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Logiciel mécaniste-empirique pour la conception des chaussées souples:
i3C-ME
Damien Grellet, Laurie-Anne Grégoire, Jean-Pascal Bilodeau, Guy Doré
Infra 2014
Décembre 2014
Introduction
o La pratique courante pour la conception des chaussées au Québec fondée sur les modèles empiriques dérivés de l’essai AASHTO
• Importantes limitations
o La tendance actuelle est d’adopter des méthodes fondées sur une approche mécaniste-empirique
• DARWIN-ME
Approche empirique de conception
Objectifs de conception
Épaisseurs des couches
Caractéristiques
des matériaux et
conditions du
site
Con
dit
ion
N
Modèle
empirique
Condition terminale
Ap
pro
che
méc
anis
te-
emp
iriq
ue
de
con
cep
tio
n
Objectifs de conception
Déformations admissibles
Épaisseurs des couches
Caractéristiques
des matériaux et
conditions du site eadm. eadm.
Modèle de calcul mécanique
e ad
m
Log N
Fonction de transfert
empirique
Objectifs du projet
o Développer un logiciel de dimensionnement mécaniste-empirique adapté aux conditions urbaines et rurales québécoises
o Aider et assister à la conception de tous types de chaussées pour un climat et une classe de trafic imposés.
o Intégrer les résultats de recherche de la Chaire de recherche i3C pour mieux répondre aux besoins des gestionnaires de réseaux routiers
Caractéristiques souhaitées
o Le logiciel vise à être convivial, intuitif et simple d’utilisation
o Le logiciel permet à l’utilisateur d’effectuer des choix lors des étapes du dimensionnement mais aussi de les personnaliser
Ecran d’accueil (tableau de bord)
Module 1: Objectif de conception
•Calcul du nombre total d’applications
de charge N (en ECAS)
•Outil de calcul du coefficient
d’agressivité moyen des véhicules
Module 2: Conditions de charge • Mise en place des caractéristiques de la charge pour déterminer les
contraintes et les déformations dans chaque couche de la structure.
• Adapter la vitesse de la charge pour tenir compte du caractère
viscoélastique des matériaux.
• Possibilité d’effectuer les calculs pour des charges spécifiques.
Module 3: Définition du climat • Division de l’année en 5 saisons avec durée et T°moyenne pour chacune
• Modélisation de l’hivers sous forme de sinus, moyenne mensuelle ou
données journalière.
• Saisie direct de la T° du revêtement
ou calcul à partir des T° de l’air
• Sauvegarde des climats
• Message d’alerte en cas d’erreur
de saisie
Module 4: Structure de chaussée Enrobé bitumineux
Module 4: Structure de chaussée Enrobé bitumineux
Module 4: Structure de chaussée Enrobé bitumineux
Module 4: Structure de chaussée • Base de donnée Microsoft Access personnalisable.
Module 4: Structure de chaussée Les matériaux granulaires
Mr=k1 pa (pa)k2 (oct/pa+1)k3
Module 4: Structure de chaussée Les matériaux granulaires
Mr=c1s c2s Mr
Module 4: Structure de chaussée Les sols
Modèle: K-
Mesure FWD
Propriété des matériaux
Module 5: Lois d’endommagement
Choix ou entrée manuelle des paramètres des lois d’endommagement
Module 6: Analyse au gel Trois niveaux de précision de calcul de la profondeur de gel et du soulèvement
Modélisation sinus
Modélisation
mensuelle
- Modélisation de Kerstern
Modélisation
Journalière
Résultats:
Saison 1:
Couche Épaisseur (mm)
Module (Mpa)
1 40 7 300
2 70 11 168
3 450 174
4 450 87
