Notes Cours Chaussee

7/25/2019 Notes Cours Chaussee

1/196


2/196


3/196


4/196


5/196

Dimensionnementstructura

l

desChaussessouples

RETRAIT

THERMIQUE

STRUCTURAL

GEL

RETRAIT

THERMIQUE

STRUCTURAL

GEL


6/196

IRI

T

(

)

MoyenneIRI


7/196

10:00

10:15

Pausecaf

12:00

13:00Dner

15:00

15:15Pausecaf

16:30

Finducours


8/196


9/196

Sur

vol

Chauss

e2:Domainesdapplication

Conceptiondesstructuresdech

ausses

revteme

ntenenrob

Complm

entTOMEII

Contexte

Qubcois

Charge

mentlgal

Climat

Solset

matriaux

constru

ction&rfection

Milieurural&urbain


10/196

Chang

ementsdanslaversion2

Sauvegard

esenfichiersdistincts

Matriaux

Coupestypesparintervention

Noticesd

information

Accsdirectauxparamtresavancs(doubleclic)

Ajoutslabibliothquedematriau

x(BAF,

ERF,

rubblizing,

isolants,

infra-amliore,

solsavecIL>0,9,etc.)

Structural

Facteurd

ecapacitportantevariablepourchaquecouche

Priseenc

omptedespavagesenparachvement


11/196

Chang

ementsversio

n2(suite)

Climat

Cartego

graphiquepourlesstationsmtorologiques

Traitementstatistiquedesvariations

dintensitdes

hivers

Gel1994:ProfondeurPpourtran

sitions

Enparallleaveclacourbedeprotectionpartielle

contrelegel

Gel:pntrationetsoulvements

Uneappr

ocheanalytique

Indicateursdeperformancevrifiables

Contrle

accrupourlesdimensionnementscontrele

gel(solsa

vecIL>0,9,

isolants,

infra-amliore,etc.)


12/196

MenuOu

tilsOptions

Nomdelutilisateur(pour

rapportdimpression)

Rpertoiredetravail

(facultatif)

Modedutilisation

Simple

Accslimitauxparamtresles

plusimportants

Approfondi

Dblocagedesparamtressec

ondairesdisponiblesenarrireplan

Permetdlargirlesplagesaut

orises(minimum,maximum),etc.

Librerlesaccsauxmatriaux


13/196


14/196


15/196

O

ttawa,Illinois


16/196

SNrequisft(.

ECAS

R

S0

MR

PSI

suffisant

assemb

lage

%dech

ances

Marge

derreur

Courbede

dimensionnement

NiveaudeservicePSIi

PSIf

ge(logECAS)

Fia

bilit

5

0%

W18moyen

et

carttypeSo

ZRSo

Fia

bilit

R

(%)

Objectifsd

edesign


17/196

Objectifsd

edesign

g e d e l a c

h a u s s e ( a n n e )

IRI

NiveaudeService(IRIvs

PSI)

IRI(m/km)

Seuilsdedficience


18/196

Objectifsdedesign

PSI=

2,0


19/196

log10W18=Zr*

So+

9,36*log10(SN+1)-0,20+

+2,32*log10Mr-8,07

PSI

log10

1094

0,40+(SN-1)5,19

4.2-1.5

Enrobbitumineux

log10W18=Zr*

So+

9,36*log10(SN+1)-0,20+

+2,32*log10Mr-8,07

PSI

log10

1094

0,40+(SN-1)5,19

4.2-1.5

Enrobbitumineux


20/196

En

robbitumineux

STRUCTUREDECHAUSSEFINALE

Charge

Matriau

Structure

tat(cumulatif)

Rponse

Dommages

Climat(volutif)

A

sphaltInstitute(effetduvolumedebitume,

5%d'air)

EpaisseurEB(mm)

A

C

B


21/196

Orniragedelafondationsuprieure

ECAS(enmillions)

paisseurEB(mm)

A

C

B

Chanage(km)

OVL(mmdeBB)

Lesrsultatsdoivent

tresimilaires:


22/196


23/196

M

atriaux

d

echauss

es

Q

ubec

57

Plan

Typesd

ematriaux

Propritsdesmatriaux(rappel)

Dfor

mationsetloisdecomportement

Mtho

desdemesure

Variat

ionssaisonnires

Pointsimportants

Dmonstrationlaidedulogic

iel

58

Dformation

desmatriaux

l

l

l=

Dformation

l

=

Module

deYoun

g

l

r

=

Coefficie

nt

dePoisson

1- l

2r

l

Casuniaxial

Loisd

ecomportemen

t(Module)

Thermo-lastique(b.bitumineux):

Mr=

10(K1K2TK3)+K4

K-the

ta(granulaire):

Mr=

K1

K2

lastique(sols):

