Office des Routes

INTRODUCTION

L’Office National des Routes est une entreprise publique de la République Démocratique du Congo. Il est actif dans l’entretien et l’amélioration des routes, ponts et bacs du pays. Dans le cadre du cours de Géotechnique, étant un ensemble des applications et des connaissances concernant les propriétés des sols, des roches et des ensembles géologiques, que le Chef de Travaux KISONGA MANUKU Eric s’en occupe, nous avons effectué une visite dans le Laboratoire National des travaux Publics (LNTP).

Le Laboratoire National des travaux Publics a œuvré essentiellement dans les domaines ci-après :

-         Contrôles géotechniques sur les chantiers routiers ;

-         Essai mécaniques et chimiques (Service de Chimie des Bitumes);

-         Etudes géotechniques (Atelier des Fondations);

-         Etudes des sols par sondage et forage (Service des Sols et Matériaux).

La grande partie des activités de Laboratoire National des Travaux Publics s’est concentrée dans la ville de Kinshasa. Les provinces ci-après : Bas-Congo, Bandundu, Nord-Kivu, Sud-Kivu, Kasaï Occidentale et  Katanga ont pu bénéficier des services de Laboratoire dans le cadre essentiellement de mise à disposition de son dans des travaux des chantiers routiers pour le contrôle géotechnique.

                         I.            Contrôles géotechniques sur les chantiers routiers

Dans le service de contrôles géotechniques sur les chantiers routiers, il y a des opérations qui s’effectuent là-dedans. Il s’agit de :

• Ø Prélèvement

 C’est un échantillon (de matière) destiné à l’analyse. En supposant qu’on nous envoie d’aller faire un prélèvement en surface d’un matériau qu’on appelle un 0/31,5 (un zéro trente et un point cinq), c’est-à-dire qu’un matériau comprenant des éléments allant de 0 jusqu’à 31,5mm de diamètre. Ceci est un segment ou longueur d’un segment de droite qui va d’un point d’un cercle ou d’une sphère au point opposé en passant par le centre. Mais dans la vie courante, on considère le diamètre comme étant la plus grande largeur d’une chose ronde ou arrondie.

Aussitôt prélevé, à l’aide d’une pelle, on prend un sac qu’on appelle le  ‘’sac de jute’’, on met le matériau dedans, on prend un bout de papier appelé ‘’étiquette’’. Sur l’étiquette, on mentionne la date du prélèvement, la provenance, le diamètre, la profondeur si ce n’était pas en surface, le Pk (Point kilométrique) s’il s’agit d’une route en étant véhiculé. Car, un échantillon sans étiquette est nul. Il n’a donc pas de valeur au Laboratoire ; on va illico le jeter.

En effet, le Pk0 est le point kilométrique zéro que nous prenons à Kinshasa comme 1^ère Rue Limete. De la 1^ère Rue Limete à l’aéroport de Ndjili, c’est 17Km ; Kinshasa-Kenge, c’est 250Km.

Tout échantillon en provenance d’une carrière ou d’un chantier se trouve à l’état humide. Même si à l’œil nu, on voit que c’est sec, mais en réalité, c’est humide. En effet, pour que l’étiquette ne s’abîme pas, elle doit être munie d’un sachet. On n’évite surtout que l’échantillon soit imbibé d’eau.

Un bon prélèvement s’effectue à plus ou moins 70Kg de poids. Car, il y aura beaucoup d’essais à effectuer. Admettons qu’un essai nécessite 10Kg, alors qu’il faut réaliser 5 essais. Mais on amène 20Kg d’échantillon, c’est un mauvais travail. S’il s’agit d’un prélèvement en profondeur, on doit réaliser des puits. Le puits de 2m que l’on fait chez nous est un sondage. Un puits a quatre parois (surfaces intérieures).