5 790 53
eFatigue = 171 me
eornière = 200 me
NFatigue = 1.17 million
Nornière = 1.52 million
Cumul des dommages pour les 5 saisons : Durée de vie:
Fatigue = 1.15 million Ornièrage = 16.2 millions
Manuel d’utilisation • Détail de l’ensemble de module du logiciel
• Explication pour les différents options et outils de calcul du programme
• Aide pour la conception comme par exemple pour le climat: Hivers Hivers
Saison Hivers Début
printemps Fin
printemps Été Automne
Durée
T° moyenne
143
-6.04
12
0.7
45
8.9
121
18.10
45
8.42
01/01/12 01/03/12 01/05/12 01/07/12 01/09/12 01/11/12 01/01/13
Jour de l'année
-30
-20
-10
0
10
20
30
Te
mp
éra
ture
de
l'a
ir (
en
°C
)
01/01/12 01/03/12 01/05/12 01/07/12 01/09/12 01/11/12 01/01/13
Jour de l'année
-30
-20
-10
0
10
20
30
Te
mp
éra
ture
de
l'a
ir (
en
°C
)
01/01/12 01/03/12 01/05/12 01/07/12 01/09/12 01/11/12 01/01/13
Jour de l'année
-30
-20
-10
0
10
20
30
Te
mp
éra
ture
de
l'a
ir (
en
°C
)
Été
Vérification du logiciel:
Réserver faunique
de la Vérendrye
Champlain Scott
Fleurimont La prairie
Vérification:
2000
1800
1600
1400
1200
1000
800
600
400
200
0
Pro
fon
de
ur
(mm
)
Fleurimont Scott La vérendrye Champlain La Prairie
E.B.
MG-20
E.B. E.B. E.B. E.B.
MG-20 MG-20 MG-20
MG-20MG-112
MG-112
MG-112MG-112
MG-112SC
SM-SC
SM
CL
SP-SC
8.95
Objectif en million d’ECAS
8.52 3.45 7.79 16.49
Résultat: Chaussée 2:
I3C:
Essais FWD pour
détermination des
modules en place
1.56
1.36
4.29
0.93
1.3
1.21
13.8
3.26
214
58
Vérification: 8.95
Objectif en million d’ECAS
8.52 3.45 7.79 16.49
Optimisation de la
structure de
chaussée en se
basant sur les
modules FWD
1600
1400
1200
1000
800
600
400
200
0
Pro
fon
de
ur
(mm
)
I3C C2 I3C C2 I3C C2 I3C C2 I3C C2
MG-20
MG-112
Infra
E.B.
Fleurimont Scott La vérendrye Champlain La prairie
Application: Analyse de la profondeur de gel et du soulèvement
0
0,5
1
1,5
2
2,5
Fleurimont Scott La Vérendrye Champlain La Prairie
Pro
fon
de
ur
de
ge
l (m
)
Simulation Sinusoidale
Logiciel i3C Logiciel Chaussee 2
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
Fleurimont Scott La Vérendrye Champlain La Prairie
Pro
fon
de
ur
de
ge
l (m
)
Simulation Journalière
Logiciel i3C Logiciel Chaussee 2
0
0,01
0,02
0,03
0,04
0,05
0,06
Fleurimont Scott La Vérendrye Champlain La Prairie
Sou
lève
me
nt
(m)
0
0,01
0,02
0,03
0,04
0,05
0,06
Fleurimont Scott La Vérendrye Champlain La Prairie
Sou
lève
me
nt
(m)
Développements à venir o Le logiciel est maintenant pleinement fonctionnel
• Transfert aux partenaires lors d’une formation en janvier 2015
• Transfert éventuel à l’ensemble de l’industrie après validation (~fin 2015)
o Améliorations à venir
• Prise en compte du soulèvement différentiel (Bilodeau et Doré)
• Prise en compte de la charge dynamique (Villeneuve/Fahimi)
• Prise en compte des changements climatiques (Perron-Drolet)
• Insertions de couches spéciales (drainage et isolation)
Conclusion
o Logiciel de conception de chaussée fonctionnel
• Intégration de nouvelle fonctionnalité de calcul
• Cohérence avec les logiciels actuels
• Choix et polyvalence des méthodes de calculs
o Distribution prochaine pour tester le logiciel
• S’adapter à la demande des futurs utilisateurs
• Manuel de fonctionnement
• Base de donnée primaire
Merci à tous les partenaires de la chaire i3C
Merci de votre attention
