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Analyse et conception des chaussées Module 2: Conception des chaussées Cours # GCI-65180 Département de génie civil Préparé par Guy Doré ing.PhD.

Analyse et conception des chaussées

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Page 1: Analyse et conception des chaussées

Analyse et conception des chaussées

Module 2: Conception des chaussées

Cours # GCI-65180

Département de génie civil

Préparé par

Guy Doré ing.PhD.

Page 2: Analyse et conception des chaussées

Génie Civil, Université Laval

Approches de conception des chaussées souples

Page 3: Analyse et conception des chaussées

Génie Civil, Université Laval

Généralités

La chaussée est un interface entre le sol et les véhicules se déplaçant à haute vitesse à la surface. Elle doit ainsi pouvoir:

» distribuer la charge et transmettre au sol support une contrainte qui n’entraînera pas de déformation excessive à ce niveau,

» atténuer les mouvements différentiels qui proviennent du sol et limiter les déformations résultantes en surface,

» maintenir ses qualités structurales (portance) et fonctionnelles (adhérence et uni) à long terme.

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Conception des chaussées:1: Les grandes approches de

conception

Quatre approches de conception:

Règles d’expérience Approches empiriques Approches analytiques-empiriques Approches analytiques

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Les règles d’expérience

Approche plus ou moins formelle de conception basée sur l’expérience acquise.

Exemples:» Règle du 3/6/9/12» Règle du 0,5X pour la protection contre le gel

Prend tout au plus la forme d’un catalogue simple de structures types.

Page 6: Analyse et conception des chaussées

Principe général des méthodes basées

sur l’expérience

Objectifs de conception (période, trafic et niveau de service)

Épaisseurs requises des couches

Caractéristiqueset conditions Spécifiques:•Sols•Matériaux•Climat

Expérience locale

?

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Approches empiriques

Méthodes basées sur l’observation systématique du comportement et/ou sur le développement de relations statistiques entre les caractéristiques structurales et le comportement de la chaussée.

Exemples:» Approche de conception de l’Ontario basée sur le site

expérimental de Brampton» Approche de conception de l’AASHTO basée sur l’essai

routier du même nom

Approches rationnelles qui ont l’avantage de bien “coller” à la réalité mais qui sont difficiles à transposer à des situations différentes de celles qui ont servi à leur développement

Page 8: Analyse et conception des chaussées

Principe général des méthodes basées

sur l’approche empirique

Objectifs de conception (période, trafic et niveau de service)

Épaisseurs requises des couches

Caractéristiqueset conditions Spécifiques:•Sols•Matériaux•ClimatC

ondi

tion

N

Modèle empirique

Condition terminale

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Approche analytique-empirique

Méthodes basées sur le calcul de la réponse théorique de la structure soumise à une sollicitation et association statistique de la réponse calculée au comportement observé de chaussées d’essai.

2 étapes:

1. Calcul des contraintes et déformations admissibles dans la chaussée en fonction du trafic attendu (modèles de fatigue et de déformation permanente)

2. Calcul des épaisseurs requises pour rencontrer les critères de contraintes et/ou déformations admissibles

Page 10: Analyse et conception des chaussées

Objectifs de conception (période, trafic et niveau de service)

Déformations admissibles

Épaisseurs requises des couches

Caractéristiqueset conditions Spécifiques:•Sols•Matériaux•Climat

Principe général des méthodes basées

sur l’approche analytique-empirique

adm.adm.

Modèle de calculmécanique

adm

Log N

Fonction de transfert empirique

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Approche analytique-empirique (suite)

Exemples de méthodes analytiques-empiriques:» Méthodes de conception françaises (Alisée et Écoroute)» Méthode Asphalt Institute (DAMA)» Méthode PCA (chaussées rigides)

Méthodes généralement supportées par outils informatiques

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Approche analytique-empirique (suite)

Pour une chaussée existante:» Observation de la réponse de la chaussée sous sollicitation» Calcul de la vie résiduelle» Détermination du renforcement requis pour ramener la

réponse à une valeur acceptable en vue d’une nouvelle période de conception

Pour une chaussée neuve» Établissement de la réponse admissible en fonction de la

période de conception choisie» Détermination des épaisseurs requises pour obtenir une

réponse acceptable

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Approche analytique

Même principe que pour les méthodes analytiques-empiriques

Modèles de performance basés sur des fonctions analytiques et non statistiques. Exemples:» Modèle d’uni MMOPP» Modèle d’orniérage “CASTOR”

Méthodes en développement.

