Conception de géotextiles pour la construction de routes non revêtues - Méthode Semmmeijer

Fonction du géotextile

Il est intéressant d’utiliser des géotextiles (de renforcement) pour la construction de routes lorsque la capacité portante du sous-sol est insuffisante et que la charge de circulation risque de provoquer un effondrement d’une partie de la route. Un géotextile permettra de répartir la charge sur une plus grande portion de route, ce qui permet, à capacité portante égale, de supporter des charges par essieu plus élevées. Le croquis illustre ce principe. La charge par essieu se transmet à la route par la pression des roues. Cette force se répand dans le granulat et exerce en finale une pression moyenne σ₁ . Le géotextile doit être conçu de manière que cette dernière pression puisse être supportée par la capacité portante du sous-sol.

Fonctionnement d’un géotextile

L’utilisation d’un géotextile est comparable à celle de barres d’acier dans le béton armé. Le géotextile permet d’ajouter des contraintes de tension dans le système, ce que le granulat ne permet pas d’obtenir à lui seul. Les géotextiles peuvent s’utiliser de deux manières différentes, connues dans la littérature spécialisée sous les appellations « Lateral Restraint » (confinement latéral) et « Membrane Action » (effet de membrane). L’analogie avec le béton armé est la plus grande dans le premier cas. Les avantages et les inconvénients de la méthode du confinement latéral sont les suivants:

- La déformation de la route est faible, ce qui rend possible son revêtement.

- Le véhicule peut changer de position dans le sens de la largeur.

- L’amélioration de la capacité portante est limitée étant donné la rigidité relativement faible du géotextile et les contraintes de tension limitées qui y sont associées.

L’utilisation du géotextile exploitant l’effet de membrane permet d’accroître beaucoup plus la capacité portante. Les avantages et les inconvénients de cette méthode sont les suivants:

- La route subit une déformation importante et il est préférable de ne pas installer un revêtement rigide.

- Les véhicules doivent rouler toujours dans les mêmes traces (ornières) parce que la forme du géotextile est conçue pour fournir un maximum de contraintes de tension.

- L’amélioration de la capacité portante n’est plus limitée par la rigidité du géotextile, mais bien par sa résistance, ce qui est beaucoup plus efficace.

- Le géotextile doit être bien ancré de part et d’autre de la route.

Effet de membrane

L’effet de membrane permet de calculer la déformation d’une membrane tendue sous l’effet des pressions verticales qui agissent sur elle. Le géotextile peut être considéré comme une membrane soumise aux pressions σ₀ et σ₁, voir le croquis. La méthode de calcul est brièvement présentée ici et les résultats sont commentés. Pour la publication originale, nous renvoyons à Semmmeijer et al. 1982.

L’effet de membrane offre la plus grande efficacité dans le sens transversal, étant donné que le géotextile est ancré de part et d’autre de la route. Dans le sens longitudinal, un surplus de glissement réduit l’effet. Il convient de distinguer trois zones: la zone sous les roues, la zone d’extension à gauche et la zone d’extension à droite. Ces zones ne sont pas nécessairement symétriques car il arrive que le véhicule roule plus au centre de la route ou plus près du bord. Dans ces cas, la contre-pression recule vers la gauche ou vers la droite. Nous représentons ces zones par un indice i = 1 , 2 , 3 .

La déformation est définie par l’équation de la membrane: :

La pression verticale q est la résultante de la pression reçue sur la face supérieure et celle reçue sur la face inférieure du géotextile. La force S présente dans le géotextile une composante horizontale constante S₀ . L’affaissement est désigné par la lettre w et l’allongement géométrique par ΔB . Ces grandeurs varient en fonction de la distance x depuis le bord gauche du champ de tension. La solution se présente comme suit:

Les constantes d’intégration u_i et s_i ont été ajoutées dans ces formules. Il n’y a en effet aucune composante de pression verticale sur les bords de la zone de tension. Les valeurs de u₁ et u₃ sont donc connues, l’inclinaison du géotextile étant horizontale. Les valeurs de x aux points de transition sont provisoirement représentées par x_ℓ and x_r . Ces valeurs seront spécifiées plus loin. Comme il doit y avoir correspondance entre l’affaissement et l’inclinaison aux points de transition, l’on obtient par conséquent les formules suivantes:

Pour les six constantes d’intégration, il y avait six conditions. Il s’avère qu’en procédant de la sorte, seuls cinq degrés de liberté sont spécifiés. Cela tient au fait qu’une des conditions est utilisée pour assurer l’équilibre vertical: (x_r - x_ℓ) σ₁ = b σ₀ . Cela se traduit par deux équations identiques pour la déformation centrale. Il n’y a donc pas de valeur absolue pour cette dernière. Le système est en équilibre vertical interne sur une position verticale quelconque. Mais il va de soi que ce système doit se raccorder à la route, en sorte que le point le plus élevé du géotextile reste à la hauteur initiale.

La force à laquelle est soumis le géotextile influence fortement le degré de déformation. Plus cette force est grande, plus faibles sont la déformation et l’inclinaison. L’on s’efforce de limiter le plus possible cette inclinaison. Cela signifie que la force présente dans le géotextile ne sera que légèrement supérieure à S₀ . Cela permet d’évaluer simplement l’extensibilité du géotextile. L’effet éventuel des forces de cisaillement exercées sur le géotextile n’est pas pris en compte ici. Il est requis à des fins de compatibilité que cette extensibilité soit égale à l’allongement géométrique ΔB:

L’on obtient ainsi pour la condition de compatibilité:

Il est tenu compte ici de la condition d’équilibre vertical.

Avec cette dernière condition, les écarts de déformation sont fixés. La déformation maximale au centre est égale à s₂ . La différence avec la déformation sur les bords est égale à:

Il est également tenu compte ici de la condition d’équilibre vertical.

Données à entrer

Pour pouvoir faire un calcul, il y a des données à encoder. La valeur de σ1 est égale à la capacité portante, dont on retranche le poids de la route. La capacité portante peut alors être caractérisée par la formule de Brinch Hansen. La largeur de la force de réaction résulte alors de la charge par essieu:

Les valeurs de x_ℓ et x_r sont spécifiées comme suit. S’il n’y a aucune condition restrictive, la pression s’étend au départ de l’emplacement des roues. Si la force de réaction s’étend au-delà de la moitié ou du bord de la route, il y a un glissement:

Vous remarquerez qu’un indice a été ajouté à l’extension de la pression. Cette dernière est elle aussi limitée à la moitié de la route. En cas de dépassement, sa valeur est diminuée afin de pouvoir l’annuler.

À titre de contrôle, on vérifie la somme et la différence entre x_ℓ et x_r sont considérées:

La différence correspond toujours à la largeur totale de la route plus l' extension. La position centrale correspond à l’endroit de la charge d’essieu et est adaptée en fonction de la différence d’extension. Les autres données parlent d’elles-mêmes.

Références

Semmmeijer, J.B., Kenter, C.J. and Van Den Berg, C., 1982, “Calculation Method for Fabric Reinforced Road”, Proceedings of the Second International Conference on Geotextiles, IFAI, Vol. 2, Las Vegas, Nevada, USA, August 1982, pp. 393-398.