INSTITUT DES SCIENCES ET DES TECHNIQUES DE L'ÉQUIPEMENT

ET DE L'ENVIRONNEMENT POUR LE DÉVELOPPEMENT

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1 El! GRAVELEUX LATERITIQUES II li li II § li li § li li li § II li li § li li § II ~

LABORATOIRE CENTRAL DES PONTS ET CHAUSSÉES (LCPC)

LATÉRITES ET GRAVELEUX LATÉRITIOUES

Paul AUTRET Ingénieur ENSM - Docteur-Ingénieur ENPC

Chef du service clos études et recherches Internationales Labora toire central des Ponts et Chaussées

1983

SOMMAIRE

Présentation par P. Autret .. . . . . .. ... . . . . .. . . . .... . ...... . . . . . . . ........ . .......... 3

DEFINITION ET FORMATION DES LATERITES .. .. . .. ............ .... .. .... 5

1 - Défin ition des latérites ..... .............. . ....... . . . .... . .. . . . .. .. . ....... 5

1. Origine du mot, la latérite de Buchanan

2. La latéri te du dictionnaire

3. La latérite vue par un voyageur .... . . . . . . . . .

4. La latérite vu e par un ingénieur .

Il - Formation des latérites .... . .. .

1. Facteurs de formation . . . .... .. . .. . .......... . . .. . . . .

2. Ca ractérisation des latérites . . . . .. . . . ... .. .. .

. .... " .. 5 . . . 6

."." . 6 . .. ...... . 7

.7 13

UTILISATION DES GRAVELEUX LATERITIQUES EN TECHNIQUE ROUTIERE .......... 17

1 - Les principales spécif ications. . . . . . . . . . . . . . . . . • . . . . . . . . . . . . . • . . • . . . . . . . . .. 17

1. Graveleux latéritiques naturels

2. Graveleux latéritiques traités au ciment

Il - Les gisements.

1. Prospect ion d'un gisement

2. Exploitation d'un gisemen t .

III - Les graveleux latéritiqu es dans les chaussées .

1. Chaussée revêtue

2. Chaussée non revêtue

17

. 23

..... 27

. . . .. 27

.. . . .. 29

. ..... 32

. ... 32

.... 34

Références bibliographiques ..... ... .. . .. . . . .... . .. .. . . . .. • . . . . .. . . .... . • .. .. .... . 37

INSTITUT DES SCIENCES ET DES TECHNIQUES DE L'tQUIPEMENT ET DE L'ENVIRONNEMENT POUR LE OtVELOPPEMENT !lSTEDI 52, rue Madame - 75006 Paris

LABORATOIRE CENTRAL DES PONTS ET CHAUSStES (LCPCI 58, boulevard L,lebvre, F·75732 PARI S CEDEX 15

© / 983 /STHD · /.CPC

PR ÉSE NTATION

"Latérites et graveleux latéritiques" - pourquoi ce document au Laboratoire central des Ponts et Chaussées?

DepUIs 1975 Il eXiste au L CPC une section des études outre~mer (qui s'est transformée en 1982 en un Service des études et des recherches ;/?ternationales) dont les objectifs ont été d'abord bén sûr de coordonner les activités du réseau des laboratoires régionaux des Ponts et Chaussées à l'étranger, mais aussi d'encadrer des recherches orientées vers des sujets concernant les pa Vs en développement, confiées à des étudiants ou chercheurs étrangers ou français de l'ENPC ou de l'ENTPE.

Dans ce contexte, j'ai préparé au LCPC, sous la direction de M Sauterey', une thèse de docteur~ ingénieur en génie civil de l'ENPC, intitulée "Contnbution à l'étude des graveleux latéritiques traités au ciment" soutenue le 23 octobre 1980. Ce travail, essentiellement consacré à l'évolution de la résls~ tance en compression en fonction du temps, d'une" cinquantaine d'échantillons provenant de onze pays différents, ainsi qu'au comportement à la fatigue d'un graveleux du Sénégal a montré qu'il exis~ tait de grandes analogies entre une grave-ciment et un graveleux latéritique ciment, et qu't! n'était donc pas dénué de fondement d'essayer de dlfll/rlUer les coûts de construction des chaussées à trafic assez élevé en valonsant l'emploi de graveleux latéritiques de cette mamère, quoiqu'Il reste cependant encore des recherches et expériences à entreprendre.

Pour me procurer des échantillons de graveleux latériilques, j'ai frappé à de nombreuses portes et je tiens à remercier tous les ingénieurs qui m'ont aIdé à cette occasion et qui représentent soit des orga­nismes étrangers : le LNTP du Gabon, le LNTP de Côte~d'Ivolre, le CENREX du Mali, la Direction des Routes du Niger, la Faculté des SCiences de Rosario (Argenilne), le GEIPOT du Brésil, le Bureau d'études Van Nierkerk Klein and Edwards d'Afrique du Sud, soit des organismes français: le BCEOM, le CEBTP, les Entreprises Bourdin et Chaussé, Colas, Jean Lefebvre, Razel, ainsi que les Laboratoires des Ponts et Chaussées de Rouen et Lille.

Dans le cadre de ce traVail, M Sauterey m'avait demandé de préparer un document, essentiellement ISSU de recherches bibliographiques ou d'expériences vécues lors d'études LCPC à l'étranger, pour l'information des ingénieurs n'ayant pas eu la chance de rencontrer ce type de matériau. C'est ainsi et pour cela qu'a été rédigée cette Informauon, qui n'a pas d'autre prétention.

DepUIS, la DA El a lancé un vaste programme de travail, réulllssant les prinCipaux organismes de recher~

che rouuère française, desuné à permettre l'amélioration des connaissances des maténaux typiques, déSignés sous le vocable liT/précis de maténaux locaux. En 1981 deux grandes formations ont ainsi été étudiées, les graveleux latéritiques et les sables, tandiS qu'en 1982 les tufs et encroûtements ca/~

caires, les matériaux voicalllques er les sols gonflants étalelll abordés à leur tour. Pour chacun d'entre eux, Il est prévu que les résultats de cette étude fassent l'objet d'un guide d'uulisation en technique rouuère, à l'objectif plus complet que celui de cette note d'Information .

• Chef du Service in ternat ional du SETRA

BCEOM : CEBTP . DA El EN PC . ENTPE . SETRA :

Bureau central d'Etudes pour les Equ ipements d'outre-mer. Centre expérimental de Recherches et d'Etudes du Bâtiment et des Travaux publics Direction des affa ires économiques et internationales. Ecole nationale des Ponts et Chaussées. Ecole nationale des Travau x publics de l'Etal. Service d'Etudes techniques des Roules et Autoroutes .

3

Sous ce titre °Latérites et graveleux latéritiques" nous avons regroupé des indications cOl7cer~

nant la genèse des latérites et leur emploi en technique routière.

La première partie consacrée à la définition et à la formation des latérites est essentiellement bibliographique; la seconde partie est plus expérimen tale et traite de la prospection des grave­leux latéritiques et de leur emploi en couche de chaussée.

DÉFINITION ET FORMATION DES LATÉRITES

Une étude bibliographique de 1952, réalisée par Florentin et l' Hériteau [1] pour le BCEOM, a recensé plus de trente défi ­nitions des latérites, tandis que dans notre propre recherche bibliographique nous avons recensé un nombre aussi impor­tant d'ouvrages consacrés à la formation des latérites. Dans le chapitre " Définition et formation des latérites" nous avons dû faire un choix qui est évidemment orienté et en consé­quence nous n'avons pas la prétention d'avoir abordé ce sujet de manière exhaustive.

1. DÉFINITION DES LATÉRITES

1. Origine du mot: la latérite de Buchanan

Le terme de latérite vient du latin, later, qui signifie brique. Selon Dreyfus (2] il aurait été employé pour la première fois par le géologue Buchanan (3) qui designa ainsi un matériau ferrug ineux utilisé dans l' Inde pour confectionner des briques de terre destinées à la construction ; " C'est un des mei lleurs matériaux de construction, rempli de cavités et de pores, pos­sédant d~ grandes quantités de fer, de coloration rouge et jaune. L'intérieur du matériau, s' il est à l'abri de l'air, est si tendre que tout instrument métallique le coupe. Aussitôt tail ­lée à la forme voulue, la masse devient aussi dure qu'une bri ­que et résiste à l'eau et à l'air, bien mieux que toute brique que j'ai vue aux Indes ."

Il est clair que Buchanan décrit là un matériaux tendre qui peut durcir en séchant et non pas les blocs et boules de cu i­rasse disloquée qui ne sont jamais tendres à l'intérieur. L'ap~

pellation latérite constitue donc déjà un premier mystère, voire une mystifi cation, car si on se réfère aux constructions tra­ditionnelles africaines, on constate que généralement ce n'est pas de la latérite (au sens actuel du terme) qui est utilisée mais de l'argile ou du banco. Je n'ai pas sillonné toute l'Afri ­que et il se peut qu'il exis te beaucoup de constructions en argile latéri tique (certaines habitations ivoirien~es de forme carrée où les murs sont faits de bois entrecroisés enduits d'ar~

gile jaune rougeâtre, peut-être latéritique, par exemple), mais le lecteur me concèdera qu'il existe également énormément de constructions en banco.

Photo 1 - Habitat traditionnel - extrac tion de l'argile pour la conl ec/ion des briques .

PIlo ta 2 - Confection du mélange : argile. paille et eau.

5

Dreyfus indique qu'au Ghana l21 la latérite est utilisée en cons­truction de la lTlanière su ivante : après la sa ison des pluies la 'Iatérite est extraite, piétinée en présence de débris végé­taux; les bactéries fabriquent alors des solutions co lloïdales d'hydroxyde de fer qui laissent déposer un ciment ferrugi ­neux au moment du séchage des parpaings.

Photo 3 - Séchage des briques a l'air libre pres du lieu d'extrac tioll.

Photo 4 - Habitat tradition/lel fi/raI au Mali (régio/l da 80ugoulli), le ma/imau de base est du banco.

Photo 5 - Habitat tf<1ditio/J /Jel rural au Nord Cameroull.

6

Cette opération nous l'avons vu faire maintes fois avec tou­tes sor tes de matériaux généralement argileux, allant du banco à l'argile rougeâtre et la question que nous nous posons, su rtout dans le cas du banco, est de savoir si la paille ainsi rajoutée n'est pas tout simplement une armature comme cela fut fait depuis le moyen âge pour certaines habitations françaises en torchis.

Quoi qu'il en soit , nous retiendrons que la définition donnée par Buchanan n'a plus qu'une va leur historique : tout maté­riau susceptible de faire des briques n'est pas de la latérite et toutes les formes de latérite actuellement connues ne per­mettent pas de faire des briques.

2. La latérite du dictionnaire

Latérite: n. f. (du latin later-eris, brique) sol rouge vif ou rouge brun, très riche en oxyde de fer et en alumine formé sous

un climat chaud. Les latérites sont des sols très lessivés, riches en fer {minerais de GUÙ1éeJ et contenant de l'alumine libre.

Dans la forêt équatoriale humide, ce sont des argiles. Au nord

et au sud, dès qu'une saison sèche apparait, on observe la formation de carapaces de latérites, roches très dures, affleu­rant dans les zones les plus arides et totalement infertiles.

Cette définit ion de dictionnaire est empruntée au Larousse six vo lumes (1975) dans laquelle on notera une affirmation contestable, qui donne le nom de roche à la carapace latéri ­tique. La latérite par ai lleurs n'a pas retenu l'attention des auteurs de l'encyclopédie Larousse en vingt-quatre volumes.

3. La latérite vue par un voyageur

Tout un chacun peut découvrir la latérite par une définition d'un dictionnaire. Pour le voyageur (nous devrions dire pour le voyageur d'avant, car actuellement en Afrique les routes non revêtues ont tendance à disparaître du réseau principal et les voi tures sont bien souvent climatisées) la latérite c'est avant tout le matériau rouge avec lequel on fai t les routes; matériau peu sympath ique du reste, glissant en saison des

Photo 6 - Route Sikasso Kouliala (Mali). Le corps de chaussée est labriqué à la mode d'un hérisoll par des blocs de cuirasse cassés à la masse.

pluies, faisant tôle ondulé~ en saison sèche, poussiéreux au

point de s'infiltrer dans les moindres recoins: cheveux, vête­ments, va lises ... rendant la circulation dangereuse: le nuage

de poussière sou levé par un cam ion grumier est souvent tel que la visibilité est totalement nulle tant que le chauffeur qui

le double n'a pas atteint la hauteur de l'essieu avant, ce qui est parfois sportif tout de même.

