des eaux de pluie sur un remblai argileux | Augmentation de la pression interstitielle → glissement de talus | Prévoir des drains français ou des fossés de décharge en fond de fouille avant le remblai. | | 5 | Utiliser un matériau de remblai contenant plus de 15 % d’argile sans stabilisation | Faible portance, risque de déformation sous charge | Réaliser un essai de Proctor et, si nécessaire, ajouter de la chaux ou du ciment pour stabiliser. | | 6 | Ne pas porter de casque ou de lunettes de protection près d’une chargeuse | Projectiles, chutes de débris → lésions oculaires ou crâniennes | Le port des EPI est obligatoire sur toute zone de manœuvre d’engins de terrassement. | --- *Fin du cours.*