Quand on fait un sondage pour prélever l’échantillon, on mesure à l’aide d’une règle la hauteur à partir de la terre végétale jusqu’aux différentes couleurs des parois. Car, la terre change des couleurs. On doit donc dégager la terre végétale laquelle est relative à l’horizon A. C’est la terre qui contient les matières organiques où les plantes puisent leur nourriture. Pour faire un prélèvement, on doit dépouiller toute la terre végétale. On prélève en grattant de la terre végétale jusqu’à tel ou telle profondeur où nous y sommes. On gratte les 1^ère, 2^ème, 3^ème et 4^ème parois. Si le puits est de 2,50m, on écrira 0,00-2,50m sur l’étiquette. Après le prélèvement, il doit y avoir le dépouillement.

• Ø Dépouillement

Le dépouillement est le fait de faire sortir l’échantillon du sac de jute en commençant par enlever l’étiquette. On se pose de petites questions lors de dépouillement en lisant l’étiquette :

-         Qu’est-ce que le Monsieur nous demande ?

-         D’où vient cet échantillon ?

-         Pourquoi ça vient ici ?

On prélève le matériau à l’aide d’une truelle, on le met dans un bac. Il y a deux types de bac :

a)     Bac à étuvage 

Le bac à étuvage est un petit bac. A l’aide d’une truelle, on prend l’échantillon, on le met dans le bac à étuvage. On le met ensuite dans l’étuve réglable entre 105 et 110°C pendant 24 heures.

b)    Bac à essai

Le bac à essai est un grand bac. C’est le bac dont on va mettre l’échantillon pour le compacter.

On sait que tout échantillon en provenance d’une carrière ou d’un chantier vient à l’état humide. On va le rendre à l’état sec. Après le dépouillement, il y a l’étuvage.

• Ø Etuvage

C’est une déshydratation partielle dans un espace clos à chaleur et à taux d’hygrométrie contrôlés. C’est donc le fait de mettre l’échantillon dans une étuve entre 105 et 110°C pendant 24 heures. . L’appareil qui sert à sécher le matériau entre 105 et 110°C pendant 24 heures s’appelle ‘’étuve’’.

L’étuve n’est pas un appareil mécanique, mais électrique. Dans cet appareil, il y a le thermomètre ainsi que des boutons pour régler le degré.

Un échantillon séché à l’étuve, même si ça dépasse 24 heures, il restera toujours intact ; il n’y aura pas d’inconvénient. Si nous nous retrouvons là où il n’y a pas des courants électriques, sans groupes électrogènes ni  paneaux solaires, alors que nous avons l’étuve, on doit sécher les matériaux par des braises. Au cas où celles-ci ne sont présentes, on utilise des bois. Si l’on a assez de moyens, on peut utiliser le produit chimique qu’on appelle ‘’alcool à brûler’’. C’est le détuvage qui va suivre cette opération.

• Ø Détuvage

C’est le fait de faire sortir l’échantillon de l’étuve après 24 heures. Aussitôt 24 heures, on détuve, c’est-à-dire qu’on fait l’échantillon de l’étuve.

Les matériaux fins, tels que les sables, ont aussi besoin d’être homogénéisés parce que lors du transport tous les sables ne se réunissent pas. On les homogénéise en faisant l’opération qu’on appelle ‘’quartage’’ ou  celle appelée ‘’échantillonnage’’.

a)     Quartage

Cette opération consiste à jeter l’échantillon par terre sur une surface plane. On aménage un bon endroit. On divise l’échantillon en quatre parties. On prend deux côtés opposés, on les mélange ; on prend deux autres côtés opposés, on les mélange aussi. Ensuite, on mélange le tout. Ou alors, si l’on ne veut point faire le quartage, on fait dans ce cas l’échantillonnage à l’aide d’un échantillonnaire.

b)    Echantillonnage

L’échantillonnage est une méthode ou opération qui permet au même résultat que le quartage d’homogénéiser les matériaux fins. Ces deux opérations, on peut les faire avant tout comme après l’étuvage. Ça dépend des travailleurs.

Aussitôt que notre échantillon est fait, on l’amène à la surface, et on programme les essais. En dehors de l’essai de teneur en eau in situ ou teneur en eau naturelle, tous les échantillons doivent passer à l’étuve. Seulement si dans l’étiquette, on avait demandé un peu de teneur en eau naturelle, on ne passe pas l’échantillon à l’étuve. Dans ce cas, on peut voir quelques essais :

1. Essai de teneur en eau in situ  W

L’essai de teneur en naturelle est un essai d’identification qui sert à connaître la quantité de l’eau naturelle se trouvant dans un matériau.