4. l a latérite vue par un ingénieur [5 - 6]

Des ingénieurs étrangers ont décrit la latérite de la manière

suivante: "Matériau de structure vacuolaire, très souvent nuancé et de couleu r variant du jaune au rouge plus ou moins

foncé et même noir, constitué par une croûte plus ou moins

continue, d'épaisseur et de dureté variables, ayant beaucoup de vides et l'aspect d'une scorie, ou aussi des concrétions isolées oolitiques et pisolitiques, de plus ou moins grande

résistance en mélange avec une fraction argileuse" .

Aut rement dit, la latérite, c'est mou quand ça n'est pas dur,

c'est fin quand ça n'est pas gros, c'est jaune ou rouge quand ça n'est pas noir! Nous voyons donc bien là apparaître toute

la complexité d'un matériau si difficile à définir. Pour notre part, nous avons pris l'habitude de distinguer:

- sols fins latéritiques (ou latérite),

- graveleux latéritiques: utilisables en technique routière, couche de forme, de fondation de base - matériau 0 / 0,

- carapace ou horizon latéritique très dur mais pouvant être détruit pa r un engin de terrassement, la pioche, etc.,

- cuirasse latérit ique: couche très dure de matériau agglo­méré ressemblant à des scories, difficilement destructible par

un engin à lame, parfois naturellement fragmenté.

Nous reviendrons ultérieurement sur ces définitions, mais

nous noterons que la grande difficulté d'aboutir à une appel­lat ion aisée nécessite que l'on examine plus avant la genèse

de ce ou ces matériaux.

II. FORMATION DES LATÉRITES

1. Facteurs de formation

Le phénomène de latérisation est un processus de formation

des sols, spécifique aux régions tropicales chaudes et humi­des. Il s'agit d'une altération de la roche mère dont la ca rac-f

téristique essentie lle réside dans une mise en solu tion puis

un départ de la silice, phénomène de lessivage, accompa­gnés d'un enrichissement en fer et en alumine sous forme

de sesqu ioxydes Fe2 03 et AI2 03'

Certains facteurs ont une influence prépondérante sur l'alté­

ration des roches et la formation des sols latér itiques qui en

découlent [7 - 81 ; ce . sont :

• le climat (pluviométrie, température, bilan hydrique),

• la topographie (érosion et drainage),

• la végétation (matières organiques, bactéries, acides humiques),

• la roche mère,

• le temps.

Sans reprendre une synthèse de tous les travaux effectués sur le rôle respectif de chacun de ces facteurs, nous indique­rons pour chacun d'eux quelques exemples.

a - le climat

Le climat a une action combinée par la température et le bilan hydrique.

La température: les climats tropicaux sont favorab les à une altération des roches du type latérisation, par formation d'oxy­

des de fer et d'alumine et lessivage de la silice. A humidit~

constan te, le rapport Ki = Si °2/ AI2 03 augmente avec la température; celle-ci agit comme cata lyseur des réact ions ch imiques qui peuvent voi r leur effet multiplié par 2 ou par

3 pour chaque augmentation de 10° C. L'effet de la tempé­rature sur l'altérat ion se retrouve également sur la formation

ou la destruction de l'humus. Au-dessus de 30° C, l'activité

bactérienne prédomine, au-dessous de 20°C on assiste plu ­tôt à un.e accumulation d'humus.

La pluviométrie et le bilan hydrique: (cartes 1, 2, 3, figure 1),

de l'eau en abondance est nécessaire pour l'a ltération chi ­mique (hydrolyse). Les régimes de précipitation sont diffé­

rents en zones tropicales et équatoria les; ils engendrent des

mouvements d'eau dans les sols dont la nature est détermi­nante sur le produit final de l'altération . Selon le bi lan hydri ­

que d'une région, on distingue:

• mouvement descendant continu: zone à cl imat humide permanent, entraînant un bilan hydrique excédentaire permanent et un lessivage continu des matériaux;

• mouvement descendant avec pauses: zone présentant alternativement une saison sèche et une saison humide

bien marquées avec alternance de déficit et de béné­fice du bi lan hydrique. En période de déficit, l'eau s'éva­

pore au lieu de pénétrer, il y a arrêt du lessivage;

• mouvements descendants et ascendants alternés: zone présentant également une alternance de sa isons sèche et humide mais en présence d'une nappe phréatique ali ­

mentant les couches de surface en période de déficit hydrique. Il y a donc alternance de lessivage et d'accu ­

mulation, le résultat final de l'a ltération dépendant de

leur importance relative;

• mouvement ascendant: zone présentant un déficit per­manent en eau. S' il ya mouvement d'eau, c'est un mou­

vement ascendant accumulant les sels au niveau supérieur;

• mouvement ascendant intermittent: zones présentant de longues sa isons sèches déficitaires en eau, entrecou­

pées de brèves saisons des pluies. Le phénomène d'ac­

cumu lat ion est identique au précédent mais il est atténué.

b - la topograph;e

Le processus de latérisation, échange ion ique en milieu aqueux, nécessite de l'eau et du temps. La topographie influe sur ce processus dans la mesure où elle favorise ou défavo-

7

INCH ES MILLIMETRES POUCES MILLIMETRES

ABOV [ 3200 AU DesSOUS OE 3200

65 - I)() 1600 - 3200

~ - .. 1100 - 1600

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a - 16 200 - AOO . - • 100 - zoo

B[LOW • 8 ElO W 100 [H O[SSOU$ D( A [N DESSOUS D[ 100

Mercator Projection

Carte 1 A Pluviosité a/lnuelle moyen/le (d'aprés Thompson, 79651.

8

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LEGEND LEGENDE

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VERY HUMIO TRES HUMIDE

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ARID ARIDE

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Carfe 2 • Régions humides et sèches d'Afrique (d'apres Oxford Regional ECOllomie Atlas of Alriea, 1967).

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SIERRA

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DESER T DE SERT

- AlGERIA AlGE.fHE

SUB- DE SERT STEPPES STEPPE SUB- DESERTIQUE

WOODED AND GRASS STEPPES STEPPES BOISEE ET HERBEUSE

WDODLAND S, SAVANNAS, RELATIVELY DRY TYPES BOIS, SAVANE D'UN TYPE RELATIVEMENT SEC

WOODLANDS, SAVANNAS, RELATIVELY MOIST TYPES BOIS,SAVANE D'UN TYPE RELATIVEMENT HUMIDE

~ MOIS T FOREST AT LOW AND MEDIUM ALTITUDE S( RAIN ~ FORESTS)

~ ~

FORET HUMIDE A DES ALT ITUDES BASSES ET MOYENNES

MOUNTAIN COMMUNITIES

VEGETATI ON ALPINE

CAPE MACCHIA MAQUIS OU CAP

TEMPERATE AND SUBTROPICAL GRASSLANDS PRAIRIE TEMPEREE ET SURTROPICALE

DA

·V;:~~-SWAZ,LAND

MERCATOR PROJECTION PROJECTION MERCATOR

Carte 3 • Carte de la végétation en Afrique (d'apres AETFAT, 1959),

10

MEAN MONTHl y TE MPERATURE eC (ABOVE ) MOYENNE MENSUEllE DES TEMPERATURES "Ç (SUPER IEURES)

MEAN MONTH l Y TEMPERATURE ec (BElOW) MOYENNE MENSUEllE DES TEMPERATURES eC (INFERIEURES)

EVAPOTRA NSPIRATION EVAPQTRANSPIRA TION

MEAN MONTHlY PRECIPITATION PRECIPITATION MENSUELLE MOYEN't-lE

PERIOO WHEN WATER NEEOS EXCEED PRECIPITATION - SOll MOISTURE UTfLlZATION PERIQOE OU lE BESOIN D'EAU EST SUPERIEUR AUX PRECIPiTATIONS: UTILIZATIQN DE l'EAU OU SOL PER IOD WHEN THERE IS NO WATER IN SOll- WATER OEFICIE NCY PERIODE OU IL N'Y A PAS D'EAU DANS lE SOL: MANQUE D'EAU

PERIOO WHEN PRECIPITATION EXCE EDS WATER NEEO-SOll MOISTURE RECHARGE PERIOOE OU l ES PRECIPITATION SONT SUPERIEURES AUX BESOINS' D'EAU: RECHARGE DU SOL EN EAU

PERIOD WHE N PRECIPITATION EXCEEOS BOTH WATER NEED AND CAPACITY - WATER SURPLUS PERIODE,OU lES PRECIPITATIONS SONT SUPERIEURES A l A FOIS AUX BESOINS EN EAU ET A LA CAPACITE: EXCES D'EAU

Fig. 1 - Diaglamme du bi/an hydlique (d'aples Oxfold Regional Economie Atlas of A/!;ca, 1967J

11

Photo 7 - En bçrdure du plateau gréseux du Niger, en aval de Bamako, rup­ture de la coirasse latéritique et éboulis des blocs.

Photo 8 - Fragments de la carapace: noter la dimension des blocs et les pier­res non altérées qui y sont enchâssées.

rise l'accumulation d'eau; une zone plate permet l'accumu­lation d'eau et évite l'érosion mécanique, alors qu'une forte pente permet le ruissellement. Les cuirasses ou carapaces latéritiques se trouvent généralement dans des zones plates, rarement sur des pentes, sauf lorsque la formation de celles­ci est postérieure au phénomène de latérisation et l'on remar­que alors les fragments de carapace dans les éboulis de pente.

c - la végétation (carte 3)

Il semble que la latérite sous forme de carapace soit plus fré­quente en zone de savane qu'en forêt, que le graveleux à pisolite soit plus fréquent en forêt qu'en savaoe tandis que c'est l'inverse pour les brèches latéritiques (les brèches sont des graveleux latéritiques dont les plus gros éléments sont constitués de roche moins altérée ou non complètement alté­rée, au contra ire du graveleux à pisolite dans lequel on ne retrouve pas trace de la roche mère).

d - la roche mère

La nature de la roche mère ne semble pas avoir d'incidence sur l'existence du phénomène de latérisat ion puisque celui­ci se retrouve aussi bien sur des roches basiques ignées type

12

basalte que sur des roches acides type granite, gneiss ou que sur d'autres roches sédimentaires type grès, schistes, calcai­res. Par contre, elle joue un rôle sur le type de réaction et la nature du constituant argi leux; les roches cristall ines basi­ques comme les basaltes sont peu riches en silice et compo­sées pour partie d'olivine qui s'altère en montmorillonite ; les roches crista ll ines acides, telles les granites et les gneiss, s'a l­tèrent principalement en kaolinite ou halloysite, les roches sédimentaires argi leuses, tels les schistes et les grès, en illite.

e - le temps

Nombreux sont les observateurs qui ont remarqué, quelques années après l'ouverture d'une tranchée dans un massif argi­leux latéritique, un durcissement de surlace du matériau, d'où l'idée que le phénomène de latérisation est un processus court portant sur quelques décennies. L'exemple des fortifications construites au siècle dernier lors de la guerre de Samory (les fortifications de Sikasso par exemple) est très souvent cité à l'appui de cette thèse: le matériau arg ileux a durci et sup­porté l'épreuve du temps. Cet exemple n'est cependant pas extrêmement probant car d'une part, pour qui connaît ces fortifications, elles ne sont pas en si bon état que cela, d'au­tre part, il existe en ancienne Mésopotamie des constructions analogues et bien plus anciennes qui n'ont rien de latérit i­ques (temple de Mazdal. Il faut également faire la différence entre le léger durcissement de surlace des talus latéritiques et la pente qu'on leur donne: l'expérience montre que ces talus se tiennent bien lorsqu'ils sont quasi verticaux et qu'ils sont vite détruits lorsqu'ils offrent des pentes plus douces à 2 pour 1 par exemple; ce phénomène est lié essentielle­

ment à l'érosion mécanique.

Malgré ces remarques et les exemples avancés à l'appui de la thèse d'un processus court de latérisation, il semble actuel­lement admis qu'il s'agit d'un phénomène lent qui s'est pour­suivi sur des périodes d'environ un million d'années (époque

géologiquel.