Page 14: Analyse et conception des chaussées

Objectifs de conception (période, trafic et niveau de service)

Déformations admissibles

Épaisseurs requises des couches

Caractéristiqueset conditions Spécifiques:•Sols•Matériaux•Climat

adm.adm.

Modèle de calculmécanique

Fonction de transfert analytique

.,,,, etcENFadm

Principe général des méthodes basées

sur l’approche analytique

Page 15: Analyse et conception des chaussées

Modèle mathématique de déformationpermanente MMOPP (source: Ullidtz)

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2: Conception des chaussées souples

2.1 La méthode AASHTO

2.2 La méthode LC du MTQ

2.3 La méthode Boussinesq/Odemark

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2.1- Méthode AASHTOMéthode empirique fondée sur l’essai routier AASHO (1959-1961)Site expérimental:

» Construction 1956-1957» Circulation 1968-1960

Élaboration de la méthode: 1961 (révisions en 1972, 1981, 1986 et 1993)Coût de l ’essai: $27M (US, 1961)Essai réalisé à Ottawa, Illinois

» Infra.: silt argileux (A-6 A-7)» Précipitations annuelles: 860 mm» Pénétration moyenne du gel: 700 mm

Objectif: Établir une relation entre les caractéristiques structurales de la chaussée et l ’évolution dans le temps du niveau de qualité des chaussées (exprimé en indice de viabilité ou PSI)

Page 18: Analyse et conception des chaussées

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Chargement boucle 5

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Chargement boucle 6

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Résultats typiques de l’essai sur chaussées souples, boucle 4 avec 3”

fondation +SF

BB Essieu SF SF

8.0 po 12.0 po

4.0 18,000# S 106,000 1,110,000

32,000# T 144,000 796,000

5.0 18,000# S 589,000 592,000

32,000# T 752,000 (2.2)

Page 25: Analyse et conception des chaussées

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Résultats typiques de l’essai sur chaussées souples, boucle 6 avec 3”

fondation +SF

BB Essieu SF SF

8.0 po 12.0 po

4.0 30,000# S 72,000 373,000

48,000# T 80,000 573,000

5.0 30,000# S 78,000 101,000

48,000# T 103,000 419,000

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Méthode AASHTO…

Facteurs considérés pour la conception:1) Performance de la chaussée

2) Trafic

3) Sol d’infrastructure

4) Matériaux de construction

5) Qualité du drainage

6) Niveau de fiabilité

Page 27: Analyse et conception des chaussées

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Méthode AASHTO…1) Performance de la chaussée

» Performance structurale– Fissuration (fatigue)– Orniérage

» Performance fonctionnelle– Uni

Concept du niveau de viabilité (serviceability)» Indice de viabilité (PSI)» Déterminé à partir du niveau de détérioration (Fissuration et

rapiéçage) et du niveau d’uni (variance de pente)» Évaluation par experts sur une échelle subjective allant de 0 à 5» Indice de viabilité initiale (4,2 à 4,5)» Indice de viabilité terminale (entre 2,0 et 3,0)

Page 28: Analyse et conception des chaussées

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Méthode AASHTO…

Indice de viabilité (Pavement Serviceability Index)

Équation de corrélation:

PSI = 5.03 -1.91*log(1+SV) – 1.38 RD2 – .01(C+P)1/2

où:

SV = Uni (Slope Variance)

RD = Orniérage (Rut Depth)

C + P = Fissuration (Cracking and Patching)

Page 29: Analyse et conception des chaussées

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Méthode AASHTO…

2) Trafic» Utilisation des ÉCAS

3) Sol d’infrastructure» Module réversible (de résilience) utilisé pour caractériser les

propriétés mécaniques du sol» Mesuré en laboratoire ou estimé:

Mr = 10,3 * CBR

Mr en MPa (valable pour CBR saturé =< 10 sols fins)

Page 30: Analyse et conception des chaussées

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Méthode AASHTO…

4) Matériaux de construction

Les propriétés mécaniques des matériaux de chaussée sont représentées par le coefficient structural « a » spécifique au matériau considéré.

Le coefficient « a » peut être déterminé à partir des propriétés mécaniques du matériau.

