Les fondamentaux du compactage

Illustration Les fondamentaux du compactage des solsDepuis plusieurs décennies, les techniciens spécialisés dans la construction de routes savent que le compactage par pression n’est pas suffisant. Il faut non seulement compacter les sols et matériaux routiers, il faut aussi améliorer la structure interne des couches de base et de liaison pour éviter les altérations ultérieures de la couche de roulement dues notamment au trafic routier (rappel historique).

Les compacteurs à pneus ont été et sont encore la solution à ce problème. En appliquant l’effet de compactage au moyen d’une surface flexible (le pneu), on obtient un effet de malaxage par lequel les éléments solides du sol s’imbriquent plus aisément gagnant en qualité de structure. L’application de fortes charges pénétrant en profondeur, densifie le terrain et augmente la résistance de la chaussée d’un point de vue structurel et temporel. Cependant, une tendance à oublier ce qui précède a bien trop souvent pour conséquence des voies qui peu après d’être ouvertes au trafic routier, présentent crevasses, fissures, déplacements du terrain et toutes sortes de déformations qui écourtent considérablement leur durée de vie et renchérissent leur coût par d’onéreuses réparations.

Les chaussées européennes sont indubitablement les plus durables dans le temps, dans de bonnes conditions d’utilisation, et un des motifs est la qualité et l’adéquation des engins employés dans leur construction. Au sein de l’Union Européenne, un contrôle strict de la Norme industrielle et de production est mené par les organismes officiels correspondants.


Constitution des sols

Les sols et matériaux routiers sont constitués :

  • de solides (grains de sol, granulats, sable…),
  • de liquide (eau, bitume, émulsion…),
  • d’air (emprisonné entre solides et liquides).

L’action du compactage se traduit par un rapprochement des grains du sol entre eux et une expulsion de l’air.

Structure et propriétés d’une chaussée

Une chaussée est constituée par la superposition de plusieurs couches de matériaux qui permet à la couche de roulement de ne pas se déformer à cause du trafic et des intempéries.

Structure et propriétés d’une chaussée

Les couches de chaussée

Les couches de chausséeLa couche de forme

Bien que ne faisant pas partie de la chaussée proprement dite, elle participe à son intégrité pendant les travaux, contribuant au nivellement et assurant la traficabilité du chantier. Elle permet d’homogénéiser les caractéristiques du sol support et le protège, notamment du gel.

Les couches d’assises

L’assise de chaussée se décompose en deux sous-couches : la couche de fondation et la couche de base.

Ces couches apportent à la chaussée la résistance mécanique nécessaire pour reprendre les charges verticales induites par le trafic. Elles répartissent les pressions sur le sol support afin de maintenir les déformations à ce niveau dans les limites admissibles.

La couche de surface

Généralement, elle a aussi une structure bicouche avec la couche de roulement, qui est la couche supérieure sur laquelle s’appliquent directement les actions du trafic et du climat et la couche de liaison.

Objectifs du compactage

Les principaux objectifs poursuivis lors de la réalisation des travaux routiers de terrassements, de couches de forme, d’assises de chaussées et de couches de roulement sont :

  • Augmenter les caractéristiques mécaniques
  • Supprimer les déformations ultérieures
  • Assurer l’imperméabilité

On constate une diminution du volume, le poids des solides restant identique. La masse volumique apparente augmente.

Avantages du compactage

  • Révèle les points faibles du terrain
  • Améliore la compacité
  • Accroît la portance
  • Evite les déformations ultérieures
  • Contrôle la perméabilité
  • Egale la surface
  • Augmente la résistance à la rupture
  • Réduit la compressibilité
Le compactage d’un sol consiste à faire diminuer son volume par l’application d’un procédé mécanique.
La diminution du volume se produit par l’élimination des vides d’air qui existent dans le sol à son état initial, moyennant l’application d’une charge déterminée.