Pour résumer les conditions nécessaires à la formation des latérites, nous reprendrons les considérations de Fox [9) :

- un climat tropical sujet aux alternances de saisons sèches et humides ou de moussons,

- un plateau ou une superficie topographique doucement inclinée, non sujette à une érosion mécanique appréciable,

- une composition chimique et minéralogique de la roche exposée pouvant fournir les const ituants latéritiques (alumine

et ferl,

- une texture poreuse (ou le devenant rapidement sous l'ac­tion des agents atmosphériques) permettant l'entrée des eaux de percolation, de telle sorte que les condi tions de l'action des agents chimiques soient les meilleures,

- l'eau d'infiltration doit demeurer dans les interstices de la roche pendant de longues périodes annuelles, c'est-à-dire durant la sa ison humide, plus, éventuellement, un drainage durant la saison sèche, réunissant ainsi les possibilités maxi­

males d'érosion chimique,

- l'eau d'infiltration doit contenir un composé acide ou alca­lin qui réagit avec les composés de la roche, de manière à

donner un électrolyte et à permettre aux phénomènes é lec~

trodynamiques d'opérer,

- ce processus annuel doit se con tinuer au moins pendant une époque géologique, approximativement un million d'années.

2. Caractérisation des latérites

a ~ le degré de latérisation

De très nombreux auteurs pendant de très longues années ont utilisé le rapport S IR pour caractériser les latérites, ainsi que le rapport Ki [2 - 10 - 11 - 121.

Si D, S i D,

Ki 60 S = 60

AI, D, R AI, D, + F, D,

102 102 160

la règle généralement admise étant la suivante:

~ < 1,33 R

1,33<~ < 2

S 2 <­

R

R

correspond à des latérites vraies,

roches latériques,

minéraux non latéritiques.

Mais cette définition ne fai t pas l'unanimité, la controverse venant en partie du fait que si ce rapport a le mérite de sépa~ rer les latérites des argiles telles les kaolinites, en revanche, il classe dans les latérites le minerai de fer, la bauxite et de nombreux grès ferrugineux [1 ~ 131.

Pour notre part, nous pensons, après avoir eu à déterminer les valeurs de SI R sur une cinquantaine d'échantillons, qu'i l existe bien d'autres raisons pour abandonner le rapport S IR (du moins du point de vue de l'ingénieur routier) et qui sont liées à sa détermination:

Médina [5] indique que le rapport SIR se réfère au complexe colloïdal inférieur à 1 pm mais que certains laboratoires déter­minent sa valeur sur la fraction des éléments inférieurs à 2 mm. Il indique d'ailleurs un mode opératoire pour la déter· mination de la silice et des sesquioxydes d'alumine et de fer:

- déshydratat ion de la si lice par de l'acide sulfurique concentré,

précipitation de l'a lumine par la 8~hydroxyquino l e ine,

dosage du fer par le bichromate de potassium.

Cela peut paraître choquant de ne conserver que les particu ~

les inférieures à 1 pm pour caractériser le degré de la térisa ~

tion et encore plus d'estimer que l'on peut tout aussi bien effectuer les dosages sur la fraction 0/2 mm que sur les élé~

ments inférieurs au micron. PO'ur notre part, pour avoir effec~ tué ces dosages sur une cinquantaine d'échantillons, nous avons pu constater qu'ils étaient très différents selon la frac~

tion du graveleux utilisée, comme le montre le tableau sui· van t relatif à un échantillon particulier:

S i D, AI, D, Fe2 0 3 S IR

0/20 55,4 15,35 23,9 3

0/2 78, 1 12,5 3, 1 9

2/20' 32,7 18,2 44,7 1,2

• Les pourcentages des constituants du 2/ 20 sont déduits du calcul en partant de la courbe granulométrique moyenne qui 'donne 50 % de passant à 2 mm.

On comprend aisément qu'éliminer d'un matériau ses pisoli~

tes riches en fer puisse modifier le rapport S I R.

G. Pedro (14] indique dans son étude consacrée au rapport Ki = S I D,lAI, D" rapport"utilisé avant le rapport SIR pour

qualifier les latérites que, selon la conception d'Harrassowitz 1121, l'application Ki n'a d'intérêt du point de vue géoch im i ~

que et minéralogique que s' il est évalué à partir des va leurs de si lice et d'alumine correspondant aux seuls minéraux secondaires (argile et hydroxyde), ce qui a conduit G. Pedro à proposer deux modes opératoires lorsque le matériau étu· dié provient d'une roche entièrement transformée, selon que la formation ne contienne que des espèces secondaires cris~

tallisées (argi les et hydroxydes) ou selon qu'elle contienne également des constituants amorphes (gels alumin osilici ~

quesl ; il indique en outre que l'évaluation du rapport Ki total n'a jamais de signi fication sur le plan minéralogique lorsque la transformation de la roche mère n'est pas complète.

Le rapport SI R est donc d'une part contesté, d'autre part difficile à réaliser. Depuis 1926, date de son introduction par Harrassowi tz, bien des progrès ont été faits et il est certai­nement préférable pour caractériser des matériaux tels que les latérites de faire appel à des méthodes plus sûres et plus performantes, telle la composit ion minéralogique par diffrac~

tion de rayons X [1 5 - 161.

b ~ à partir du processus pédogénétique

L'une des recommandations faite dans l'étude du Ghana 18] est l'abandon de classification reposant sur des paramètres tels que Ki ou S IR au profit d'une classifica tion reposant sur

le processus pédogénét ique :

"Conclusion nO 2 : les termes plus descriptifs de sol ferrugi­neux, sol ferralitique, et ferri sol sont recommandés à la place du terme sol latéritique" (carte 4).

Atlan [171 définit les sols ferra li tiques et ferrugineux de la

manière suivan te:

JI _ sols ferralitiques: le problème de ferralitisa tion est

commandé:

• par le climat: équatorial à chaud, deux sa isons des pluies;

• par la végétation : forêt;

• par le drainage: médiocre.

13

Hauteur annuelle des p lu ies (mm)

~ > 2000

IIIIIIIIIIII 1500 - 2000

~ 1000 - 1500

~ 500 1000

(.:.:·:-:-1 250 500

c::::J 0 250

Sols

ŒJ Sols ferrugineux

UIi Sols ferral it iques

D:!n:; Format ions mixtes e t ferr isols

L'eau, la chaleur, l'acidité conduisent à une altérat ion chimi­que et physique très poussée de la roche en place. Celle-ci se t raduit par un prof il ABC qu i comprend , de bas en haut :

- l'horizon A, où la matière organique est bien évoluée et liée à la matière minérale;

- l'horizon B, le plus souvent épais, où les minéraux primai ­res autres qu e le quartz sont rares ;

- l'horizon C, le plus souvent t rès épais, variable en fonc­tion de la roche mère, caractérisé par des minéraux altérés et friables.

Dans chacun de ces hori zons, l'altération ferralitique a condu it :

- à une altération complète des minéraux primaires, fe lds­phath, micas, etc.,

- à la présence en abondance des produits de synthèse sui­vants : silicate d'alumine, hydroxydes d'alumines (gibbsite ... ), hydroxydes et oxyde de fer (goethite, hématite).

Le rapport moléculai re Si0 2 / AI2 0 3, qui rend compte de l'éli­mination de la silice et de la présence d'alumine, est compris entre 1,7 et 1,9 dans la majorité des horizons B.

- sols ferrugineux.' une évolution du type ferrugineux se produit sous l' influence:

• d'un cl imat tropical avec une longue saison sèche,

14

CRrte 4 • Les différentes formations latéritiques en Afrique. Relatioll efltre le type de pédogénèse et le climat.

• d'une végétation de type savane,

• d'un drainage médiocre à mauva is.

En Côte-d'Ivo ire, deux ca tégories de sols sont issues d'une évolution ferrug ineuse:

- d'abord des sols ferralitiques formés au cours des paléo­climats de l'époque quaternaire: sous l'inf luence du climat actuel, dans le Nord -Est et dans le couloir du N'zi en parti­culier, une évolution ferrugineuse se surimpose au matériau ferralitique init ial ; la longue saison sèche actuelle, la texture assez sableuse des matériaux ferralitiques issus du granite, le mauvais drainage généra l, la végétation du type savane peu boisée permettent une certaine évaporation pendant la sa ison sèche. Les produits de dissolution lessivés par les eaux pendant la saison des pluies remontent alors, il se crée des poches ou des horizons d'accumulation, ce qui constitue le phénomène d' induration;

- ensuite, les sols jeunes issus d'une altération récente des granites, dans les régions à régime climatique tropical (une seule saison des pluiesl. Ici, il n'y a pas eu d'altéra tion ferra­litique antérieure et l'on a un sol sableux, légèrement plus argileux avec des taches rouilles dans l'horizon d'accumula­tion vers - 1,0 m. Les prof ils d'altération sont peu profonds et ils s'observent le plus souvent au voisinage d'aff leurements de granite."

c

Quant au troisième groupe, les ferrisols, l'étude du Ghana les décrit comme ayant des profils ressemblant étroitement à ceux des sols ferralitiques, avec une différence due au fait que l'érosion superficie lle empêche le développement nor­mal des profils et les force à se développer en profondeur dans les matériaux de départ moins altérés.

Rémillon [18] a indiqué les formes générales de terrain don­nant lieu à des développements de sols ferrugineux et de sols ferralitiques (fig. 2J.

Les sols ferralitiques sont essentiellement des sols de forêts et nous retrouvons sur le graphique les concernant une règle de prospection comme dans les zones vallonnées de la région forestière de Man par exemple: "c'est à mi-pente que se trou­vent les meilleurs gisements de graveleux latéritiques".

Saison des pluies Saison sèche

Les sols ferrugineux sont au contraire essentiellement des sols de savane dont la prospection est parfois délicate lorsqu'ils n'apparaissent pas en surface. Nous donnons à titre indica­tif la situation de deux emprunts de graveleux du Mali (fig. 3).

Mais, de même que nous pouvions nous demander l'intérêt que pouvait offrir à l'ingén ieur routier une classification des matériaux latéritiques s'appuyant sur le rapport SIR, nous pouvons nous demander ce que lui apportera cette voie plus nouvelle. Si nous nous référons à l'étude du Ghana, nous constatons que, compte tenu des dispersions des échanti l­lons, il n'est pas facile de distinguer un graveleux ferrugineux d'un, graveleux ferralitique soit par son passant à 80 pm, soit par son indice de plasticité (fig. 4), quoique en moyenne cependant les matériaux ferralitiques étudiés soient plus plastiques.

1. Roche ~'e 3. Zone d'~lté,alion et de concentration de. kaolinite.

A

8 1

c

• o J + t \ of

1 of + -t 'Î' 1 < \CI

• t t

4. Zone de concenun io n de gibbsile el de gouhite 5. Zone de lessi""9" 6. Zone de concenuation d'oxydOi et d'hydroxyde de fer 7 . Zone de collu\lionnernent de ,able •• rgil eux 8 . Dépôt. de $011 fin. argileux

®

Zone de formation des graveleux ferrugineux (savane) Zone de formation des graveleux ferralitiques (forêt)

Cuirasse 1

Emprunt nO 18

Fig. 2 - Coupes pédologiques types selon Rémillon.

Blocs de cuirasse démantelés

1er horizon de brèche latéritique

Zone indurée bréchique

1- --- - :---_ Zone indurée

argileuse

2e horizon de grave argileuse

../ \"\";'~!.~;~,,),,: ...

Argile et " sable argileux

Cuirane 1

• ~ ~';:" :~~ .. . 8rèche latéritique

Zone indurée' . o"'~:'!"l! ...... 1 bréchique -'~"'!"~"'~'~"~""'=~_~_-"'_

Argile sableuse

Emprunt nO 12

Zone indurée bréchique

fi.q. 3 - Exemples de localisation topographique de graveleux latéritique ell savane - emprunts n O 12 et 18 · route Bamako-Bougouni - étude LCPC-BCEOM.