Sous fondation» a3 varie typiquement entre 0,06 et 0,14

Fondation

» a2 varie typiquement entre 0,06 et 0,14

Revêtement» a1 varie typiquement entre 0,2 et 0,45

Page 31: Analyse et conception des chaussées

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Méthode AASHTO…

5) Qualité du drainage

Effet considérable sur la performance de la chaussée

Pris en compte par l’introduction d’un coefficient de drainage “m” qui reflète le temps requis pour évacuer l’eau de la chaussée

Le coefficient “m” est utilisé pour corriger le coefficient structural dans le calcul du nombre structural

Page 32: Analyse et conception des chaussées

Drainage inefficaceTrès pauvre

2 semainesPauvre

1 semaineMoyenne

1 jourBonne

2 heuresExcellente

Eau évacuée enQualité du drainage

Temps d’exposition à des conditions proches de la saturation

Drainage

0,40,75-0,401,05-0,75Très pauvre

0,60,80-0,601,15-0,80Pauvre

0,801,00-0,801,25-1,05Moyen

1,001,15-1,001,35-1,15Bon

1,201,30-1,201,40-1,30Excellent

> 25%5-25%0-5%

Valeurs recommandées du coefficientde drainage pour diverses conditions

Page 33: Analyse et conception des chaussées

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Méthode AASHTO…

6) Niveau de fiabilité

Introduit dans le guide 93 pour tenir compte de l’incertitude associée à la prédiction du trafic et de la performance ainsi que de l’imprécision associée à la caractérisation des matériaux et de la structure.

Niveau de fiabilité “R%”

Représente la probabilité que la conception permette d’atteindre les objectifs: R = 67 implique qu’il y a deux chances sur 3 que les objectifs de conception (durée de vie) soient atteints.

Page 34: Analyse et conception des chaussées

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Méthode AASHTO…

La fiabilité de la conception est prise en compte par l’introduction de deux paramètres statistiques:

S0 qui représente l’écart type global des paramètres de conception et de la prédiction de la performance. Il varie entre 0,4 et 0,5 pour les chaussées flexibles et entre 0,3 et 0,4 pour les chaussées rigides

ZR est le facteur de distribution normale qui est fonction du niveau de fiabilité désiré

Page 35: Analyse et conception des chaussées

PSIi

PSIt

NDESNP

NDESNP

S0

zR

R

Page 36: Analyse et conception des chaussées

90

95

1.8

1.8

2.5

2.5

4.3

4.3

20

20

<20000

>20000

Autoroute

80

85

90

2.0

2.0

1.8

2.3

2.3

2.5

4.3

4.3

4.3

15

15

20

<5000

5000-20000

>20000

Nationale

66

75

80

2.0

2.0

2.0

2.0

2.0

2.0

4.0

4.0

4.0

15

15

15

<2000

2000-3000

>3000

Collectrice et régionale

50

66

2.0

2.0

1.8

1.8

3.8

3.8

15

15

<1000

>1000

Locale

R%PSIPSItPSIiPériodeDJMA Projeté

Classe de route

Critères et objectifs de dimensionnement structural du MTQ

Page 37: Analyse et conception des chaussées

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Méthode AASHTO…

Conception par méthode AASHTO

1) Calcul du nombre structural

SN = a1D1 + a2D2m2 + a3D3m3

où:

a1, a2, a3 sont les coefficients structuraux pour le revêtement, la fondation et la sous-fondation respectivement

Di est l’épaisseur de la couche

mi est le coefficient de drainage de la couche

Page 38: Analyse et conception des chaussées

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Méthode AASHTO…2) Résolution de l’équation AASHTO

Équation de base:

où: W18: nombre total d’ECAS

ZR: est le facteur de distribution normale

S0: Ecart type global

SN: Nombre structural

PSI: pi - pt

Mr: Module réversible (lb/po2)

07,8log32,2

1109440,0

5,12,4log20,01log36,9log

19,5

01810

rR M

SN

PSI

SNSZW

Page 39: Analyse et conception des chaussées

So

lutio

n p

ar

aba

que

de

l’é

qua

tion

AA

SH

TO

Page 40: Analyse et conception des chaussées

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Méthode AASHTO…

4) Répartition des épaisseurs

SNT

SN2

SN1

1

1*1 aSND 1**1 11

SNDaSN

22

*12*2 ma

SNSND

2*2*1 SNSNSN

33

*2*13*3 ma

SNSNSND

Page 41: Analyse et conception des chaussées

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Méthode AASHTO…

5) Considérations pratiques:

Épaisseurs minimales des couches

(selon l’AASHTO)

6 (150)4.0 (100)>7000

6 (150)3.5 (87)2000-7000

6 (150)3.0 (75)500-2000

4 (100)2.5 (62)150-500

4 (100)2.0 (50)50-150

4 (100)1.0 (25) ou TS>50

Fondation granulaire

po(mm)

Revêtement

po(mm)

Trafic (ECAS)

X1000

Page 42: Analyse et conception des chaussées

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2.2 Méthode LCMTQ

Approche fondée sur la méthode AASHTO Adaptée pour des conditions typiques d’exploitation au Québec Utilisation d’un critère empirique de protection contre le gel Méthode normalisés pour:

»DJMA < 5000»N/jour/voie < 250

»Ntot <2 250 000 ÉCAS

Calcul spécifique avec abaques de conception pour cas hors norme

Page 43: Analyse et conception des chaussées

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Méthode LC…

UTILISATION DE LA NORME

Étape 1: Épaisseur de la sous-fondation

a) Établir le type de sol d ’infrastructure (sectionner s ’il y a lieu)b) Déterminer l ’indice de gel pour la région du projet. Qualifier

l ’indice de gel. (figure 6.7)

Normal: < 1200°C*JÉlevé: 1200 °C*J<IG<1700 °C*JTrès élevé: > 1700 °C*J

c) Déterminer les épaisseurs à partir du tableau 6.14. (Utiliser la valeur maximale de la fourchette si cas sensible au gel et la valeur minimale si non-sensible au gel)

Page 44: Analyse et conception des chaussées

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Méthode LC…

d) Vérifier que l ’indice de liquidité n ’excède pas 0,9. Une étude spéciale est requise le cas échéant.

Étape 2: Fondation et revêtement

a) Calculer le DJMA corrigé en fonction du facteur d ’accroissement (tableau 6.15)

b) Corriger en fonction du % de véhicules lourds

c) Vérifier si les valeurs n ’excèdent pas la portée de la norme

d) Déterminer la zone d ’application

e) Déterminer les épaisseurs à partir du tableau 6.16

f) pour les cas de transport très lourd (exploitation forestière, minière ou de carrière), utiliser l ’intervalle supérieur de DJMA corrigé

P

pL II

Page 45: Analyse et conception des chaussées

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Méthode LC …

CAS NON TRAITÉS PAR LA NORME

Données de base requises

» Classification de la route» DJMA corrigé pour accroissement

» Ntot

» Zone (nord ou sud)» Type de sous-fondation» Classification du sol support» Indice de gel» Profondeur de la nappe phréatique

Page 46: Analyse et conception des chaussées

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Méthode LC…

Étape 1: Dimensionnement structural

Déterminer les épaisseurs des couches de revêtement, de fondation et de sous fondation à partir des abaques (figures 6.8 à 6.18)

Étape 2: Protection contre le gel

Vérifier que l ’épaisseur totale de la chaussée corresponde à l ’épaisseur calculée à l ’aide de la figure 6.19. Si la chaussée est trop mince, elle doit être ajustée par augmentation de l ’épaisseur de sous-fondation

Page 47: Analyse et conception des chaussées

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2.3: Méthode Boussinesq-Odemarq

Objectifs de conception (période, trafic et niveau de service)

Déformations admissibles

Épaisseurs requises des couches

Caractéristiqueset conditions Spécifiques:•Sols•Matériaux•Climat

adm.adm.

Modèles de calculMécanique:1-Épaisseur équivalente requise (Boussinesq)2-Transformation (Odemarq)

adm

Log N

Fonction de transfert empirique

Page 48: Analyse et conception des chaussées

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3: Conception des chaussées rigides

Généralités Facteurs de conception Méthodes de conception Méthode PCA

Page 49: Analyse et conception des chaussées

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Généralités

Champ d’application Routes à fort volume: Dans la politique du MTQ, DJMA de 40,000 est

considéré comme un seuil Sol sans problème de comportement particulier À privilégier sur les axes routiers ou on cherche à minimiser le nombre

d’interventions (?)

