Qu'est-ce qu'une couche de base dans les structures de chaussée ?

Définition

Une couche de base est la couche de chaussée située sous la couche de roulement qui répartit les charges de roues sur la couche de fondation ou le sol support. L’AC 150/5320-6G distingue quatre parties d’une structure de chaussée : la couche de roulement, la couche de base, la couche de fondation et le sol support (1.6).

Sa fonction dépend du type de chaussée :

• Chaussée souple. La base est la couche structurelle principale. Elle répartit la charge de roue vers la couche de fondation ou le sol support (AC 150/5380-6C, 2.2.1).
• Chaussée rigide. La base assure un appui uniforme et stable aux dalles de béton (AC 150/5320-6G, 3.16.3.1). Elle contrôle aussi le gel, facilite le drainage, limite le gonflement du sol support et empêche le pompage des sols fins (AC 150/5380-6C, 2.2.2).

Pavement Interactive décrit la même couche pour les routes. Il indique que la couche de base se trouve immédiatement sous la couche de roulement. Il ajoute la répartition des charges, le drainage et la résistance au gel.

La base n’est pas la couche de fondation. La couche de fondation se trouve entre la base et le sol support. L’AC 150/5380-6C indique qu’elle fonctionne comme la base, mais que ses exigences sur les matériaux sont moins strictes, car elle reprend des contraintes plus faibles. Elle sert là où le gel est sévère ou le sol support est faible. Dans une chaussée souple, l’AC 150/5320-6G exige une couche de fondation sur un sol support dont l’indice CBR est inférieur à 20 (3.15.5.1). L’entrée du glossaire sur la couche de fondation donne les détails.

Types de base

La FAA répartit les couches de base en deux classes (AC 150/5320-6G, 1.6 et tableau 1-1).

• Base non stabilisée. Granulats concassés et non concassés, par exemple les spécifications P-208 et P-209.
• Base stabilisée. Granulats stabilisés au ciment ou à l’asphalte. Il s’agit des spécifications P-401 et P-403 (asphalte), P-304 (granulats traités au ciment), P-306 (béton maigre), P-307 (base perméable traitée au ciment) et P-407 (base perméable traitée à l’asphalte).

L’AC recommande d’utiliser les spécifications P-304, P-306 et P-307 avec prudence, car ces trois matériaux sont sensibles à la fissuration par réflexion. Elle exige une base stabilisée lorsque le trafic de dimensionnement comprend des aéronefs de 100 000 lb (45 360 kg) ou plus (3.5).

Pour une chaussée souple, la P-209 est la base granulaire standard. En tant que base, la P-208 ne sert qu’aux chaussées conçues pour 60 000 lb (27 200 kg) ou moins (tableau 1-1, note 5). Les spécifications P-210, P-212 et P-213 ont la même limite (3.15.4.4). Les spécifications P-207 et P-219 nécessitent des essais en laboratoire. Si le CBR est supérieur à 80, la P-207 ou la P-219 peut remplacer la P-209. S’il est supérieur à 60, l’une ou l’autre peut remplacer la P-208 (tableau 3-3, note 6, et 3.15.4.6).

Matériaux des bases granulaires

Une base en granulats est constituée de particules propres, saines et durables de pierre concassée ou de gravier concassé, avec des fines. La P-208 peut aussi comporter d’autres matériaux mélangés, comme du sable et des criblures. Ils doivent être exempts de mottes d’argile, de matières organiques et d’autres enrobages nocifs (AC 150/5370-10H, 208-2.1 et 209-2.1).

La granulométrie de la P-209 respecte ces limites. 100 % passe au tamis de 2 in (50 mm). 55 à 85 % passe au tamis de 3/4 in (19 mm). 30 à 60 % passe au tamis n° 4 (4,75 mm). Les deux spécifications limitent les fines. La fraction n° 200 (75 µm) ne doit pas dépasser les deux tiers de la fraction n° 40 (425 µm). Pour un matériau non sensible au gel, le maximum passant au tamis n° 200 descend à 0 à 5 %. Lorsque le gel pénètre profondément, la spécification recommande une couche filtrante de séparation ou une couche de séparation géosynthétique.

Le même mot ne désigne pas le même matériau sur une route en gravier. Le Gravel Roads Maintenance and Design Manual indique que la grave de base a des pierres plus grosses au sommet et très peu de fines plastiques. Cela assure la résistance et le drainage. La grave de surface a besoin de plus de fines pour lier la surface. Dans la spécification d’État type du manuel, la grave de base contient de 3 à 12 % de fines et un indice de plasticité de 0 à 6. Le manuel indique qu’un même gravier convient en général à un usage ou à l’autre, mais pas aux deux.

Bases stabilisées et bases asphaltées

Une base traitée au ciment (spécification P-304) est un granulat mélangé à du ciment et de l’eau. La formulation utilise une teneur en ciment qui donne une résistance en compression à 7 jours de 300 à 600 psi (2 068 à 3 447 kPa) selon l’ASTM D1633. La FAA recommande d’éviter les résistances plus élevées, car elles provoquent du retrait et des fissures de réflexion (304-3.2). Les gros granulats ont une perte à l’abrasion Los Angeles maximale de 40 %. La fraction fine a une limite de liquidité de 25 au plus et un indice de plasticité d’au plus 6 (304-2.1). La spécification P-306, le béton maigre, a une résistance en compression à 7 jours de 500 à 800 psi (3 445 à 5 516 kPa). La FAA ne recommande pas la P-306 dans les structures de chaussée souple.