15

16

w • o w

" w • ,

z w

0

0

0

,

0

0

0

0

ST ONE

CAillOU X

0 W 100 50 ~ mm z w U Ir " l '

"

GRAVEL

GRAVEL

GRAV IER

~ , , ,

" " ,

, -, 1" , "-, , -, ,

20 10

,,- "

SAND SILT

SAND SILT

SABLE L IMON

IP m01yen = ~5 a IP = 8

-, '- - ,

" -

• STANDARD OEV,ATtON ECART TYPE

l' , ' AVERAGE MOYENNE -, - -,

" - 1 , 1 1 -,

' ~J:~f~~~E OE\lII\T IOI , 002 001 -

~ .. ~oo '5T ~ [ ." .. ,

~ "'.C--o,-----,---o~."--------CC-C-------,; " .. " ~ = e~IT<SH 8' _0 00 _"2

w • o w

" w • ,

r~[",~ AF NO~' ·"_~ I

" .. ",\) Granu lométrie des sols ferrugineux

GRAVEL SAND SI LT STONE GR IIVEL SAND SILT

CA IL LO UX GRAV IER SABLE LI MON

0 i'~ ',1

IP moyen = 23

.0- , a IP = 7

0 , , 0 ,

'\ , 0 ,

" i' \ 1--l- l' . , • STANDARD OE VIATION

0

1'---- ECART TYPE , 1

' A.VERLE J. 0 , - 1 MOYENNE

0 - -r- - , - STAN DARD DEVIATION

" ECART TYPE

1

'" " " " , , ,

" " " O~ '" '" " .sT ~ [ . 11_61

" " " " ' 0 .. ~ ." ,,' ç -, 1. .. " ,dO ,bo 8RnoS~ U· 4 00 •• '

'"ENeH orNO" . · ,, · ~o' .. " .. " .. Granulométrie des sols ferralitiques

GRAVEL SAND SILT

S TONE GRAVEL S AN D SILT

CAILLOUX GFIAVIE FI S ABLE LI MON

" -... , IP m~yen = 27 0

" r--. ,

a IP = 12 , 0

" " .... 1 0

" 1" ,

1 , 0

" -- .0 . ~~~~i:~~p~EVIATION 1-- -1'. ~

1-- 1 1 1 0

" i • AVER AGE

MOYENNE

0 , 1 -- f- . -, - -0 - STANDARD DEVIAT ION

EC ART TY PE

0 1 '" " " "

, , , " " " O~ '" '"

,

,,-" .. .. ," zbo .s'''' [·"·fil

,,' " " .. ~ .00 e""'SH as· 4" · ~2

.. .. il .. '"(NCH ",NOR ' . I' · SO'

" Granulométrie des ferrisols

CLAY

CLAY

ARG ILE

--

CLAY

CLAY

ARG ILE

"

CLAY

CL AY

ARGILE

".

Fig. 4 ...J Résultats du Ghana - granulométrie et indice de plasticité des sols ferrugineux, ferralitiques el des ferrisols étudiés.

,

,

,

UTILISATION DES GRAVELEUX LATÉRITIQUES EN TECHNIQUE ROUTI.ÉRE

Nous avons distingué trois types de matériaux latéritiques qui

sont:

- les sols fins latéritiques,

les graves et brèches latéritiques,

les blocs et débris de carapaces.

Les sols fins latéritiques sont généra lement soit utilisés pour les terrassements, soit mis à la décharge selon des règles tout

à fait identiques à ce lles utilisées pour les travaux de terras­sement, et nous n'en parlerons pas ici. Les blocs et débris

de carapace sont rarement utilisés en couche de chaussée

soit parce que ce la nécessite une mise en œuvre manuelle et donne des résultats médiocres, soit parce que ce la néces­

site un broyage mécanique coûteux et peu satisfaisant (photo 6). Le matériau le plus utilisé est de loin celui de la seconde

catégorie, graveleux et brèche latéritique, dont l'emploi selon

la qualité va de la couche de forme à la couche de base. C'est

à ce matériau que nous nous intéresserons ici.

1. LES PRINCIPALES SPÉCIFICATIONS

1. Graveleux latéritiques naturels

De nombreux pays disposent de normes ou plus simplement

de règles habituelles pour l'utilisation de graveleux latériti ­que tant pour les routes revêtues que pour les routes en terre,

améliorées [19 - 20 - 211 Itableau Il.

Il y a quelques années déjà par exemple, au début des années 60, les graveleux latéritiques de Côte-d'Ivoire étaient classés

en trois catégories en fonction de leur indice de plasticité et

de leur ten~ur en fines (tableau Il) [22 - 231. Cette première classification a par la suite été légèrement modifiée et com­

plétée par des critères de portance CBR et des indications

de densité sèche [17]. Enfin, plus récemment, en 1977, eile a été actualisée par le laboratoire du Bâtiment et des Travaux

publics d'Abidjan, à la lumière de l'expérience acquise de 1970 à 1977 [24].

Ces règles peuvent d'ailleurs être différentes selon les pays

et les auteurs puisqu'elles découlent de leur propre expé­rience . Par exemple, il a été préconisé [25] pour l'entret ien

des routes en terre en Côte-d'Ivoire de retenir les indices de plasticité suivants pour les matériaux constituant la couche

de roulement:

14 < Ip < 22

18 < Ip < 25

en zone forestière

en savane

Le manuel sur les routes dans les zones tropicales et déserti­

ques [13] indique quant à lui les limites admises dans cer­tains pays africa ins (tableaux III et IV).

Le manuel de dimensionnement de chaussées pour les pays

tropicaux [26] recommande les caractéristiques résumées dans le tableau V et accorde au paramètre CBR un poids

considérable.

A ce sujet, il convient de remarquer qu'il n'est sans doute

pas toujours opportun de su ivre cette recommandation. En effet, la valeur du CBR imposée correspond à la valeur obte­

nue après quatre jours d'imbibition sur éprouvettes compac­

tées à la teneur en eau et à la densité obtenues à l'optimum du Proctor modifié. S'i l se peut que, dans certains pays à

forte pluviométrie, il soit normal de vérifier la portance d'un matériau après imbibition, cela risque d'être extrêmement pes­

simiste dans des pays au climat moins humide. S' il paraît dif­ficile d'imaginer une norme universelle pour l'emploi des gra­

veleux latéritiques, chaque pays par contre devrait établir sa propre norme, fondée sur l'expérience internationale et sa

propre expérience, adaptée à son environnement dans le sens

le plus large: géographie, climat, parc routier, politique

routière ...

L'initiative récente de l'Administration ivoirienne, qui a publié

une recommandation [27] pour l'utilisation en corps de chaus­sée de graveleux latéritiques naturels (1977), est donc à sou­

ligner et à encourager; ce qui était il y a moins de vingt ans

une recette d' ingénieur chevronné est devenu une recom­mandation nationale, fondée sur la synthèse d'un grand nom­

bre d'études et de chant iers. Le tableau VI résume les prin­cipales recommandations relatives à ces matériaux qui font

une distinction selon le trafic, en relation avec le cata logue

des structures ivoirien.

Pour l'établissement de normes régionales on peut penser

soit à introduire des va leurs locales pour les caractéristiques principales actuellement utilisées qui sont granulométrie, limi­

tes d'Atterberg, indice portant CBA, soit même à introduire de nouveaux paramètres. Nous en donnerons deux exemples.

- Mode opératoire de l'essai CBR, problème de l'imbibition

Dans quelles conditions effectuer la mesure de l'indice por­tant CB A pour qualifier les graveleux latéritiques? Beaucoup

de spécifications étant issues de pays tropicaux humides, la

tendance est d'effectuer cet essai sur un échantil lon immergé pendant quatre jours. Ce critère paraît bien sévère pour des

pays au climat sahélien, et il n'est pas sûr non plus qu'il soit 8dapté aux zones pluvieuses.

En ce qui conceme les climats secs, lors des études des

réseaux routiers du Mali {281 et du Niger, il a été très fréquent de rencontrer dans les couches de chaussées des teneurs en

eau inférieures à 6 % (Mali) et même 2 % (Niger dans la frange sahariennel. Au Mali, adopter comme critère de sélec­

tion des graveleux latérit iques rencontrés dans les emprunts

de l'itinéraire Bamako-Bougouni, la valeur du CBA après qua­tre jours d'imbibition, aurait conduit à rejeter la quasi-totalité

17

TABLEAU 1 TABLEAU III

Spécifications brés iliennes Normes d'uti lisation des latérites pour les routes non revêtues

Couche de base Couche d, fondation Sénéga l Côte- Cameroun Congo ReA d'Ivoire Gabon

"

< 15

wL < 40

(a) 5 < % 80 ~ < 30 CBR > 20 (b) CBR > 60 ou CBR > 80

loJ LA '" 65

Pourcentages d, tamisai à 2 mm GO 30 à 65 '1.7 à 65 < 50 40 à 70 Pourcentages' " tamisai

• 0,08 mm 20 à 35 16 à 30 10 fi 28 < 40 20 fi 40 Ind ice de plasticité 10 il 25 15 fi 28 20 fi 35 < 40 10 fi 25 Groupe A2-6/A2-7 A2-6/A7-5 A2-6/A2-7 Indice de groupe 2 2 ,

a - Deux fuseaux granu lométrlques sont donnés . b - Une distinction .. t faite " foncti on d, tra f ic (l 'essieu légal est de 8,2 tJ . c - l os Angeles '" 1. frac tion supérieure • 2 mm , TABLEAU IV

Normes d'utili sation des latérites pour les routes revêtues

TABLEAU Il

Class ification des graveleux en Côte-d' Ivo ire

Graveleux I p % 80 Spécifications

G, < 12 < 15 % en couche de fonda-lion DO d. base, tra ité DO 0011 , ,"'

Ion les résultats des propriétés m é c a·

G, < 20 < 20 % niques.

G, > 20 > 20% en couche de forme uniquement.

COte- Mozam· d' Ivoire bique

Fondations

Indice d. plastici té 20 12 Indice portant CBR JO " Pourcentage d, fines 20 50

Couches de base

Indice d, plasticité 12 Indice poMant CBR 60 67

(fi 95%

Pourcentage de fines ....... . . . . OPM) 15 % 25 %

li mi te d, liqu idité Retrai t linéa ire Expansion maximale à ,. teneur '" '" opti mum Proctor modifié

TA BLEAU V Norm es du Manu el de dimensionnem ent

GRAvtLEUX U TtRITIQIJ!: COUCHE DE MSE 1

dens itE .~che OPM 2,00 moi

l imite d. li quidid 1/1. 35 max i

i ndice d. p l ut i eid 25 m&xi

gonnement linbir e. 0.3 % maxi

granulométr i e - p a ssant 1 38 ... 85 - 100

19 ... 70 - 100

10 ... 50 - 95

5 ... 40 - 90

2,5 ... 30 - 80

0,7 "" 15 - 45

0,08 mm 5 - 20

CBR - après , jours d ' iuhibition

pour 100 1 jè OPH 80 minimum

pour 97 1 jè OPH

18

Afrique Rhodés ie du Sud du Sud

18

8 , 75

30 4 %

0.5 %

COUC1ΠDE rOl\'DATION

1,90 mini

50 maxi

15 maxi

1 1 maxi

80 - JOO

65 - 100

50 - 100

35 - 100

25 - 80

15 - 55

5 - 35

30 minilDUlZl

Niger

35 à 60

<25 5 fi 16

Rhodésie du . Nord

25

10

20%

TABLeAU VI. Récapi tulatif des recommandati ons relatives à la qualité des graveleux latéritiqu es naturels

Importance du Ca ractéristique Couche critère concernée Tl

Critère F " 25

d'acceptabilité Indice portant CBR

B " 60

Dureté Los Angeles F " 60 des nodules B " 45

Criteres sélec- Teneur en fines F " 25 tifs < O,08mm B " 15 ou

Indices de qua- Indice de plasticité F <25 lité B " 20

Gonflement F 1 linéaire B 0,5

Densité séche maximale F OPM B

_ EXEMPLE DE F USE AU GRANULOM E TRIQUE OBTEN U POUR

L. L. I.P. dm ... " Wopm

~ .. - "

" i ..

" • D--

L.L.

I. P.

Wopm

.. '" If

= 10 , ; 10

"

UN GRAVE L EUX LATERITIQUE F E RRALLlTIQUE EN ZONE

DE FOR ET·

(Roule Du <!kou é_Cue u abo _l so ia _ r H . 6)

(R ~ . ultat l Obte nu ; l ur l 5 e mprunu )

20_58 Il_33 2, 19_1. 30 5, ·2 _7,8

EXEMPLE DE FUSEAU GRANULOMETRIQUE OBTENU POUR UN

GRAVELE UX LATERITIOUE FERRUGINEUX EN ZONE DE

SAVANE

40_62

19·34

(Voie F e rr6e BouaU_Taf! .. ~ _ RH.b)

(R6 . u1t .. u obtenu i l ur 4 4 emprunta)

1.89_2, 14.CSR li. 95 ,..OPM li. 4 j.d'irnrn e rolon .10_45

9 _ 11 ,3 imm 6dial 28_75

D-." " ".' " " " , , ,. " "

Classe de Trafic T2 T3 T4 T5

>-30 ;. 30 ;;. 30-35 ;;. 30·35

;. 80 ;. 80 - -

" 60 " 55 " 50 " 50 " 45 " 40 - -

" 25 " 20 " 20 " 20 " 15 " 15 - -

" 25 " 20 " 20 " 20 " 15 " 15 - -

• 2 % M"

• 1 % m"

> 1,90 T/m3 > 2,00 T/m3

A • • I,U ,,,o.I ... ; " i •••

lo .. , .. U 'IIi

D .. '.i, .. .... i ... .. ·T···· 30rnm " '"' " ZOrnm "' '" " 10 mm " .- " ' mm " " " 0,2mm '" " " O,OS mm ,

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A"I, oo . ,."u l ... él" • • '

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., " 0 ,2 mTTl "

,. " 0, 08 TTlm " " "

.. " "

..

