Conception et analyse des chaussesModule 3: Matriaux de chaussesCours # GCI-65180Dpartement de gnie civilPrpar parGuy Dor ing.PhD.Gnie Civil, Universit LavalModule 3: Matriaux de chausses 3.1 Notions de base3.2 Module rversible des sols et granulats3.3 Module dynamique des enrobs bitumineuxGnie Civil, Universit Laval3.1 Notions de basePour le dimensionnement structural dune chausse, la seule proprit considre est la rigidit du matriau (relation contrainte-dformation)La rsistance du matriau la dformation permanente et la fissuration ne sont gnralement considrs quau niveau de la formulation et au niveau de la performance de la chausseOn doit galement sassurer que les proprits mcaniques du matriau sont stables et durablesProprits recherches Caractristiques favorisant une proprit adquateEssais permettant de quantifier la caractristiqueRIGIDIT Granularit TamisageDensit Essai proctor, mesure de densit en placeCaractristiques de fabrication Particules plates et allongesNiveau de fracturationtat naturel (sol) Teneur en eau et limites de consistanceStabilit des proprits mcaniquesPermabilit Essai de permabilit (granularit)Sensibilit leau (potentiel de succion)Essai de succion (granularit) Sensibilit au gel et au dgel (potentiel de sgrgation)Essai de gel (granularit)Durabilit des proprits mcaniquesRsistance lattrition Los AngelesRsistance labrasion Micro-DevalRsistance aux cycles gel-dgel et mouillage-schageEssai MgSO4 ou Los AngelesRsistance larrachement (enrobs bitumineux)Essai de vieillissement acclr, essai de tenue leauRsistance la fissuration (enrobs bitumineux)Retrait thermique empch et essai en flexion de poutreCaractristiques et essais pour les sols et les matriaux de chausse13L- LL2r2r+ rDformation:Module de Young:Coefficient de Poisson:LLL LELr1E1E21E1Comportement linaire lastiqueComportement non-linaire lastiqueGnie Civil, Universit Laval3.2 Le module rversible des sols et granulatsLe module rversible est largement accept comme tant la meilleure mesure des proprits mcaniques des sols et matriaux routiers.La mthode permet de reprsenter trs fidlement l tat de contrainte et les conditions de sollicitation des matriaux routiers.L essai est ralis dans une cellule triaxiale chargement cyclique Essai triaxial cyclique31Chargement et dformation lors de lessai triaxial cycliqueImpulsion: 0,1 secRepos: 0,9 secrPGnie Civil, Universit LavalDfinition du module rversibleprdMrImpulsion quivalente de type havresinusImpulsion quivalente triangulaireProcdure de l essai de module de rsilience:L chantillon est plac dans une membrane l intrieur d un moule de faon obtenir la densit voulue Le chargement consiste en une impulsion de charge de 0,1 sec et une priode de repos de 0,9 sec. Des squences de 200 chargements sont appliques trois niveaux de contrainte pour conditionner l chantillon Une squence de 200 chargements est ensuite applique l chantillon pour chacune des conditions suivantes:Confinement (kPa) Dviateur (kPa)138 7,14,35,69,104 et138104 7,14,35,69,104 et13869 7,14,35,69,104 et13835 7,14,35,69,104 et1387 7,14,35,69,104 et138Le module de rsilience est calcul sur le 200e cycle de chargement de chaque palierLe module de rsilience est mis en relation avec la contrainterdRM3 3 13 2 + + d21KRK M 3 21kadkaa Rp pp K M]]]

]]]

Modle K-thta(granulaires)Modle UniverselModle bi-linaire(sols fins)Gnie Civil, Universit LavalRelation module rversible-contrainte totale (modle k-thta)Module rversibleContrainte totale1010010 100 1000K1K2Gnie Civil, Universit LavalRelation module rversible-contrainte totale (modle bi-linaire)Module rversible (MPa)Contrainte dviatorique (kPa)204010 100 1000K1K26080K3K4Gnie Civil, Universit LavalAutres facteurs affectant le module rversible des sols et granulatsEn plus de ltat de contrainte, le module rversible des sols et granulats est principalement affect par leur densit et leur teneur en eauModle universel propos pour AASHTO 2002Effet du degr de saturationEffet de ladensitEffet de ltat de contrainte( ) ( )3 21 ) ( 1koctkkoptdopt s r k S S k M +

,`

.| Gnie Civil, Universit LavalEffet du degr de saturationGnie Civil, Universit Laval3.3 Module dynamique des enrobs bitumineuxLe comportement mcanique des enrobs bitumineux est fortement influenc par le comportement visqueux du liant bitumineux.Les proprits des matriaux visqueux sont fortement influences par: La temprature Le temps dapplication de la chargeLe module complexe constitue la meilleure reprsentation du comportement mcanique des enrobsEssai en tensionindirecte (SHRP)Essai en flexionde poutre (MTQ)31Essai triaxial (AASHTO 2002)TempsTempst t2 1 * iE E E + 2221* E E E + 12tanEE * E( )tt 360 nergie retournenergie dissipeModule complexeModule dynamiqueE1E2Gnie Civil, Universit LavalNon-linaritLe comportement lastique et linaire est une hypothse de base des quations de mcanique de chaussesDans les sols, la constante lastique (module de dformation) est en fait une fonction de la pression de confinementModule du sol est fonction de la contrainte gostatique laquelle on ajoute la charge des vhicules:E = E0(1+ ) z+r+t+z h(1 + 2K0)Gnie Civil, Universit LavalViscosit et plasticitLa presque totalit de la dformation cause par une application de charge est rversibleLes modles lastiques (charges statiques) sont donc adquats pour l'analyse mcanique de la chaussePour l'analyse d'un chargement de longue dure ou pour l'analyse de la dformation permanente cause par plusieurs rptitions de charge, on peut avoir recours aux modles visco-lastiques ou lasto-plastiquesLe plus souvent, on utilisera des fonctions empiriques pour prendre en considration la viscosit et la plasticitVisco-lastiqueVisqueuxlastiquePlastiqueChargeDformationModles de comportement de matriaux sous chargeComportement non-linaireVisco-lasto-plastique1 2npnrpEnrobs bitumineuxSols et granulatsGnie Civil, Universit LavalModles de dformation permanente) log( 02755 . 2 ) log( 4262 . 0 74938 . 3 log T Nrp+ +

,`

.|R2 = 0.73Se= 0.309Se/Sy = 0.522Ntests= 3476O: p = dformation plastique totale r = dformation rversible T = temprature N = nombre total dapplications de chargeGnie Civil, Universit LavalAnisotropieMatriaux granulaire ont un comportement essentiellement anisotropique:Modules en compression et en flexion ne sont pas gauxnEEhv 12