Au Québec Concentrées sur les autoroutes aux environs de Montréal Environ 1200 km pondérés (4% du réseau MTQ) Pratique: Dalles courtes avec goujons et tirants

Page 50: Analyse et conception des chaussées

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Facteurs de conception

Paramètres importants Le sol support: caractéristiques mécaniques et gélivité Nombre d’applications de charges (N) Les propriétés mécanique du béton (module en flexion) Rôle et dimensions des éléments de transfert de charge Le facteur de sécurité (augmente avec l’importance de la route) Mesures pour minimiser les effets de bordure Tolérances de construction (épaisseurs, profil de la surface et

construction des joints)

Page 51: Analyse et conception des chaussées

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Méthodes de conception

2 méthodes principales en Amérique du Nord» Méthode PCA: fondée sur une approche mécaniste-empirique» Méthode AASHTO: méthode empirique utilisant les mêmes principes que

la méthode pour les chaussées souples Méthodes validées, éprouvées et reconnues Solution par abaques ou par logiciels de conception

Page 52: Analyse et conception des chaussées

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Méthode PCA

Critères de conception2 critères utilisés dans la méthode PCA Critère de fatigue

» Pour maintenir les contraintes à l’intérieur de limites acceptables considérant le nombre d’applications de charges prévu

» Position de l’essieu et effets de bordure critiques pour l’analyse Critère d’érosion

» Le contrôle de la déflexion au joint (et surtout ou coin) permet de contrôler

– Le pompage– la détérioration des joints– la détérioration des accotements

Page 53: Analyse et conception des chaussées

Position de l’essieu pour les contraintes critiques en flexion (fatigue)

Page 54: Analyse et conception des chaussées

Position de l’essieu pour les déflexions critiques (érosion)

Page 55: Analyse et conception des chaussées

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Méthode PCA…Paramètres de la méthode

Résistance en flexion du béton (Norme ACNOR CAN 3-A23.2-8C)» Accroissement de la résistance avec l’âge (pris en compte dans la

méthode)» Valeur à 28 jours utilisée

Portance de la fondation et de l’infrastructure» Module de réaction k utilisé. Peut être mesuré par essai de plaque ou

estimé » Valeurs typiques d’été ou d’automne utilisées (même en conditions de

gel)» Correction pour tenir compte de l’apport de la fondation granulaire,

traitée ou non

Page 56: Analyse et conception des chaussées

Résistance en flexion du béton en fonction de l’âge

Page 57: Analyse et conception des chaussées
Page 58: Analyse et conception des chaussées

Effet des fondations sur le module de réaction

K (infra)

MPa/m

K (MPa/m) avec fondation non traitée

Épaisseur:

100mm 150mm 225mm 300mm

20 23 26 32 38

40 45 49 57 66

60 64 66 76 90

80 87 90 100 117

K (infra)

MPa/m

K (MPa/m) avec fondation traitée au ciment

Épaisseur:

100mm 150mm 200mm 250mm

20 60 80 105 135

40 100 130 185 230

60 140 190 245 --

Page 59: Analyse et conception des chaussées

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Méthode PCA…

Période de conception

» Entre 20 et 40 ans

» Cas normaux: 20 à 25 ans

» Cas de routes pour lesquelles on veut minimiser les interventions: 30 ans et +

Charge induite par le trafic

» Méthode PCA basée sur un DJMA corrigé (débit journalier moyen de camions JMA-C)

» Nombre de camions de 6 roues et plus

» Si requis, on applique un facteur d’accroissement

» Répartition des camions par direction et par voie

» On tient compte d’une répartition des charges axiales

Page 60: Analyse et conception des chaussées

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Méthode PCA…

Charge induite par le trafic (suite)» On applique un facteur de sécurité

– 1.0 pour les routes secondaires et rues

– 1.1 pour les rues et routes à volume de camions modéré

– 1.2 pour les routes nationales et autoroutes

Caractéristiques de la dalle» Types de joints (goujonnés ou non)» Sur-largeur ou accotement lié

Page 61: Analyse et conception des chaussées

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Méthode PCA…1. Choix d’une épaisseur de dalle

2. Analyse à la fatigue

On calcule, pour chaque classe de charge axiale, le dommage par fatigue

3. Analyse à l’érosion

On calcule, pour chaque classe de charge axiale, le dommage causé par l’érosion

4. Si le dommage par fatigue ou par érosion excède 100%, on reprend l’analyse avec une dalle plus épaisse

5. Si le dommage par fatigue et par érosion sont nettement inférieures à 100%, on reprend l’analyse avec une dalle plus mince

