Stage d’Ouvrier - Projet d’Exécution d’Ouvrage d’art Oued Ouja

Ce document porte sur un projet d’exécution d’un ouvrage d’art routier, plus précisément un franchissement de l’Oued Ouja sur la route nationale RN5 en Tunisie. Il s’adresse principalement aux étudiants et professionnels du génie civil, notamment ceux intéressés par la conception, le dimensionnement et la réalisation d’infrastructures routières et hydrauliques. L’étude présente une approche complète intégrant des analyses géotechniques, hydrologiques, hydrauliques et géométriques pour assurer la sécurité, la durabilité et la fonctionnalité de l’ouvrage.

La question

Le projet traite du dimensionnement et de l’aménagement d’un ouvrage de franchissement au niveau de l’Oued Ouja, situé au PK 27+800 de la route nationale RN5 dans le gouvernorat de Manouba. Ce franchissement est un point stratégique pour le trafic entre le Grand Tunis et les gouvernorats du nord-ouest de la Tunisie. Le problème principal est de concevoir un ouvrage capable de supporter les contraintes mécaniques dues au trafic routier tout en résistant aux phénomènes hydrauliques liés au bassin versant de l’oued. L’objectif est de garantir la sécurité, la pérennité et le confort de la route dans un contexte d’augmentation continue du trafic et de conditions climatiques spécifiques.

Concepts de base

Pour comprendre ce projet, plusieurs notions fondamentales doivent être maîtrisées :

• Ouvrage d’art routier : structure destinée à permettre le franchissement d’obstacles naturels (cours d’eau, vallées) par une route. Ici, il s’agit d’un dalot en béton armé.
• Dalot : ouvrage de franchissement placé sous la chaussée, généralement en béton armé, comportant un radier (dalle inférieure), des piédroits (murs verticaux) et un tablier (dalle supérieure).
• Étude géotechnique : analyse des sols pour déterminer leur portance, leur composition et leur comportement mécanique, essentielle pour dimensionner la chaussée et les fondations de l’ouvrage.
• Classe de sol support : classification basée sur l’indice CBR (California Bearing Ratio), qui mesure la résistance mécanique du sol. Ici, la classe retenue est S3, correspondant à un sol de portance moyenne.
• Dimensionnement de chaussée : calcul des épaisseurs et des matériaux des différentes couches de la route pour supporter le trafic prévu, en tenant compte du sol support et des classes de trafic.
• Étude hydrologique : délimitation et caractérisation du bassin versant pour estimer les débits de crue, le temps de concentration, la pluviométrie, et ainsi dimensionner l’ouvrage hydraulique.
• Coefficient de compacité : paramètre caractérisant la forme du bassin versant, influençant le comportement hydrologique.
• Temps de concentration : durée nécessaire pour que l’eau de pluie atteigne l’exutoire du bassin versant, utilisée pour calculer l’intensité des pluies maximales.
• Profil en plan, en long et en travers : représentations géométriques de la route permettant d’assurer confort, sécurité et respect des normes techniques.
• Carrefour giratoire : aménagement routier pour fluidifier la circulation, avec des dimensions précises pour les îlots centraux, les voies d’entrée et de sortie.
• Calcul des charges : prise en compte des charges permanentes (poids propre, remblai) et des surcharges d’exploitation (trafic, véhicules lourds) pour dimensionner la structure du dalot.
• Ferraillage : disposition des armatures en acier dans le béton pour résister aux moments fléchissants et assurer la stabilité de l’ouvrage.

Approche

Le travail s’est appuyé sur une démarche méthodique combinant plusieurs études complémentaires :

• Étude géotechnique : réalisation de sondages carottés et essais en laboratoire (granulométrie, limites d’Atterberg, Proctor-CBR) pour déterminer la nature du sol et sa portance. La classe de sol support a été définie selon les catalogues tunisiens et la méthode LCPC.
• Dimensionnement de la chaussée : basé sur le catalogue tunisien, en tenant compte de la classe de trafic (T1), de la classe de sol (S3) et de la classe de chaussée existante (C5). Les matériaux et épaisseurs des couches ont été choisis selon des fiches standardisées.
• Étude hydrologique : délimitation du bassin versant de l’Oued Ouja, calcul de ses caractéristiques (surface, périmètre, pente moyenne, coefficient de compacité), estimation du temps de concentration avec la formule de Ventura, et détermination de l’intensité maximale des pluies via la courbe IDF régionale.
• Calcul des débits de crue : application de plusieurs méthodes régionales (Kallel, Ghorbel) pour estimer les débits de crue associés à différentes périodes de retour, afin de dimensionner l’ouvrage hydraulique.
• Étude hydraulique : choix de la forme et des dimensions du dalot en fonction des débits calculés, de la morphologie du site et du profil en long de la route.
• Conception géométrique : réalisation du tracé en plan, en long et en travers avec le logiciel AutoCAD et le logiciel Piste, respectant les normes en matière de rayons de courbure, pentes, devers, et aménagements spécifiques comme le carrefour giratoire.
• Calcul des charges et ferraillage : modélisation de la structure du dalot avec le logiciel ROBOT ANALYSIS STRUCTURAL, prise en compte des charges permanentes et des surcharges d’exploitation, calcul des moments fléchissants, et dimensionnement des armatures en acier selon les contraintes.