':YI

19

20

Photo 13 - Sondage a la tarière mécanique, seuls les éléments les plus gros remontent a la surface: comparer l'image ainsi donnée du

graveleux prospecté et la réalité telle qu'elle apparaÎt du sondage manuel

ci-contre.

Photo 9 - Coupe dans un déblai latéritique. On conçoit que l'exploita­tion de la couche de graveleux nécessite de l'adresse de la part du conducteur d'engin, pour éviter le décapage d'une trop grande épais­seur de graveleux végétal et l'en­tame des sols fins latéritiques du dessous.

Photo 21 - Emprunt de graveleux latéritique en zone de savane - route d'accès au barrage de Selingué (Mali) - matériau gerbé.

Photo 27 - Couche d'imprégnation au bitume fluidifié. Le graveleux

latéritique de la couche de base est très fermé et la couche d'imprégna­tion ne pénètre généralement pres-

que pas.

Photo 22 - Reprise du matériau au chargeur pour le transport par camion jusqu'au chantier.

Photo 35 - Photographie de la tôle ondulée, de nuit, sur la chaussée, de la photo 34.

21

des matériaux et à rechercher une solution en grave concas·

sée, ce qui n'aurait été ni économique, ni en harmonie avec la bonne tenue des matériaux déjà en place (29].

L'idée qui vient naturellement est de choisir dans un tel cas

l'essai de poinçonnement immédiat, c'est·à·dire à la teneur en eau déterminée lors de l'essai Proctor, sans imbibition.

Une étude effectuée au LCPC [301 montre que celle appro­che n'est pas non plus entièrement satisfaisante. Le CBR d'un

graveleux latéritique croît du fait de sa dessiccation tout

comme il décroît du fait de son imbibition .

L'étude a consisté à réaliser des séries de trois éprouvettes moulées à différentes teneurs en eau et à l'énergie de l'essai

Proctor modifié. Une série a été poinçonnée après quatre

jours d'immersion, une autre immédiatement, une autre après dessicca tion dans une enceinte climat isée à 45°C (tempéra·

ture rencontrée en climat sahélienl. La figure 5 montre, pour un graveleux donné, la chute de portance provoquée par l'im·

bibition et l'accroissement apporté par la dessiccation.

CBR

250

200

150

100

50

3

4 j. imbibit ion

5 7

DIAGRAMME CBR Energie PM

- 0 h poinçonnement immédiat

9 " Teneur en eau W (%)

Fig. 5 - Recherche d'un mode opératoire de l'essaÎ CBR adapté au climat sahélien.

Variation du CBR en fonction des conditions de conservation de l'éprouvette pour différentes teneurs en eau de moulage - échantillon de graveleux latériti· que /J o 39 - Sénégal [4J.

, . poinçonnement immédiat 2. conservatioll 4 jours dans l'eau 3. conservation 4 jours dans l'air A 45°C

Il faut donc remarquer que, quoique l' introduction d'un cri­

tère de portance CBR dans la classification des graveleux laté­

ritiques ait été un progrès, il reste encore à définir son mode opératoire pour l'adapter aux conditions climatiques du pays,

afin de passer de la classification à la norme d'utilisation.

- Critère de comportement În sÎtu, portance et déflexÎon

Ainsi que nous l'avons mentionné, il est permis de se deman­

der s'il n'y a pas eu lieu d' introduire d'autres caractéristiques dans la classification des graveleux latéritiques; par exem­

ple, puisqu 'i l s'agit de matériaux évolutifs, il a été envisagé

de compléter la déterminat ion de la plasticité par l'essai au bleu de méthylène (311 ou encore, parce que ces matériaux

22

présentent de la fissuration dans les chaussées, d' introduire

la limite de retrait {32J . Mais c'est sans doute dans le domaine de la portance in situ qu'apparaît l'intérêt le plus immédia t.

Au laboratoire, la portance d'un graveleux est caractérisée

par l'essai CBR ; in situ, on étudie plus généralement la por­tance du couple chaussée-sol support et l'essai le plus

répandu consiste en une mesure de déflexion. Cet essai n'est

pas nouveau mais il n'est apparu que tout récemment comme essai qualificatif des graveleux latéritiques (dans le catalogue

des structures ivoirien [33]), Ici également la question, pour établir une norme, sera de trouver la déflexion limite admis­

sible appropriée à chaque pays particulier et, comme la ten­tation sers grande d'adopter des valeurs trouvées ou admi­

ses dans d'autres pays, l'exemple suivant devrait inciter à la

prudence.

Dans les quelques pays où nous avons effectué des mesu­

res de déflexion sur chaussées existantes, nous avons cons­taté que les résultats étaient plus faibl es que 'ceux auxquels

nous nous attendions, par référence à l'expérience acquise en France sur grave naturelle. Par exemple, au Mali , l'itiné­

raire Bamako-Bougouni est composé de deux sections, l'une en grave concassée, l'autre en graveleux latéritique: la

seconde est en plus mauvais état que la première et présente

cependant une déflexion plus faible.

du PK 0 au PK 65: 100 < m + 2 rI < 200

du PK 65 au PK 156: 50 < m + 2 rI < 100

(m + 2 (1 est la moyenne des mesures effectuées tous les 20 m

sur des sections de 1 km de longueur, augmentés de deux écarts-types).

L'absence de relation apparente entre dégradation et déflexion s'explique en grande partie du fait que les dégra­

dations n'ont pas une origine structurelle (défaut de portance) mais superficielle. L'enduit bicouche en gravi llons de dolé·

rite concassés s'accroche beaucoup mieux au macadam traité

en semi-pénétration, de grès et pegmatiques concassés, que l'enduit de gravillons latéritiques n'adhère à la brèche latéri­

tique, très pleine, qui n'a pas été pénétrée par la couche d'ac­

crochage en bitume fluidifié. Mais, il n'en demeure pas moins que les deux matériaux de chaussée présentent des déflexions très différentes.

Cet exemple montre qu'il convient de ne pas appliquer aux graveleux latéritiques les normes habituelles obtenues sur gra·

ves concassées ; il faut expérimentalement rechercher les va leurs critiques admissibles. Cela a déjà été fait en diverses

occasions: par le CEBTP par exemple, pour établir le manuel

de renforcement des chaussées revêtues [34 - 35 - 36 - 371 ou par le LCPC dans le cadre des études d'entretien routier

conduites par le BCEOM au Mali et au Niger (281. Ces valeurs critiques peuvent être différentes d'un pays à un autre; au

Niger, la confrontation des mesures, effectuées sur 1 800 km

de routes, aux dégradations, aux structures, etc. fait appa­raître un seui l de 60/100 de millimètre, au-delà duquel les

chaussées n'ont pas un bon comportement. Cette valeur est inférieure aux limites indiquées dans le ca talogue des struc·

tures ivoirien mais proche de celles trouvées au Mali . Ici

encore, il est donc probable qu'il n'apparaîtra pas de normes universelles et que chaque pays devra, par sa propre expé­rience, étalonner et construire sa grille de va leurs admissibles.

2. Graveleux latéritiques traités au ciment

Les graveleux latéritiques traités par un liant hydraulique, chaux ou ciment, ont également parfois donné lieu à des nor­mes. Bullman N. [38] indique les spécifications usuelles pra­tiquées dans onze pays essentiellement anglophones (tableau VII). Le manuel pour le dimensionnement en pays tropicaux [26] en donne éga lement, et de son côté l'Administration de Côte-d' Ivoire a publié une recommandation pour l'uti lisat ion, en corps de chaussée, des graveleux latéri tiques améliorés au ciment [39].

C'est certa inement dans ce domaine qu'il reste le plus de pro­grès à faire car les mélanges graveleux-ciment ont finalement été assez peu étudiés, de plus ils l'ont été souvent fort mal. Pour juger leu r comportement mécanique, comme pour les dimensionner, il est fait le plus souvent appel à l'essa i CBR, avec parfois de timides références à une résistance en com­pression. La recommandation ivoirienne indique c lairem~nt que pour sa part elle donne " Ia préférence, en vue de déter­miner la teneur en ciment, à l'essai CBR".

Enfin, lorsque des essa is en compression ont été réa lisés, ils l'ont été selon des modes opératoires assez va ri és qui ren­dent les comparaisons entre eux difficiles. Signalons égaIe­ment qu'il n'exista it pas jusqu'à ces dernières années d'es­sais réels de fat igue sur ces matériaux réalisés selon un mode opératoire qui permette de comparer leurs performances à celles des matériaux traités aux liants hydrauliques, grave, ciment, par exemple.

Avant d'établir une règle du jeu, c'est-à-dire les normes d'uti­lisation et de mise en œuvre des graveleux latéritiques ciment, il convien t de fixer le but que l'on recherche en incorporant du ciment dans un graveleux latériti que. S'agit-il d'amélio­rer un matériau pour obtenir des caractérist iques proches de celles d'un graveleux naturel de bonne qualité ou bien veut ­on obtenir un matériau traité dont le comportement s'appa­renterait à ce lui d'une grave-ciment?

A l'origine, c'est très certainement le premier point de vue qui a prévalu. Devant la raréfaction de graveleux de bonne qualité, à une distance économiquement valable du chantier, on a été naturellement conduit à rechercher une améliora­tion de la qualité des matériaux disponibles et en particulier de leur portance par divers procédés:

- addition d'un autre aggrégat :

• apport de sable du Niger dans les brèches latéritiques de Faladié sur le chant ier Bamako-Segou au Mali,

• apport de gravillons concassés granitiques dans le gra­veleux latéritique sur le chant ier Ouagadougou ­Koudougou en Haute-Volta,

• apport de grave ca lcai re concassée dans les graveleux latéritiques du chantier Tahoua-Arlit au Niger (lithosta­bilisation) .

Ces procédés sont finalement des correcteurs granulométri­ques qui par contre-coup modifient à la fois la portance et

la plasticité du matériau d'origine. Le correcteur est ajouté en grandes proportions pouvant atteindre 50 % et est lui­même un matériau non traité;

- addit ion d'une sorte de dope qui est de nature à modifier les caractéristiques du matériau, mais en qualité faible - quel­ques % - et donc sans modification majeure de la granulo­métrie : ce sont par exemple le ciment ou la chaux qui géné­ralement réduisent la plasticité, améliorent les caractéristiques de compactage et augmentent considérablement la portance CBR.

Mais plus récemment, pour d'une part faire face à une aug­mentation du trafic lourd et d'autre part utiliser au mieux des ressources locales plus économiques, l'envie est venue de réaliser avec des graveleux latériti ques traités au ciment une véritab le assise traitée comparable à ce lle que donne une grave-ciment.

Cette évolution est naturelle. L'évolution de la technique fran ­çaise dans le domaine du traitement des graves par un liant hydraulique dans ces vingt dern ières années l' illustre bien: à l'origine on a traité, et le plus souvent en place, des graves naturelles dont les qualités étaient impropres à une util isa­tion directe; il s'agissa it de "récupérer" un matériau. Main­tenant on traite - et en centrale - des graves de très grande qualité, spécialement élaborées pour cela; il s'agit d'élabo­rer un produit nouveau, aux hautes performances.

Les deux objectifs sont tout à fait différents et les études de laboratoire, recommandations de mise en œuvre, normes d'utilisation, méthodes de dimensionnement ... pourront donc être également différentes. Pour illustrer cela, une étude des graveleux latéritiques du Gabon [40] a été faite au LBTP. L'amélioration d'un apport en ciment ou en chaux a été étu­diée à travers les essais sur la plasticité, teneur en eau de mise en œuvre, imbibition, compacité, indice portant CBR, résistance à la compression, etc. Il s'agit d'une étude cor­respondant au premier objectif : amélioration d'un matériau naturel. Parallèlement, dans le cadre de l'EN PC, deux thè­ses [41 - 421 ont été réa lisées sur le comportement mécani­Que des graveleux latéritiques . La première étudie en labora­toire le comportement à la fatigue et les paramètres de di men­sionnement appropriés, dans le cad re des modes opératoi­res LCPC appliqués aux graves-ciment ; la seconde examine le comportement, en laboratoire et in situ, de graveleux laté­ritiques amél iorés au ciment.