Page 62: Analyse et conception des chaussées

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4: Prise en compte du gel

Page 63: Analyse et conception des chaussées

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Méthode AASHTOFacteurs pris en compte: Température

Précipitations

Gel Température

Prise implicitement en compte pour déterminer le coefficient structural de l’enrobé bitumineux

Précipitations et dégel

Pris implicitement en compte pour la détermination du coefficient de drainage (point 6) et pour l’établissement du module effectif du sol support

Le gel

Pris en compte par le calcul d ’une perte de viabilité due au gel

Page 64: Analyse et conception des chaussées

AutomneÉtéPrintempsHiver

Module réversible

Dommage

Page 65: Analyse et conception des chaussées

31,01272,3

nu

uf

f 32.281018,1 Rf Mu

Page 66: Analyse et conception des chaussées

Pe

rte

de

niv

eau

de

se

rvic

e (P

SI)

Âge de la chaussée (années)

PSIgel

PSItotal

Illustration conceptuelle du PSIgel

Page 67: Analyse et conception des chaussées

Gélivité des sols pour le calcul de PSIgel

Page 68: Analyse et conception des chaussées

tf ePSIPPSIgel 02,0(max101,0

Calcul de PSIgel

Pf: Probabilité que la section soit affectée par le gel

: Taux de soulèvementt: Période de conception

Page 69: Analyse et conception des chaussées

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Méthode LC

Utilise le module réversible effectif Protection contre le gel assurée par un critère

empirique: courbe de Transport Canada modifiée» Assure une protection partielle de la chaussée contre le gel» Critère d ’épaisseur totale de la chaussée» Comporte des facteurs de correction pour le type de sol et

pour la classe de route

Page 70: Analyse et conception des chaussées

Protection contre le gel (MTQ)

600

700

800

900

1000

1100

500 700 900 1100 1300 1500 1700 1900 2100 2300 2500

Indice de gel normal (deg. C*jours)

Ép

aiss

eur

tota

le d

e la

ch

auss

ée

Facteur de correctionType de sol FS Type de route FR

GM, GC 0,85 Autoroute 1,10SM, SC 1,00 Nationale 1,00ML, CL, MH 1,15 Reg. Et Coll. 0,90CH, SM (fin) Locale 0,80

Protection requise = P X FS X FR

Page 71: Analyse et conception des chaussées

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Autres méthodes

Méthode LC en développement (voir article) Utilisation d ’un indice de gel de retour (approche

probabiliste) Protection totale pour cas sévères

» Excavation» Isolation

Drainage

Page 72: Analyse et conception des chaussées

Génie Civil, Université Laval

Approches actuelles

Épaisseurs totales en fonction de critères empiriques Portance au dégel Perte de viabilité associée à l'action du gel Indicateur de l'action du gel comparé à une valeur

admissible

Page 73: Analyse et conception des chaussées

Génie Civil, Université Laval

Méthodes actuelles: limitations

Approches essentiellement empirique Approches incomplètes Difficile de quantifier le bénéfice associé à une

stratégie de conception et d'optimiser la conception structurale

Page 74: Analyse et conception des chaussées

Génie Civil, Université Laval

Méthodes actuelles: tendances

Développements en cours en Finlande, aux États-Unis et au Canada» Utilisation des réponses mécanique et thermodynamique de

la chaussée» Utilisation de critères associés à la performance

Page 75: Analyse et conception des chaussées

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Concept de l'approche ADAAGE

Objectifs etcontraintes

Conception préliminaire

Paramètresspécifiques

Calcul de laréponse

Prédiction de la performance

Objectifs?

Bonification

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Étape 1: réponses mécaniques et thermodynamiques

Gel

Dégel

Pénétrationdu gel et

soulèvement

SP

Soulèvement différentiellongitudinal

Soulèvement différentieltransversal

Calcul des déformations par saison

R

h4

VH

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Étape 2: prédiction de la performance

h4Uni saisonnierUni à long terme

R Fissurationlongitudinale

CarrelageOrnières str.