Caractéristiques

Toute chaussée commence par l’épandage d’une couche de matériau granulaire mélangé à un liant. Cette couche n’a en principe pas de grandes caractéristiques mécaniques ; elle les acquière au cours du compactage.
L’action du compactage est transmise en réalisant plusieurs passages du compacteur sur le matériau à compacter. Au fur et à mesure que le nombre de passes augmente, la masse volumique du matériau augmente.

Un compactage correct permet de :

  • Accroître la portance
  • Augmenter la densité de la couche
  • Donner une texture superficielle adéquate
  • Accroître la stabilité
  • Réduire la perméabilité
  • Corriger les irrégularités
  • Résister à la déformation
  • Réduire les bruits

Un compactage déficient (par excès ou par défaut) se traduit par une diminution de la résistance de la couche compactée.
Une faible résistance provoque l’apparition de déformations et dégâts de la couche.

Energie appliquée

Le principe du compactage repose sur la pression au sol exercée par une charge qui se déplace sur la surface.
Lorsque l’on applique une charge au sol, celle-ci se transmet à travers cette couche pour atteindre les couches inférieures.

Energie appliquée

  • La surface de répartition est plus grande que la surface d’origine.
  • Le compactage d’une couche fait augmenter la surface de répartition de la couche inférieure.
  • Plus le compactage augmente, plus sa portance augmente.
Tous les compacteurs ont un paramètre commun : ils appliquent une charge.

Pression de contact

Toute charge appliquée au sol, exerce une pression que l’on dénomme « Pression de contact ».
Cette pression de contact peut servir de critère d’appréciation et de comparaison pour les compacteurs de sols, notamment les compacteurs à pneus lorsque la masse opérative et la surface de contact sont connues et déterminées.
La masse opérative effective ne peut par contre pas servir de critère pour les compacteurs à cylindres, bien qu’ils compactent également par leur poids.

Bulbes de pression

La mécanique des sols permet de calculer la répartition des pressions dans le matériau. Les lignes isobares adoptent la forme de bulbes et se dénomment « Bulbes de pression ».

Pour une même charge, une augmentation de la surface de pression se traduit par une action en profondeur plus prononcée.

Une diminution de la surface de contact se traduit par une augmentation de l’intensité de pression à l’intérieur des bulbes.

Types de compactage

Le compactage se réalise par effet statique, par effet dynamique, ou par une combinaison des deux.
Si la surface de contact du compacteur avec le sol est rigide (cylindre), le compactage aura un effet en profondeur. Si au contraire, la surface de contact est flexible (pneumatique), le compactage aura alors, outre un effet en profondeur, un autre non moins important de malaxage qui aidera à la densification du sol.

corinsa_techno_008_Types-de-compactageCompacteurs à pneus :

  • Effet vertical
  • Pression de contact
  • Effet de malaxage

Compacteurs vibrants :

  • Effet vertical
  • Vibration
  • Impacts

Le compactage actuel est divisé en deux grands groupes :

  1. Vibrant par impacts.
  2. Statique par pression.

Compactage par vibration

corinsa_techno_009_Compactage-par-vibrationPrincipe de compactage :

  • Pression statique
  • Energie dynamique

Paramètres :

  • Charge linéaire statique
  • Masse vibrante
  • Amplitude
  • Fréquence

Le compactage par impact produit des ondes de contrainte qui se propagent dans le massif du sol jusqu’à une couche solide qui les renvoie. La force appliquée par la propagation de ces ondes dans le sol impose de fortes contraintes et augmente la possibilité de déformation permanente.

A prendre en compte :

  • L’influence de la résistance de la couche support sur le travail à réaliser,
  • La décompression superficielle,
  • L’épaisseur de la couche à compacter.

Compactage statique avec compacteur à pneus

Principe de compactage :

  • Pression de contact
  • Effet de malaxage

Paramètres :

  • Charge sur roues
  • Pression des pneumatiques

Classification des compacteurs à pneus :

Classe Charge par roue Catégorie
P0 Inférieur à 2 500 kg LEGER
P1 2 500 à 4 000 kg MOYEN
P2 4 000 à 6 000 kg LOURD
P3 Supérieur à 6 000 kg TRES LOURD