Sans rentrer dans le détail de ces deux études, il en ressort une première conclusion qui est qu'il existe des graveleux laté­ritiques ciment dont le comportement s'appa rente à celui d'une grave naturelle et des graveleux latéritiques auxquels le traitement au ciment confère des propriétéS voisines de celles d'une grave-ciment.

Dans ce dernier cas il faut, pour un dimensionnement de chaussée, utiliser des méthodes convenables. Les méthodes se référant au CBA sont inadaptées. Le matériau a acq uis de nouvelles propriétés et en particulier il possède une résis­tance à la traction : la méthode de dimensionnement doit véri­fier le niveau des contrain tes développées sous chargement, à la fois au niveau du sol support et à la base de la couche

23

')i TABLEAU VII

Soi! stabiiisatÎon praçtice in eleven Aftican countries

Cement stabilisation Ume stabilisation Kmof Km of

Country roads with bitumen pet cent

Km of rood per cent

Km of raad stabiliser Per cent Type of stabiliser Pcr cen Type of Remarks

stabilised surface Specification(s) base Specificatlon(s) base bases raads normally

stabilised failute (ailure normatly

stabilised (ailure failure

used uscd

Algeria l 30000 40000 French 5 ta 7 100 French 1 to 3 1000 Bitumen stabilised bases Specification Specification preferred for heavy trame

Angola 1500 6000 Durability test 3 ta 8 1500 nil Soil stabilisation used when ues & grading costs are in ils favour

Gambia 165 3000 Density spec no 3 165 nil . . Soil stabilisation used fOf

strength spec new main raads

Ghana 135 3800 UCS 1.7. MN/m' 4 ta 5 135 nil . SoU stabilisation fOf major @7 days& projects only _.natural CBR 200 gravel nor mally used

Kenya 1440 3100 UCS 1 .8 MN/m' 4to 6 1290 20 ta 40 OackÎng , k for cement 3 ta 7 150 77 Oacking Sail stabilisation not fav· PI>6 stripping stripping oured . only used if alter-

and and natives significantly more deform- deform- expensive ation ation

Mozambique2 1 154 2780 UCS 1.7 MN/m' 6 to 9 896 0.5 Oacking, CBR>80 2 to 4 110 nil Soil stabilised bases limited

Dutability test deformation PI>6 to medium and lightly &. stripping trafficked roads

Nigeria' 800 12500 CBR 160-180 4 to 7 720 15 " As for cement nil nil Soil stabilisation only used

fi,ld CBR when suitable natural

80-100 gravels unobtainable

RhodesÎa 1700 3500 Texas triaxial 2 1500 nil Texas triaxial 2 to 4 200 nil Sail stabilisation preferred

>3.0 )nitural >3.0 )natural when costs cQmparable

PI> 6 ) material P16 to 12) material with alternatives

UCS 700 KN/m'

South AI rica 1600 4300 UCS 3 '0 5 MN/m' 3 to 5 1600 5 to 20 stripping . nil ditto

(Orange Free Grading & Pl State only) limits

Tanzania 800 2500 UCS 1.7 MN/m' 5 640 10'020 cracking &. Standard percentag , 5 160 nil ditto

deformation no strength test

Zambia 3000 3000 CBR 180 3 ta 4 approx nil As for cement 4 approx nil . Soil stabilisation used

Grading &. PI 1000 2000 for ail main raads

1 Algeria aise MS 28000 km of bitumen stabilised raad base (with 3 to 8 per cent of 80/ 100 bitumen), deformation and stripping affecting about 20 per cent of the totallength. (Hubbard Field test

is used to design the mixes).

2 Mozambique also bas 148 km of bitumen stabilised road base (with 5 to 6 pet cent bitumen), no fa il ures are reported (Hubbard Field test is used to design the mixes).

, Nigeria also bas 70 km of bitumen stabilised road base (4 per cent bitumen) defarmation is report ed to affect 2 per cent of the length. (Hubbard Field test wu used ta design the mix).

GRAVE- CI MENT GRAVELEUX LAT. CIMENT

In6tuence de ta ~neUA en c<.mel'Lt, de ta compacité , de Même.6lo-ih de Va.tU.a.U.OH r OM lu deux tnatvu.a.ux .ta te.neuIL en e.a.u

Evotution de ta iLuv., tance Clto-w l.lance. beauc.oup p.tu.6 impolt.tante. roUIt la. glUtve .. c,{,JJ1e.1'1.t e.n c.ompJte.Mi on e.n 6onc.uo l1 du temp! .

Rt4/R7 R2s / R7 R60/ R7 R9O/R7 Rt 80/ R7

G. ciment 1, 37 1, 75 2 ,16 2 , 38 2 , 75

G. lat c. 1 , 13 1, 27 1, 3 5 1, 46 1, 72

R7 = 1té6i6t:.ance. à 7 joUM .. .

CaJta.c.téJU..6 tiq u.e..6 méca.n<.q ue..6 '), " 2 RT RF " 3 RT 13, 5% de ciment CPA 45 -

96, 5 % de. compacLté J ° 6F = 0 , 5 '), °6F

= 0 , 45 '), 1 mode opéiLato-iAe LCPC uMi de 6a:tigue d ' une gM ve- ci-

°6F " '\-mertt) . °6F " 1, 35 RT

Jtu-L6mnce. ôteuo n RT = 1 MPa RT = 0 , 3 MPa '), : en

R en tJLa.CÜOH °6F 1 °6F = 0 , 42 MPa

'\- : = MPa

con:tMi~ piLOVOQuartt '), 2 '), = 0 , 93 MPa °6F : = MPa

ta6

iLUP1=I'iLe pOUA El,\- El ,\-10 cyèlM = 30000 16000 "

E : modute de déôoiLmation ( à 90 jours ) là 60 jours)

• ecant au :UeM de ta E = 30000 MPa E " 5000 MPa

lLup-tulLe. e.n ti'tac.Uon

E : E30T

Cowtbe e660iLt/dé60iL,na:Uon

ptU6 L' aUongemertt à ta iLuptUAe ut :tiLov., à QuatiLe 60v.,

élevé poWtle. gltave...te.ux laté!U;Uque. ument ma.i6 .ta. C.OUl!..-

be. n' e.l.l t tùtéwe. que. !.lUIt 20% de. !.la. .tongue.Wt au Ue.u de 30% roUIt une. gltave.-cime.nt .

COUAbe de 6a:tigue a (dispersion )

gJtave.-cime.nt - " 1 - 0 ,1 log N Sn = O, 7à 1 , ° a

gM ve fut . cù ne.1'tt " cr O

1 - 0, 09 l o g N Sn " 0 , 8

Fig . 6 - Comparaison des caractéristiques d'un graveleux la téritique et d'une grave- ciment /41/.

traitée. A titre indicatif, la figure 6 montre la fiche " matériau graveleux latéritique ciment" utilisé au LCPC pour l'applica­tion du programme de calcul ALI ZE 111 [431 et la figure 7 indi­que les différences et analogies d'un graveleux latéritique et

d'une grave-ciment [411.

Améliorations ou transformations, quelle que soit la voie choi­sie, il reste en core beaucoup de travail pour étab lir des nor­mes, des recommandations sur l'emploi de ces deux techni­ques, mais il convient de faire en sorte qu'elles soient adap­tées au but que l'on s'est fi xé.

25

L.C.P.C. FICHE MATERIAUX 1 Para!là,tres pour le ".:lieu! 1

2. 1. Valeurs de laboratoire retenues

~ Module E 5000 MPa

Pente de la dro ite de fatigue e:) , . 1/10 ,9

Ecart type sur la loi de fatigue 0, . 0.7

GR AVELEU X LATERITIQUE CIMENT (cn logarithme)

Rhistancc de la f l e xi on o. a) rhistan ce moyenne d ' une g r ave ciment o. "". h) r';sistance trouvée pour le matériau

l o rs des ess3is o. 0 , 93 HPa (1)

j Constituan t s 1 c) r és i sta nce retenue pou r le ca lcul 0, 0 , 93 HP,')

2.2. Valeurs de calcul retenues

I .J.~ Ecart type sur les épa i sseurs (en cm) 0"

. 2, 5 CIII (2 ) Grave Graveleux lat,;ritique 0/20

_ [ 2 + (!)2 2J1/2 Coupure s ranulo...e trique ON b 0 Il 0,887

Nature de la grave Ech antillon n° 39 Sénég3! Coefficient de Poisson v·O.25

Fines 2" Li aison

GLC- BB non coll ée Angulari té - Indices de concassage CLC- CLe collée (3) Dureté

Usag'" Couche de b ase (::)pour 105 < N < 107

Domoaine d ' utilisation (épaisseur) 15Al5cII en repr;;sentation bilogarirhmique

IChoix de la limite admissible 1 iï .. (k l - k 3) · k4 00

1.2. FOr!lIulation

Classe de ciment CPA 45 k 1 • 1 -1

log N ave c B .o --ro;g Dosage en cimen t 3 , 5 % k) .. t b .1

Teneur en eau OPM · l : IO% " 1. 5

Densi tli sèche 1,9 7

Coq>ad t é 96 % OPM 1.0 Essa i l 60 jours 0·9 : li 11111 1 1 1 ! '1111! 1 1 Il.li

0·8 1 1_ : ,III 1 J . , " .' .

co,,"u G U~ u~o .. t"'OUt -

G.C. 1 f-Ùi C " '~LOU' GUV,,"S ,~. SAIL t 0 .7 ;::- GRAVE C [MENT kl .. 1 - B log N

~ S..LE , ..

· l '"I' 1 1 1 ~ 1111111111111 11111111111 0·6 : ~ : ' l, 1; , 1 Il i 1 ,II :: ! .0 APRES 0·5 1· 1ljî- , V IBROCCJ1PRESS ICJl · ','t;. ,

" !:::t+ 1. 1

Ë '0 O· t G . l.C. , 1 Iii GRAVELEUX LAT. CIMENT J.:.

-~ ; .a 0·3 , · ii

Lli .

. " t-- 0.2 . , --, : III , 2b - lo [~l ~ ~ 0·1

, 1 1 :111 '11 ; " 1 i1tt1! " a 1 1 Il

" la' la' N la' 10' Ir! " Loi de fatigue

- ~ " " '0 , , ,. "' •. - .œ ( 1) d~duit de l'essai stand:ard L.C.P . C.

(2) dédui t des campa gnes de vé ri fication des épaisseurs en place

Court>e granul omé trique (3) selon la tendance consutée lors du suivi des ch:antiers

Fig. 7 - Fiche "matériaux" pour ALIZE III graveleux latéritique·ciment.

II. LES GISEM ENTS

Les graveleux latéritiques ut ilisés en technique routière se t rouvent dans la nature sous forme d'une nappe d'épaisseur

va riable compri se approximativement entre 0,20 m et 1 m selon la région, enchâssée ent re une couche de sols fin s laté­

ri tiques ou de g raveleux de mauva ise qualité rou tière et une

couche de végétation, de graveleux végétal ou de débris de

ca rapace. Cette nappe peut avoir une surface également va riable pouva nt dépasser plusieurs hectares, plate ou déni ­

velée selon la topographie des lieux et, d~lns cette nappe, l'épaisseur de matériau récupérable peut également être varia­

ble (de 20 à 50 cm par exemple dans un même gisement ).

Enfin , cette nappe peut être discontinue et entrecoupée de

zones appelées négatives, c'est-à-dire sans graveleux de qua­

lité rou tière.

Les lieux de prélèvement de graveleux latéritiques sont pa r­

fois appelés "carrière" ; il serait préférable d'éviter ce mot

car il évoque trop les carrières de roches massives et la fabri­

cation industrielle et contrô lée d'une grave concassée. Les

mots "gisement" ou "emprunt" à notre sens conviennent

m ieux car ils rappellent davantage la rusti cité de ces

matér iaux.