VH

Âge de la chaussée

Con

diti

on d

e la

ch a

u ssé

e

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Étape 3: vérification de l ’atteinte des objectifs

Durée de vieNiveau de qualité

UniFissuration Fatigue

Oui

Conception finale

NonBonification

Page 79: Analyse et conception des chaussées

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Étape 4: Bonification de la structure de chaussée

Déficience

Uni

Fissuration

Fatigue

Améliorations proposées

Renforcer le revêtementÉpaissir le revêtementÉpaissir la fondation Traiter la fondationÉpaissir la structure

Améliorer le drainageTraiter le sol

Uniformiser le solIsoler

Élargir la voie dégagée

Chaussée

Neuve

Existante

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Isolation thermique de la chaussée

Principes généraux

Utilisé dans les cas de soulèvements différentiels importants

L’isolant a pour effet d’empêcher la chaleur du sol de s’échapper

=> empêche ou diminue la pénétration du gel dans le sol

=> réduit les soulèvements, donc atténue les soulèvements différentiels

L’isolant a généralement pour effet d’affaiblir la chaussée

Page 81: Analyse et conception des chaussées

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Isolation thermique (suite)

Types d’isolants

Les isolants secs

Ce type d’isolant emprisonne l’air ce qui lui confère une faible conductivité thermique

– Polystyrènes

– Uréthanes

Les isolants humides

Ce type d’isolant retient l’eau et tient son efficacité de la chaleur latente accumulée

– Tourbe

– Résidus de bois

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Isolation thermique (suite)Dimensionnement structural

Calcul de l’épaisseur équivalente de matériaux granulaires qui doit recouvrir l’isolant pour limiter la contrainte sur l’isolant à une valeur admissible

Z: épaisseur du recouvrement granulaire (m)

: Charge appliquée (kN) (valeur typique: 40kN)

p: pression es pneus (kPa) (valeur typique: 700kPa)

a: Contrainte admissible de l’isolant:

= 0,50 Rc si N=103

= 0,12 Rc si N=106

= 0,10 Rc si N=108

Rc est la résistance en compression de l’isolant

21

32

11

p

pZa

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Isolation thermique (suite)Dimensionnement thermique

L’épaisseur est calculée en fonction de l’indice de gel Méthode norvégienne: basée sur une période de retour (probabilité

d’avoir un hiver rigoureux) (tableau 9.1) Au Québec, on utilise l’indice de gel rigoureux qui correspond à une

période de retour de 10 ans (moyenne des trois hivers les plus froids en 30 ans)

IGr = 1,143 IGn + 220 (deg.C*jours)

IGr et IGn sont les indices de gel rigoureux et normal

Page 84: Analyse et conception des chaussées

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Isolation thermique (suite) L’épaisseur est généralement calculée pour offrir une protection totale Méthodes de calcul

» Abaques (figure 9.1)

» Modèles de calcul: les méthodes basées sur des modèles de calcul requièrent une bonne connaissance des lois de transfert de chaleur et des caractéristiques des matériaux:

- Capacité calorifique

- Conductivité thermique

- Chaleur latente de fusion

Modèles: Stefan

Berggren

Aldrich et Painter

Page 85: Analyse et conception des chaussées

Tg: Température moyenne annuelle en surface du remblai

A0: Amplitude de la sinusoide en ºC. Égal approximativement à:

dégelgel IIp

A 2

0

Où: p=365 joursIgel est l’indice de gel et Idégel est l’indice de dégel en ºC

Épaisseur du polystyrène (cm)

Épaisseur du gravier (m)

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Isolation thermique (suite)

Givrage différentiel

Puisque l’isolant fait obstacle à l’écoulement de la chaleur géothermique, il permet un refroidissement plus rapide de la surface en automne

Il y a donc risque de formation de givre en surface sur les sections isolées alors que les sections adjacentes non-isolées ont des surfaces humides

=> risque important de perte de contrôle

Précautions requises:

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Isolation thermique (suite)

Précautions requises:

» Éviter d’utiliser l’isolation thermique dans les situations suivantes:

– Dans les zones de freinage: ex: à moins de 100m d’une intersection ou d’un passage à niveau

– Au sommet d’une côte– Dans les courbes– Dans les pentes abruptes

» Lorsque l’on utilise un isolant, il est recommandé de placer une épaisseur minimale de 450 mm de gravier au dessus de l’isolant

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Isolation thermique (suite)

Transitions

Les transitions sont requises pour minimiser les comportements différentiels aux extrémités de la zone isolée

Les transitions sont réalisées en diminuant progressivement l’épaisseur de l’isolation et/ou en augmentant progressivement l’espace entre les panneaux

Les transitions doivent êtres prévues transversalement et longitudinalement

Page 89: Analyse et conception des chaussées

Transition transversale

Transition longitudinale