Dans ce cas, on ne passe pas l’échantillon à l’étuve, on le met directement avec son humidité sur des pèse-filtres. On le pèse sur la balance.

On déduit juste de Pth le Pts pour avoir le Pw. Connaissant la tare, on déduit de Pts la tare pour avoir le Ps de l’échantillon. Enfin, pour avoir la teneur en eau naturelle, on fait le rapport suivant : 

Admettons que l’on est chef d’un chantier quelconque, si l’on nous demande de prendre ce matériau et d’aller le mettre sur une route. On va au chantier, on trouve les matériaux mouillés puisqu’il pleuvait hier. Or, c’est prévu aujourd’hui, ce travail.  On doit d’abord connaître la teneur en naturelle. On ne va pas peser avec la balance toute la quantité de matériaux, mais un échantillon représentatif. On sait que la teneur en eau naturelle est de 6 ou 28%, ce que l’eau qui se trouve dans ces matériaux est de 20% par exemple.

Pour coucher ces matériaux dans une route, on doit les sécher. Mais, on ne doit pas sécher tous les matériaux ; l’ingénieur doit montrer sa performance. On va utiliser la machine qu’on appelle la ‘’niveleuse’’. C’est un engin de terrassement équipé d’une lame orientable et utilisé pour niveler la surface d’un sol. On laisse la machine travailler. En nivelant, le soleil sèche les matériaux. Le géotechnicien va de temps en temps mettre le thermomètre pour savoir la teneur en eau naturelle.

1. Analyse granulométrique  AG

C’est un essai d’identification servant à classifier les grains selon leur dimension à l’aide de tamis. On prend le matériau sec, s’il s’agit d’un matériau fin, on prend 500g (en pesant). Chaque tamis a sa dimension. En tamisant le matériau, on constate qu’il y aura des particules qui vont passer à travers le tamis, et d’autres resteront dedans. Les particules qui passent à travers le tamis sont des passants et celles qui restent des refus. On doit peser le refus de chaque tamis sur la balance (fig. 1). Le refus de plusieurs tamis est dit ‘’refus cumulé’’. Il s’agit de refus cumulé en gr, pour trouver le refus cumulé en %, on doit multiplier le refus cumulé en gr par 100, puis on divise le résultat par le Pts de matériau.  Après, on va chercher les passants en %. Pour les trouver, on déduit de 100% le refus cumulé en %.

Ensuite, on passe par la courbe granulométrique ou la granulométrie des granulats.  Là, on tient d’abord compte de l’ouverture de tamis. Car, on peut utiliser un tamis de système ASTM ou AFNOR. On commence par localiser, dans chaque ligne du tableau d’analyse granulométrique, l’ouverture de tamis utilisé en se référant sur la même ouverture dans le tableau de la granulométrie des granulats, puis on pointe la valeur correspondante de passant en % dans ce dernier tableau. En pointant pour toutes les données requises, on trace maintenant la courbe granulométrique. Enfin, on doit observer s’il s’agit des sables, gravillons ou cailloux.

N.B. Ce paragraphe ci-haut est conçu grâce à l’explication bien suivie à l’auditoire lors de TP de Géotechnique de Monsieur l’Assistant Yvon.

En plus, on passe par les deux coefficients dont le coefficient d’uniformité Cu et le coefficient de courbure Cc pour déterminer le type de granulométrie existe-t-il. On va parler brièvement de la notion de granulométrie.

v Granulométrie

La granulométrie est le classement d’un produit pulvérulent en pourcentage de grains de différentes grosseurs qui le composent. C’est la distribution massique des grains suivant leur dimension. C’est donc une technique d’obtention différente selon le type de sol.

Types de Granulométrie : On détermine une granulométrie par les coefficients d’uniformité et de courbure. =>   , et  

1. Granulométrie étalée : C’est une granulométrie disposée dans toute la surface. Là,  Cu et  Cc > 2.
2. Granulométrie uniforme : C’est une granulométrie cohérente. Là, Cu et Cc < 2.
3. Granulométrie discontinue ou serrée : C’est une granulométrie diminuée. Là, Cu > 2 mais Cc < 2.