Lorsque l'on étudie un graveleux latériti que en laboratoire,

la plupart du temps le gisement d'où ce matér iau est extrait

n'est pas encore en exploitation et l'étude est réa lisée sur des

prélèvements échant illons. Les performances mécaniques qui

en sont déduites représen tent plus ou moins celles du maté­

riau qui sera mis en œuvre selon la. quali té de la prospection

qui aura été faite pour reconnaître le gisement et selon la faci­

lité plus ou moins gra nde que l'on rencontrera dans son

explo itation. Cela est p ratiquement vrai pour tout matériau

de viabilité mais le problème se pose avec une acuité pa rti ­

cul ière pour les g raveleux latéri t iques pou r trois raisons

principales:

- un gisement est un ensemble compliqué et très hétéro­

gène dont la reconnaissance et l'exploitation ne sont pas fo r­

cément simples;

- il n 'existe pas d'étude de reconnaissa nce normalisée et

le flou artistique de certains termes de référence rencont rés

dans les appels d 'offres d'études laisse une grande liberté aux

prospecteurs;

- il n 'existe pratiquem ent jamais de contrô le pendant l'ex­

ploitation d'un gîte; le matéri au au mieux est con t rô lé une

fo is gerbé et lors de sa mise en œuvre.

Notre bu t dans ce chapit re est d'attirer l'attention sur les t rès

g randes différences qui peuvent exister entre les performan­

ces estimées et les performances vraies des graveleux latéri­

t iques et , de ce fa it, sur la très g rande précaution qu 'il faut

prendre dans le d imensionnement des couches de chaussée

réa lisé à partir d'études de laboratoire.

1. Prospection d'un g isem ent

Nous n' indiquerons pas ici sur quelles bases on s'appuie pour

rechercher les g isements de graveleux: la prospection est

t rop variable d'une zone à l'au tre, en fonction de la topogra-

Photo 10 et 11 - Prospection par sondage manuel,' itinéraire Bamako-Bougouni {Mali}. Le sondage manuel est de grande dimension ce qui permet de visualiser faCIlement les diffé­rentes couches et d'effectuer les prélèvements.

phie, du type de végétation et du climat. Il existe parfois des

critères simples qui sont de bons indicateurs. Par exemple,

dans les zones vallonnées forestières de Côte-d'Ivoire (région

de Man), on recherche les indices de graveleux à mi-pente;

au M ali , en savane (région de Bougouni), il est préférable de

rechercher les ruptures de pente, et les blocs de carapace disloquée sont un bon repère. Parfo is, cela est beaucoup

moins évident et nous avons rencontré au Niger des emprunts

de gros sable latéritique cachés sous 2 m de sable dont les

seuls ind ices de surface sont la nature de la végéta tion, ce

qui n 'est pas toujours simple à repérer (rég ion de Zinderl.

La prospect ion de graveleux est généralement une opération

longue et coû teuse, longue parce qu'i l faut souvent ouvri r

des layons, implanter les sondages, transporter des équipes

importa ntes de manœuvres, recuei llir et transporter des ton­

nes d'échantillons, et c, coûteuse parce qu'il est diffic ile de

27

Photo 12 - Prospection à l'aide d'une tarière mécani­

que légère. Remarquer le peu de matériau qui ressort

du sondage en cours comme de celui réalisé à

droite de la tarière, par rap­port à la prospection

manuelle. Ce matériau est ségrégé puisque seuls les

graviers et cailloux sont remontés. Vne telle pros­

pection ne fonctionne qu'en tout ou rien. c'est-à-dire

qu'elle indique l'absence ou la présence de graveleux

sans donner de renseigne­ment sur sa qualité ou son

épaisseur.

Photo 14 - La mise en œuvre d'une tarière n'est pas forcément aisée. Au bout de la mèche hélicoïdale continue à âme pleine plusieurs types d'embouts ont été testés. L'embout "queue de cochon" s'est révélé plus commode que les meches à couteaux qui détruisent la couche de graveleux sans s'y visser.

prospecter plus d'un gisement par jour et qu'il faut beaucoup d'essais de laboratoire, en plus de toute la logistique de pros­pection in situ.

La prospection est effectuée le long d'un itinéraire, lors de l'étude d'un nouveau tracé ou d'un projet de renforcement. Les termes de référence de l'étude sont rarement très diserts et le plus souvent ils se contentent d'indiquer: " le consu l­tant fournira la quantité de matériau nécessaire à la réalisa ­tion du projet". De ce fait, et parce que l'étude est presque toujours accordée au moins disant, on assiste parfois à de grandes différences. Nous avons par exemple étudié un it i-

28

néraire neuf au Mali pour lequel nous avons prospecté 40 emprunts pour 150 km de tracé et réalisé environ 1 000 son­dages. Une étude plus ancienne portant sur le même tracé et réalisée par un autre bureau d'études comportait unique­ment un sondage tous les cinq à dix kilomètres! On se doute bien que, dans ces conditions, l'idée que peut avoir le proje­teur à propos de la qualité (et de la quantité) du matériau de chaussée pu isse être différente selon le type de prospec­tion. La figure 8 est un exemple de l'étude d'un emprunt de cette chaussée, effectuée par la section des Etudes outre­mer du LCPC.

Généralement, quand les modalités de l'étude le permettent, nous procédons en deux temps:

- Une première prospection sommaire destinée à reconnaître la zone et ses possibil ités en graveleux. Cette prospection utilise tous les moyens habituels: carte géologique, photo­graphie aérienne, prospection du site en faisant appel aux indices de surface, aux études passées, aux exploitations exis­tantes ... Pour cette prospection, il est fait peu de sondages et peu d'essais en laboratoire. Nous estimons sa durée à envi­ron 15 jours pour 150 km d'itinéraire.

- Une prospection de seconde phase destinée à invento­rier chaque futur emprunt sur la base de nombreux sonda­ges et essais de laboratoire. Cet emprunt est une surface que l'on va étudier à partir de sondages réalisés à la maille carrée et de laquelle il va falloir déduire un vo lume de matériau. On adopte un coefficient de sécurité entre le volume reconnu et le vo lume utilisable qui dépend de la précision avec laquelle on a réalisé la prospection. Ce coefficient porte sur le volume mais aussi sur la fiabilité accordée à la qualité du matériau. Il dépend de nombreux facteurs qui sont:

• l'outil de reconnaissance: généralement on effectue des sondages manuels qui permettent de mettre correctement en évidence les différentes couches de graveleux et leur épaiS­seur. La prospection électrique ou sismique ne semble jamais avoir donné de bons résultats; la prospection sismique n'est intéressante que si elle s'adresse à un massif stratifié où les ondes se propagent à l'intérieur d'une couche d'autant plus vite que celle-ci est profonde. Or, dans le cas des graveleux reposant sur de l'argile, c'est l'inverse qui se produit et par ai lleurs le front de séparation entre graveleux riche en fines et graveleux riche en nodu les n'est pas franc . La prospec­tion mécanique par tarière et sondeuse est utilisable si elle aboutit à des sondages dans lesquels on peut descendre (tarière highway avec une mèche de 60 cm par exemple) mais de tels engins ne se déplacent pas partout (en forêt par exem­ple) et sont très chers. Les petites sondeuses portatives sont tout juste capables d'indiquer la présence de graveleux mais n'indiquent par leur profondeur, leur épaisseur ni leur qua­lité car le produit remonté par la tarière est très remanié (pho­tos 10 à 141 ;

• la maille: un sondage réalisé à la maille de 90 m représente 8100 m2 , un sondage à la maille de 30 m, 900 m2 • Plus la maille est grande, plus la précision est faible. La maille de 30 m est un bon compromis entre la précision recherchée et le temps accordé à la prospect ion;

• les caractérist iques de l'emprunt: plus l'épaisseur de gra­veleux est forte et moins l'on commet d'erreur en la mesu­rant et en délimitant la partie utilisable de la partie trop ar9i -

leuse. Ont également une grande importance l'hétérogénéité des épaisseurs d'un sondage à l'au tre et l'hétérogénéité des sondages de l'un à l'autre. Un sondage révélant un mauvais graveleux parmi un matériau de bonne qualité perturbera les résu ltats moyens du matériau gerbé. Il faut donc prendre en compte la répartition entre puits négatifs et posit ifs (pouvant rendre le gîte inexploitable) ;

• l'ident ificat ion du matériau: le matériau peut être identifié de visu et dans ce cas la précision de son identif ication repose sur les compétences du prospecteur à reconnaître une teneur en fines ou un indice de plasticité. Il peut être aussi identifié au laboratoire, ma is pour des raisons financières il est rare que plus d'un échantillon sur dix soit analysé.

Nous voyons donc que la prévision de la qualité d'un maté­riau graveleux latéritique provenant d'un emprunt n'est pas chose aisée et qu'i l est certainement plus difficile d'estimer les qualités mécaniques d'un graveleux que l'on désire trai ­ter au ciment que celles d'une grave concassée reconstituée provenant d;une carrière.

2. Exploitation d'un gisement

Nous nous limiterons ici également à notre propos qu i est de souligner les difficultés qu'il y a à prévoir la qualité du maté­riau que l'on va utiliser, à travers quelques exemples.

Dans un emprunt de forêt, la récupération du graveleux de couche de base consistait à abattre d'abord des arbres par­fois de plus de 20 mètres de haut, préparer la surface par décapage, retrousser enf in la couche de matériau réputé ayant la quali té requise en prenant garde de ne pas entamer la couche sous-jacente trop argileuse. La couche de grave­leux pour couche de base était retroussée au bu lldozer et mesurait en moyenne 20 cm d'épaisseur! Quelles sont les chances dans ces conditions pour que le matériau gerbé res­semble au profil tracé par les essais de laboratoire sur quel­ques échantillons soigneusement prélevés?

Dans un autre empru nt, en sava ne celui-là, l'exploitation du graveleux consistait à décaper une diza ine de centimètres de graveleux végéta l d'assez bonne qualité ayant le seu l défaut d'accueillir des herbes en sa ison humide, puis à retrousser 50 cm de graveleux pour couche de base reposant sur plus de 20 cm de graveleux de fondation. Le site était faiblement incliné mais pratiquement plan et les quelq ues sondages néga­tifs étaient constitués de débris de carapace.

Il ne faut pas conclure de ces deux exemples que les emprunts de savane sont meilleurs que ceux de forêt. Ils permettent de mieux faire comprendre, cependa nt, quand on examine par la suite l'état de chaussées en service, pourquoi il est sou­vent diffici le de distinguer par leurs qualités (granulométrie, plasticité, voire même CBR ) le matériau de couche de base de celui de la fondation.

La façon dont un gisement a été prospecté et les faci lités ou difficu ltés qu'i l présente à l'exploitation sont donc des fac­teurs extrêmement importants dans l'est imation des proprié­tés mécaniques que présentera le matéri au une fois en place dans la chaussée. Lors des études de laboratoire et surtout

Photv 15 - Emrpfllnt de graveleux latéritique en forêt : itinéraire Bouaff/é­Daloa (Côte·d'Ivoire) ,

Photo 16 - Emprunt de breche latéritique schisteuse - Route natio­nale n O 15 _ Bien Hoa· Vung tau (route du Cap St. Jacques) Vietnam.

Photo 17 - Emprunt de graveleux latéritique en savane (région de Garoua au Cameroun).

Photo 18 - Emprunt de graveleux latéritique au Cameroun (région de Foumban).

29

14GP BCEOM ". '" .. " -. ,,,', ". EMPRUNT N' ,. ECHANT I LLONS A2.e4.eS.CS ... 0"

R.N :7 BAMAKO - BOUGOUNI P.K. 60611

Profil r.père 1520

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Fig. 8 - Exemple de présentation des résultats pour l'UIl des emprunts

30

11

DIAGRAMME C B R

EntrQi. PM

12 13 14

TENEUR EN EAU W%'----

21

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Pulll néQalll

Puits pa.llif •

+ +\ + -ft -t. + + + + + ---1=: ++1++++++ Vers BAMAKO

+ + + + T-±.s 1.T carrière

DISPOSITION SCHEMATIQUE

t vers Bamako

Panneau Bamako Profil 60 km$ 1519

Painl Kez 517 A

Profil '520

v-dons Ioquelle u l folle le so ndaQe AI

U

vers BOUQounl

10

8OUGOUNI

CARTE au 1/ 200 000

20 Jorn.

e l'étude LCPC· 8CEOM relative a l'itinéraire Bamako·Bougouni au Mali.

31

Photo 19 - Emprunt de graveleux latéritique au Cameroun (région de Yaoundé), le graveleux est gerbé en tas.

Pho to 20 - Emprunt de graveleux latéritique au

Cameroun (région de Yaoundé).

pour les études de t raitement au ciment, il faudra être t rès

vigilant sur la représentativité de l'échantillon et parfois analy­ser l' influence des variations de la teneur en fines ou de la

plasticité par exemple sur les caractéristiques mécaniques de manière à ne pas les surestimer.