Une couche de base en asphalte utilise un enrobé à chaud P-401 ou P-403. Le tableau 3-3 de la FAA fixe une épaisseur minimale de 5 in (125 mm) pour une base stabilisée sous des chaussées desservant des aéronefs de 100 000 lb ou plus. La base stabilisée FAA standard est la P-401 ou la P-403, et FAARFIELD lui attribue un module fixe de 400 000 psi (2 760 MPa) (3.15.4.7). Le tableau 5 de la P-401 fixe une limite de compacité plus basse pour une couche de base que pour une couche de surface. Elle est de 92,0 % contre 92,8 %. Lorsque la P-403 sert de base stabilisée sous une chaussée en béton (P-501), la spécification demande une couche de désolidarisation. Pavement Interactive indique qu’un mélange de base HMA a en général une dimension maximale de granulats plus grande qu’un mélange de surface. Il est à granulométrie plus ouverte et ses spécifications sont moins strictes.

La FAA autorise dans certains cas le remplacement d’une base stabilisée par un matériau supérieur. Le matériau doit présenter un CBR remoulé imbibé d’au moins 100 et un historique éprouvé sous des charges et un climat similaires. L’épaisseur minimale du matériau de remplacement est de 6 in (150 mm). Une base située sous une base stabilisée devrait avoir un CBR remoulé imbibé d’au moins 35 (3.5).

Épaisseur, compactage et résistance

L’AC 150/5320-6G fixe les épaisseurs minimales des couches selon l’aéronef le plus lourd (tableaux 3-3 et 3-4). Pour des aéronefs de 60 000 lb ou plus, une chaussée souple a besoin d’une base en granulats concassés d’au moins 6 in (150 mm). Une base stabilisée fait au moins 5 in (125 mm) pour des aéronefs de 100 000 lb ou plus. FAARFIELD calcule aussi l’épaisseur de base qui protège une couche d’indice portant californien (CBR) de 20. La valeur de calcul est la plus grande des deux (3.15.4.9). La base peut être construite jusqu’à 12 in (300 mm) plus large que la couche de roulement en asphalte (3.15.4.10).

La spécification P-208 met la base en place par couches de 4 à 12 in (100 à 300 mm) d’épaisseur compactée. Une planche d’essai fixe l’épaisseur des couches (208-3.1, 208-3.4). Le texte type de la spécification donne une densité sur le terrain d’au moins 100 % de la densité maximale. La teneur en eau reste à 2 points de pourcentage près de l’optimum (208-3.5).

L’AC indique de suivre l’ASTM D698 pour les zones désignées pour des aéronefs de 60 000 lb ou moins. Pour les aéronefs plus lourds, il faut suivre l’ASTM D1557 (3.15.4.8.5). La spécification P-304 prévoit une densité d’au moins 98 % dans le texte type. Les équipes achèvent tout le compactage dans les 2 heures suivant le début du malaxage (304-5.7).

La surface de la base P-209 finie ne doit pas varier de plus de 3/8 in (9 mm) sous une règle de 12 ft (3,7 m) (209-3.8). L’équipe ne met en place le matériau que lorsque la température de l’air est d’au moins 40 °F (4 °C) et en hausse. Le sol support ou la fondation ne doit pas être mouillé ou gelé (209-3.6).

Eau et contamination

Les fines du sol support peuvent contaminer une base ou une fondation et réduire sa capacité structurelle. Une couche géosynthétique de séparation limite ce phénomène (AC 150/5320-6G, 3.6).

L’AC recommande des couches drainantes pour les chaussées qui desservent des aéronefs de plus de 60 000 lb. Elles conviennent aux zones où l’humidité souterraine est excessive et où la perméabilité du sol est inférieure à 20 ft/jour (6 m/jour). Une couche efficace évacue 85 % de l’eau en 24 heures pour les pistes et les voies de circulation, et en 10 jours pour les aires de trafic. Une perméabilité de 500 à 1 500 ft/jour peut être utilisée sans calcul (3.7).

Base et inspection

La base se trouve sous la surface, de sorte qu’un inspecteur en voit les effets. Pour les chaussées souples, l’affaiblissement de la base, de la fondation ou du sol support par l’eau est l’une des causes principales de défaillance (AC 150/5380-6C, 2.3). Sur béton, le pompage éjecte l’eau et les matériaux sous-jacents par les joints et les fissures. Il entraîne une perte progressive de l’appui de la chaussée (AC 150/5380-6C, 3.2.2 et manuel PAVER, pompage 69). L’AC 150/5380-6C relie les fissures d’angle à la perte d’appui, que le pompage peut provoquer (3.2.2).

Pour évaluer une base, les ingénieurs utilisent ces essais :

• FWD ou HWD. Les données de déflexion donnent la rigidité de chaque couche par rétro-calcul (AC 150/5320-6G, C.5.3).
• Carottes ou GPR. Elles donnent l’épaisseur des couches. Le GPR détecte aussi l’excès d’eau et peut localiser des vides (C.4.1, E.1).
• DCP. Il estime la rigidité de la base, de la fondation et du sol support (D.1).

L’état visuel est généralement évalué selon l’ASTM D5340, l’enquête PCI aéroportuaire (C.4.1). L’AC 150/5320-6G indique que les essais de déflexion évaluent l’état structurel, et que d’autres méthodes sont nécessaires pour l’état visuel. Un relevé par drone peut consigner les symptômes de surface d’une base faible, mais il ne mesure pas la base elle-même.

Remplacement de la base

L’AC 150/5320-6G appelle reconstruction le retrait et le remplacement de toute couche structurelle située sous la couche de surface. Dans une chaussée souple, cela comprend la couche de fondation, la base et une base stabilisée (4.4). Un fraisage suivi d’une recharge de la couche de surface constitue en revanche une réhabilitation.