Là, on pourra dire que tel ou tel matériau est de 8/15, 10/15, 15/25, etc. Donc, la courbe granulométrique permet de déterminer la dimension des grains. On peut connaître le nom d’un matériau à partir de traçage de la courbe granulométrique. S’il s’agit d’un 2/8, on verra que la courbe commence de 2mm jusqu’à 8mm. S’il s’agit d’un matériau fin, on ne verra qu’une pointe.

Remarque : On constate, malgré la présence des herbes, des matières organiques, de Kinshasa-Bandundu, il n’y a que des sables. Il n’y a donc pas des carrières. Tut ce qu’on fait comme route, les matériaux proviennent de Kasangulu (Bas-Congo). On classe les tamis d’après l’ordre décroissant en faisant l’essai.

En guise d’illustration, Carrigré vient de produire un concassé qu’on appelle un 15/25. Elle a des tamis, des cribles. LNTP prend cet échantillon de 15/25. En faisant l’essai de granulométrie, la courbe doit aller de 15mm à 25mm. Si c’est le contraire, on va demander à la Carrigré de vérifier puisque l’échantillon n’est pas un 15/25.

1. 3.     Limites d’Atterberg LA

Nous sommes toujours dans les essais d’identification. Tout échantillon en provenance d’une carrière ou d’un chantier se trouve à l’état humide. Aussitôt l’échantillon est sec, on le met dans le bac à essai pour commencer les essais.

En parlant des limites d’Atterberg, on ne cesse pas au fond de parle des limites de liquidité et de plasticité. Mais, Atterberg a pu ajouter d’autres limites telles que les limites de retrait, d’absorption et d’adhérence.

La limite de liquidité est la teneur en eau qui correspond à la limite conventionnelle entre les états de consistances plastique et liquide. La limite de plasticité est la teneur en eau qui correspond à la limite conventionnelle entre les états de consistances plastique et solide. Il existe deux états solides dont l’état solide avec retrait et l’état solide  sans retrait. On parle d’état solide avec retrait lorsque l’eau se trouve encore dans le matériau. Quand l’eau s’expulse complètement du matériau, on parle d’état solide sans retrait. Le retrait est la diminution de volume de l’eau.

On parle de limite de retrait lorsqu’un sol perd de l’eau, mais ne baisse pas de volume. Quand l’eau ne pénètre plus dans un matériau, et qu’elle peut ruisseler si ce matériau était en pente, on parle de limite d’absorption. Mais lorsque l’échantillon n’adhère plus fortement ou ne reste plus collé sur une spatule, on parle de limite d’adhérence.

Aussitôt notre échantillon est sec, on prélève une partie, on passe au tamis n° 40. On tamise en prenant le passant. Lorsqu’on détuve l’échantillon, ceci sort avec des mottes. On doit consumer ces amas à l’aide d’un pilon. On met une quantité dans le mortier, avec le pilon, on homogénéise le matériau.

Aussitôt homogénéisé, on prend le passant de tamis, on met le dans un pèse-filtre. C’est 100 ou 150 g. On prend la quantité de l’eau voulue ; on imbibe l’eau dans l’échantillon. A l’aide de la spatule, on tourne, et on laisse l’échantillon dans l’eau pendant 2 heures.

Comme notion d’appareillage, on a quatre pèse-filtres pour WL, quatre autres pour WP, un appareil de casagrade (à coupelle lisse pour les argiles et à coupelle rugueuse pour les sables), une spatule, un outil à rainure, un morceau de marbre ou de verre, une balance de précision (fig.1 et fig. 1.2).