Résultats

Les principales conclusions de l’étude sont :

• Le sol support est classé en catégorie S3, correspondant à un limon peu plastique, avec un CBR pondéré de 17,17, ce qui indique une portance moyenne adaptée au dimensionnement proposé.
• La chaussée existante est de classe C5, avec des couches en béton bitumineux, grave bitume et grave concassé, dont les épaisseurs et coefficients ont été déterminés pour assurer la stabilité et la durabilité.
• Le dimensionnement de la chaussée neuve (élargissement) suit la fiche N°6 du catalogue tunisien, tandis que la réhabilitation utilise une autre fiche adaptée, garantissant la résistance aux sollicitations du trafic T1.
• Le bassin versant de l’Oued Ouja a une superficie de 18 km², une pente moyenne de 0,012 m/m, un coefficient de compacité de 1,226, et un temps de concentration de 4,9 heures.
• Les débits de crue pour une période de retour de 20 ans sont estimés à environ 179 m³/s selon la méthode de Kallel, confirmés par la méthode de Ghorbel, ce qui sert à dimensionner le dalot.
• Le dalot est conçu en béton armé de qualité QF350, avec une épaisseur de 0,45 m, une largeur de calcul de 5,08 m et une hauteur de calcul de 3,45 m. Les protections contre l’érosion sont assurées par des gabions en amont et en aval.
• Les charges permanentes et surcharges d’exploitation ont été calculées précisément, incluant les poids des piédroits, du remblai, et les effets des véhicules lourds selon les normes.
• Le ferraillage du dalot a été dimensionné en fonction des moments fléchissants maximaux calculés, avec des armatures en acier HA20, HA25, HA32 selon les sections, assurant la résistance et la durabilité de la structure.
• La conception géométrique respecte les normes en matière de tracé en plan, profil en long et en travers, avec un devers de 2,5 % adapté au revêtement en béton bitumineux, et un carrefour giratoire dimensionné pour fluidifier la circulation en toute sécurité.

Limitations et questions ouvertes

Le travail présente une étude complète mais certaines limites peuvent être soulignées :

• Les résultats hydrologiques reposent sur des formules empiriques et des coefficients régionaux qui peuvent évoluer avec le temps ou selon des événements climatiques extrêmes non pris en compte.
• La classification du sol et le dimensionnement de la chaussée dépendent des essais réalisés sur un nombre limité de sondages, ce qui peut ne pas refléter parfaitement l’hétérogénéité du terrain.
• Le calcul des charges et le ferraillage sont basés sur des modélisations informatiques qui supposent des conditions idéales ; des vérifications sur site et un suivi pendant la construction sont nécessaires pour valider ces hypothèses.
• Les aspects liés à l’entretien futur de l’ouvrage et à son comportement à long terme sous trafic croissant ne sont pas abordés.

Glossaire

• Oued : cours d’eau temporaire ou permanent, souvent en zone aride ou semi-aride.
• Dalot : ouvrage de franchissement sous une chaussée, permettant le passage des eaux.
• CBR (California Bearing Ratio) : indice mesurant la résistance mécanique d’un sol.
• Classe de sol support : catégorie définissant la portance du sol pour le dimensionnement des chaussées.
• Profil en plan : vue horizontale du tracé d’une route.
• Profil en long : coupe longitudinale suivant l’axe de la route, montrant les pentes et dénivelés.
• Profil en travers : coupe perpendiculaire à l’axe de la route, illustrant la structure de la chaussée et les accotements.
• Temps de concentration : durée nécessaire à l’eau de pluie pour atteindre l’exutoire d’un bassin versant.
• Coefficient de compacité : paramètre caractérisant la forme d’un bassin versant.
• Ferraillage : armatures en acier insérées dans le béton pour renforcer la structure.
• Charge permanente : poids propre des matériaux et éléments fixes de la structure.
• Surcharge d’exploitation : charges temporaires dues au trafic et à l’utilisation de la route.
• Carrefour giratoire : aménagement routier circulaire permettant la gestion du trafic aux intersections.