III. LES GRAVElEUX LATÉRITIQUES DANS LES CHAUSSÉES

Les graveleux latéritiques sont utilisés en technique routière pour la réa lisa tion de routes en terre et de chaussées revê­

tues . Selon leur qualité ils servent de couche de forme, de

couche de fondation ou de couche de base pour les chaus­sées revêtues, de couche de roulement pour les routes en

terre. Parfois également les graveleux à pisolites sont lavés

et criblés et les nodules les plus gros sont utilisés comme gra­villons pour les enduits superficiels .

Ne pouvant aborder da ns le cadre de cette note tous les pro­blèmes soulevés par l'emploi de graveleux dans la chaussée,

32

dont certains ne sont d 'ai lleurs pas spécifiques aux grave­

leux latéritiques, nous renverrons le lecteur aux livres, fort nombreux, qui t ra itent du sujet [13 - 18 - 19 - 20 - 25 - 44

et 45 - bibliographie non exhaustivel. Nous avons donc choisi de nous limiter pour chacun des deux types de chaussée,

revêtue et non revêtue, ~ la caractéristique qui nous a le plus f rappé.

1. Chaussée revêtu e

La caractéristique qui nous a le plus supris, pou r les chaus­sées revêtues, est la construction en pleine largeur. Contrai­

rement aux chaussées françaises pour lesquelles générale­

ment le c~rps de chaussée et les accotements sont de natu­res différentes, les chaussées africa ines des pays fra ncopho­

nes que nous avons auscultées, ou vu construire, sont fai­tes de couches cont inues de même nature qui constituent

donc à la fois le corps de chaussée et l'accotement. La lar­geur de chaque couche varie de 8 à 10 mètres selon le type

de chaussée et le pays, mais dès lors que le matériau consti­

tutif est un graveleux latéritique, elle est monobloc. Ceci s'ex­plique d'ailleurs par des ra isons liées à la qualité du maté­

riau, son prix et la technique de mise en œuvre. On conçoit en effet qu ' il serait plus coû teux d'ouvrir des empru nts spé­

ciaux pour matériau x d'accotement de qualités différentes

et que la mise en œuvre devrait alors êt re fa ite en deux opé­rations distinctes. La technique la plus courante pour la mise

en œuvre du corps de chaussée est la suivante: approvision­nement sur la dern ière couche (forme ou fondation) du maté­

riau qu i est déposé en tas, répa ndage à la niveleuse, arro­sage si nécessaire et compactage. Sur la couche de base nive­

lée et compactée, on répand une imprégnation (généralement au bitume fluidifié) sur une largeur débordant de 0,20 à 0,50 m

ce lle du futur revêtement. Enfin, on vient poser le revêtement qui peut être un enduit bicouche ou t ri couche, un sand

asphalt ou un enrobé selon les cas.

Le fait que la couche de base const itue également les acco­tements est extrêmement bénéf ique pour la tenue de ces

chaussées car il supprime pratiquement tous les affaissements de rive si courants dans les vieilles chaussées traditionnelles

frança ises, d' une part pa rce qu 'il n'y a plus de point faible

au point de changement de matériau, d'a utre part pa rce qu' il n'y a plus de problème de drainage de type piège à ea u en tre

la chaussée et l'accotement. Inversement, la couche de rou­lement est léqèrement dén ive lée par rapport à l'accotement et ce la peut provoquer des désordres au bord nécessita nt de recharger les côtés.

Les avantages de ce mode de constru ction sont très certai­

nement plus grands que les quelques inconvénients qu' il pro­voque ; en particulier ce la se retrouve dans les défl exions en rive qui restent du même ordre de grandeu r que ce lles en axe

(exception faite des chaussées étroites où c'est l'inverse qui

apparaît), ce qui con tribue, du fait du fort pouvoir réducteur de déflexions des graveleux latéritiques qui existe par ail leurs,

à mainten ir un niveau de déformation assez bas à ces chaussées .

Cela est remarquable et il convient de souligner que lors de l'étude de l'ensemble du réseau revêtu du Mali [281 nous

Photo 23 - Approvisionnement de la couche de base sur le chantier.

Photo 25 - Arrosage avant compactage.

Photo 28 - Chaussée terminée en C6te·d'lvoire : la route Abengourou­Agnibelekrou.

Photo 24 - Répandage a la niveleuse.

Photo 26 - Répandage de la couche d'imprégnation au bitume fluidifié avant pose de l'enduit.

Photo 29 - Dénivellation entre le revétemeflt en sable enrobé et l'accote­ment de même nature que la couche de base, amOfce légere de fissure.

Photo 30 - Dégradation de la couche de roulemem par manque de renouvelle­ment de l'enduit; "oter qu'J1 ,,'existe aucune déformation de la surface de la chaussée, la cause de /a dégfadatioll n'est pas imputable a une faiblesse du sol-suPPoft.

33

n'avons trouvé aucune chaussée qui périsse du fa it du sup­port : construites en remblai, hors d'eau, sur des couches de formes résistantes, bien drainées latéralement, sans effet de bord, etc., leur principale cause de dégradation vient d'une usure des couches de roulement non renouvelées à temps.

2. Chaussée non revêtue

La ca ractéristique la plus frappante pour le profane qui emprunte des chaussées moyennement ou fort circu lées, en graveleux latérique non revêtu, est probablement le phéno­mène de la tôle ondu lée [20 - 46 - 47],

La tôle ondulée, comme l' indique son nom, est une défor­mation du profil en long de forme pseudo sinusoïdale de lon­gueur d'onde voisine de 60 cm à 1 mètre. Insupportable à petite vitesse (10 à 20 km/ hL elle se fait beaucoup moins sen­t ir vers des vitesses de 80 à 100 km / h mais dans ce cas rend la conduite dangereuse: il est sportif de devoir s'arrêter brus­quement pour éviter un obstacle, et freiner risque de provo­quer un tête-à-queue; lorsque l'on crève, bien souvent, la chambre, le pneu sont totalement déchiquetés avant l'arrêt tandis que la jante peut prendre une forme carrée assez peu sympathique .

Photo 31 - Piste en graveleux latéritique tres peu circulée (quelques véhicu­les par jour} - Mali (région de 80ugounll.

Photo 32 - Ancienne rou te en graveleux latéritique, noter la faibla épaisseur restante de graveleux (Niger : région de Maradi).

34

Les causes et le mécanisme du phénomène ont fai t l'objet de nombreuses hypothèses et études: M. Jeuffroy en a déve­loppé une théorie (Le phénomène de la tôle ondulée - 1954

Photo 33 - Chaussée en grave/eux latéritique en ClJte·d'lvoire . piste de' caté· gOrie A, à grande circulation· trl:s bon état de surface apres les ttaViJUX de

reprofifage (région de Dimbokro • boucle du Cacao}.

Photo 34 - Chaussée efl graveleux latéritique en C6te-d'lvoire - piste de caté­gorie A. à grande circufation : (61e ondulée apparaissant entre deux séquences

de reprofilage (région de Man).

Photo 36 - Le manège flo 2 - LCPC pour l'étude de la t6/e ondulée (1962).

Expériences du lCPC menées sur le manège de la v ill e de Paris (Photographies extraites de films de M. Guigné)

,. étal initial 2. apres 40 passages de roue

3. apres 60 passages de roue 4. apres 80 passages de roue

3" essai (82 passages) Photo 38 - Le film montre (e déplacement de la t6le ondulée: à chaque passage de roue la bande de plâ­

tre disposée dans la trace de la roue est rejetée un peu plus en arr/ere.

7" séquence (80 passages) Photo 37 - Le mm montre, en vue de c6té, l'al/ure du matériau.

1. ptat ùlÎtial 2. , . t passage de roue

3. 20' passage 4. 40' passage

35

[49 - 501, selon laquelle le phénomène est engendré par les arrachements produits par les pneumatiques, modulé au rythme de la vibration des fréquences propres des· véhicu­les. Physiquement, le LCPC a essayé de modéliser le phéno­mène en laboratoire* (il ya maintenant bientôt 20 ans 1) tandis que des analyses et observations sont conduites sur le ter­rain par de très nombreux organismes depuis de longues années [18 - 20 - 25 - 51 - 52J car le phénomène de la tôle

ondulée est gênant pour la circulation (cause d'accident et de fatigue du matériel) et onéreux pour l'Administration qui doit effectuer un entretien quasi permanent pour le supprimer.

Les conclusions principales de ces études sont les suivantes [29J:

~ le phénomène est dû aux oscillations des roues,

~ l'influence de l'état hygrométrique de l'air est prépon­dérante,

~ la rapidité de formation dépend directement de l'intensité de la circulation, de la vitesse des véhicules et de la pression des pneus, la partie suspendue des véhicules et l'importance de leur charge n'intervenant pas,

- les stries des ondulations sont parallèles entre elles, avec souvent une très légère inclinaison sur la normale à l'axe de la route. Leur espacement le plus fréquent est compris entre 60 et 70 cm. L'amplitude peut atteindre 10 cm et même 15 cm sur des chaussées dont l'entretien est particulièrement négligé (on aurait vu des amplitudes de 25 cm).

* Remarque concernant les expériences effectuées au LCPC 11962-1965J

De 1962 à 1965 des expériences concernant la formation de la tôle ondulée ont été conduÎtes au laboratoire central des Ponts et Chaus­sées sous l'impulsion de M. Peltier par MM. Davin et Bruckert. En premier lieu des essais furent effectués à l'aide du manège de la ville de Paris. Ce manège aujourd'hui disparu avait un diamètre d'envi­ron 8 mètres et comportait 4 roues de camions, 2 motrices et 2 roues libres, il tournait à une vitesse de 20 à 50 km / ho Ces premiers essais montrèrent que la tôle ondulée, pour les matériaux considérés, appa­raissait très rapidement (dès le 3e ou 4" tour) et que les roues motri ­ces avaient tendance à la faire reculer par projection du matériau vers l'arrière, tandis que les roues libres la faisaient avancer. Dans les archives du LCPC, il existe encore un film dû au talent de M. Gui­gné du LCPC, qui montre très bien ce phénomène, matérialisé à l'aide de poudre de platte.

Par la suite, M. 8ruckert construisit successivement deux modèles réduits pour mieux analyser le phénomène. Le premier comportait une roue motrice et deux roues folles d'équilibrage, de rayon plus petit pour ne pas emprunter la trace de la première. Le second modèle (photo 36) comportait deux roues motrices, et un empattement d'en­viron ·' mètre.

Ces études furent arrêtées en 1965 et donnèrent lieu à un rapport interne de M. 8ruckert et à une publication de M. Davin dans les Annales des Ponts et Chaussées [52].

36

Fig. 9 - Vilesse de la t6le ondulée en fonc­lion de la circulalion.

l200

a li 5 150 :c ~

~

• î 100 o z 80

" 20

10 12 ~ 16 18 W TI " H M 30 Nombre de jours

Il est parfois également signalé que la tôle ondulée se déplace: elle reculerait par rapport au sens de la circulation [48].

L'entretien des routes non revêtues présentant le phénomène de tôle ondulée est lui-même particulier puisqu'il peut arri ­ver que les bosses de matériau durcissent au point de les ren­dre difficiles à détruire. La niveleuse est l'engin de base pour le reprofilage mais on utilise également tout un assortiment de matériels rudimentaires et astucieux destinés à lutter contre l'apparition de la tôle et à la supprimer. Les plus connus sont le train de pneus traînés derrière un véhicule et le balai métal­lique. Ce dernier est constitué d'un support t~iangulaire fixe large d'environ 4 mètres et porteur d'un très grand nombre de brins de câbles d'acier de diamètre 20 mm et de longueur · 50 cm (quand ils sont neufs) enchâssés verticalement dans le cadre [45]. La fréquence de cet entretien est très variable selon la catégorie de la chaussée. En Côte:d'Ivoire la pério­dicité de reprofilage va de 7 jours pour les chaussées impor­tantes les plus circulées (500 véhicules/jour) à 90 jours pour les chaussées secondaires faiblement circulées (10 à 20 véhi­cules/jour). Cette fréquence dépend bien entendu du type d'organisation de l'entretien qui est réalisée dans le pays mais également de la vitesse d'apparition de la tôle ondulée en fonction du trafic. Le graphique de la figure 9 donne des indi­cations sur cette vitesse. Il faut remarquer que ce reprofilage conduit à une modification de la granulométrie du graveleux latéritique et que du fait du rejet sous circulation des plus gros éléments vers les accotements, du fait de ce reprofilage, il se produit une perte en matériau qui conduit à recharger les couches de roulement de ces chaussées.

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Réalisé par le LCPC, 58 boulel'ord Lefebl're. 75732 PARIS CEDEX 15 sous le na 502875· Janvier /983

38

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