1. 4.     Essai d’équivalent de sable

v Objet

L’essai d’équivalent de sable a pour objet l’évaluation de la proportion relative d’éléments fins dans un matériau.

v Domaine d’application

Le domaine d’application de l’essai d’équipollent de sable est dans la détermination de pourcentage de sable dans un sol.

v Principe d’utilisation

Le principe de l’essai est la sédimentation d’un matériau granulaire dans une solution qui se fait par :

-         Fraction < 5mm ;

-         Lavage énergique avec solution lavante ; et

-         Repos de l’ensemble dont le résultat est le floculat gonflé par la solution (particules fines) ainsi que le dépôt solide (sable) au fond de l'éprouvette.

v Appareillage

-         Un tamis n°40 ;

-         Une boîte de solution concentrée de 5L ;

-         Une vase contenant de l’eau distillée ;

-         Un agitateur électrique ;

-         Des éprouvettes ;

-         Une mesurette de 120g ;

-         Une règle de 30cm ;

-         Un piston ;

-          Un entonnoir ;

-         Un bouchon en plastique ; et

-         Un chronomètre.

1. 5.     Essai de compactage

En parlant de l’essai de compactage, on ne cesse pas de parler de l’essai Proctor. Il existe deux types d’essai Proctor :

-         Essai Proctor normal PN : où l’on utilise soit la grande dame et le grand moule, soit la petite dame et le petit moule.

-         Essai Proctor modifié PM : où l’on utilise soit la grande dame et le petit moule, soit le grand moule et la petite dame.

Comme appareillage, on utilise la dame Proctor, le moule Proctor ou CBR, le bac à essai ainsi que la lame à araser.

                      II.            Essai mécaniques et chimiques  (Service de Chimie des Bitumes [produits noirs])

On réalise quelques essais :

-         Essai de bitumes ;

-         Essai de ramollissement bille et agneau (l’objet est la déformation des bitumes);

-         Essai de pointe d’éclair (l’objet est le point d’inflammabilité);

-         Essai de viscosité (l’objet est la détermination de la viscosité);

-         Essai d’enrobé, et

-         Essai de plaque (l’objet est l’ajout des couches de matériaux).

Mais, on parle que du premier essai.

Essai de bitumes

v Objet

Cet essai a pour objet la classification des bitumes. On donne des classes des bitumes.

v Domaine d’application

Le domaine d’application de cet essai est dans l’étude des classes des bitumes.

v Principe d’utilisation

Le principe d’utilisation de cet essai consiste à manipuler l’appareil pendant 5’’ entre 60 et 70, c’est-à-dire que les résultats seront compris entre 60 et 70 par rapport à la résistance des bitumes.

v Appareillage

On utilise le pénétromètre.

                     III.            Etudes géotechniques (Atelier des Fondations)

Tous ceux qui veulent que leurs soient érigés dans de bons sols et de bonnes conditions viennent ici. Quelques soient ponts, barrages, bâtiments, etc. Il y a des essais caractéristiques de détermination. Il s’agit de l’essai de cisaillement direct ou rectiligne et de l’essai œnométrique.

1. 1.     Essai de cisaillement direct ou rectiligne

C’est un essai le plus appliqué en mécanique des sols, il est utilisé pour la rupture des sols.

v Objet

L’essai de cisaillement direct a pour objet  la résistance d’un sol.

v Domaine d’application

Le domaine d’application de cet essai est dans l’étude de stabilité des pentes et des talus. Mais aussi pour calculer la portance des fondations.

v Principe d’utilisation

Le principe d’utilisation de cet essai consiste au cisaillement direct d’un échantillon soumis à une contrainte normale.

v Appareillage

L’essai se réalise dans l’appareil qu’on appelle la boîte de casagrande qui comporte aussi un système de mesure.

v Mode opératoire

Il consiste à placer dans la boîte de casagrande un échantillon de sol qui est soumis à une contrainte normale et cisaillé à l’ordre de 1,5mm/min.

1. 2.     Essai œnométrique

v Objet

Cet essai a pour objet la détermination des paramètres de consolidation des sols argileux et le tassement d’un sol.

v Domaine d’application

Le domaine d’application de cet essai est dans l’étude de la consolidation, de la perméabilité et du tassement d’un sol.

v Principe d’utilisation

Le principe d’utilisation de cet essai consiste à une compression uniaxiale d’un échantillon de sol maintenu latéralement par une paroi rigide.

v Appareillage

On utilise un odomètre. C’est un appareil qui permet de réaliser sur un échantillon de sol saturé un essai de consolidation unidimensionnelle.

                     IV.            Etudes des sols par sondage et forage (Service des Sols et Matériaux).

Dans ce service, on étudie la quantité des ciments, des matériaux étant à la confection des bétons. On étudie également la résistance des barres de fer.

La composition des bétons obéit à des règles collectives. Au Laboratoire de l’Office des Routes, précisément le Laboratoire National des Travaux Publics (LNTP), on se base sur la méthode de Drex Goris. A partir de cette méthode, on arrive à déterminer la composition des bétons.

On procède par fabriquer des éprouvettes. Après cette tâche, l’éprouvette est mise à l’opération qu’on appelle la mesure de résistance à l’écrasement. Celle-ci se fait à l’aide de la machine appelée la presse à bétons.

Quand on a les matériaux (ciments, sables, concassés, etc.), on doit les identifier. Ils doivent répondre aux critères d’acceptabilité. Lorsqu’on constate que ces matériaux répondent à ces critères, on peut maintenant les dispatcher en composition.  Et dans cette composition, on va déterminer les proportions en poids de chaque composant. Les éprouvettes confectionnées au Labo peuvent être de formes cubiques ou cylindriques. Un béton confectionné doit répondre à une résistance pour laquelle on l’a composé. Car, un béton est destiné à un élément d’un ouvrage.

Quand on parle de bonnes qualités de matériaux, on veut juste dire que pour chaque type de matériaux, les critères de tolérance ou d’acceptabilité doivent être remplis.

A titre illustratif, pour le sable, il doit être propre, il ne doit pas avoir la WP, IP doit être nul. Pour le ciment, il doit être bon en jouant son rôle de liant hydraulique.

CONCLUSION

 Enfin, l’Office National des Routes est une entreprise publique de la République Démocratique du Congo. Il est actif dans l’entretien et l’amélioration des routes, ponts et bacs du pays.

Le Laboratoire National des travaux Publics a œuvré essentiellement dans les domaines ci-après :

-         Contrôles géotechniques sur les chantiers routiers ;

-         Essai mécaniques et chimiques (Service de Chimie des Bitumes);

-         Etudes géotechniques (Atelier des Fondations);

-         Etudes des sols par sondage et forage (Service des Sols et Matériaux).

Dans les contrôles géotechniques sur les chantiers routiers, on procède par prélèvement, dépouillement, étuvage, détuvage, quartage ou échantillonnaire, pour enfin finir par des essais d’identification. Il s’agit de la teneur en eau in situ ou naturelle, de l’analyse granulométrique, des limites d’Atterberg ainsi que d’essai d’équivalent de sable.

Dans l’essai mécaniques et chimiques ou Service de Chimie des Bitumes, on réalise quelques essais importants. Il s’agit de :

-         L’essai de bitumes ;

-         L’essai de ramollissement bille et agneau (l’objet est la déformation des bitumes);

-         L’essai de pointe d’éclair (l’objet est le point d’inflammabilité);

-         L’essai de viscosité (l’objet est la détermination de la viscosité);

-         L’essai d’enrobé, et de

-         L’essai de plaque (l’objet est l’ajout des couches de matériaux).

Dans les études géotechniques ou Atelier des Fondations, on réalise deux essais caractéristiques dont l’essai de cisaillement direct et l’essai œnométrique.

Dans les études des sols par sondage et forage ou Service des Sols et Matériaux, on étudie la quantité des ciments, des matériaux étant à la confection des bétons. On étudie également la résistance des barres de fer.

La composition des bétons obéit à des règles collectives. Au Laboratoire de l’Office des Routes, précisément le Laboratoire National des Travaux Publics (LNTP), on se base sur la méthode de Drex Goris. A partir de cette méthode, on arrive à déterminer la composition des bétons

M’enfin, Le LNTP ne s’occupe plus des constructions des routes, mais il est considéré comme le contrôleur. Pour un grand travail, on lui doit un peu des temps, qu’est-ce il va contrôler ? Mais, il doit persister dans ces conditions jusqu’à 2017 peut-être.