Mr=

K1

LecoefficientstructuralestfonctionduMr: K

M

K


24/196

Stabilits

Marshall(annes90)

Enrobbitumineuxco

nventionnel

Ancienneexigence=6,7kN

Valeursusuelles=9-1

1kN

Exigencenorme4201

=9kN

MPa

Mr

S

C

(MB-20,MB-16,MB-12.5,MB-10)

(EB-20,EB-14,EB-10,E

B-5)

Modulepourstabilit

de9kN

MPa

3000

0,43

9kN

61

T

EE C

z

z

T

T

air

pav

Tempra

turelaprofondeurz(tiersdelacouche)

Formule

deWitczak(1972):

(enpoetF)

62

Variationssaisonnires(BB)

ExempleMontra

l-Dorval

Mr

FF

z=100mm/3

Mr=3000MPa20

C

Mois

Tair

Tpav

Janvier

-10.2

-9.0

Fvrier

-9

-7.6

Mars

-2.5

0.2

Avril

5.7

9.9

Mai

13

18.6

Juin

18.3

24.9

Juillet

20.9

28.0

Aot

19.6

26.4

Septembre

14.8

20.7

Octobre

8.7

13.5

Novembre

2

5.5

Dcembre

-6.9

-5.1

Mr

FF

FFMr

13352

0.0

7

965

13352

0.0

7

965

13352

0.0

7

965

5291

0.4

4

2304

3241

1.1

3

3653

2290

2.2

1

5063

1909

3.1

5

6009

2094

2.6

3

5508

2886

1.4

1

4074

4289

0.6

5

2807

7205

0.2

4

1724

13352

0.0

7

965

Somme

12.1

5

35005

Mr_eq

2882Mpa

a1

0.4

3

Compilationsurplusieurssites

M

oyennezonesud:

Mr1=29003100MPa

a1=0,430,44

M

oyennezonenord:

Mr1=35503750MPa

a1=0,470,48

Bitumespolymres,Enrobs

HRO

Stabilitsenv.30%plusleves

Appliquuniquementsurlacouchedesurface

Mr1=3600et4100MPa(zone

ssudetnord)

TBB

20,5C

TBB

17,5

C

Valeursprochedesnouveaux

rsultatslabo(LC26-700)pourun

ESG-14avecPG58-34


25/196

Tension-compressioncyclique

Courbesdemoduleetde

fatiguedesenrobs

L

C26-700

Depuis2007 6

5

66

Modulecomplexedunenrob

Enfonctiondelatempratureetfrquence

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

0.1

1

10

100

Frquence(Hz)

Module(MPa)

5C

10C

15C

20C

30C

ESG-14(PG58-34)(4.8%bit.,3.9%vides)

D'aprsDoucetetAug

er(2010)

3000MPa(20,5C10Hz)

3920MPa(17

,5C10Hz)

BBHRO

ComparaisonChausse2vsLC26-700

hh

E

h

E

h

Ecombin

Formule

deThenndeBarros

(mthodedeshauteursquivalentes)

ZoneNord(17.5C,1

0Hz)

Couche

Enrob

Bitume

EssaiLC26-700(MP

a)

Combin

Chausse2

cart

50mm

ESG-10

PG

64-34

4400

150mm

ESG-14o

uGB-20

PG

58-34

4080

(39224

241)

ZoneSud(20.5C,10

Hz)

Couche

Enrob

Bitume

EssaiLC26-700(MP

a)

Combin

Chausse2

cart

50mm

ESG-10

PG

70-28

5162

150mm

ESG-14o

uGB-20

PG

58-34

3120

(29983

243)

4158

4107

1%

3567

3592

-1%


26/196

Recommandationpourenrobsactuels

FormulationPCG

,mthodeLC

(norme

4202)

BitumesPG

PG52-40,58-28,58-34

BBconventionnel

PG70-28,64-28,64-34

BBHROacceptable

69

70


27/196

Baseantifatigu

eESG5

Bitume

Module

Rsistanceenfatigue

Uncalculmcanisto-empirique

permetderduire

lerevtement

denv.10-15mm

pourunemme

esprancedevie

Lecoefficientstru

ctural(fonctiondumodule)

est

leseulparamtre

disponibledanslamthod

e

AASHTO1993.

0,49et0,52onttintroduitsdefaonreproduire

leffetducalculm

canisto-empirique

Tension

ESG5

GB20

Viselesrevtementsdeplusde200mm.

ESG5sur30-35%

delpaisseur(25%

min.)

73

Prise

encomptedelafrquence(vit

esse)desollicitationsurle

moduledesen

robs

0.1-0.5

0.5-1.0

0.1-0.25

1

Intersect.

5-10

10-25

5-10

25

Ruersid.

10-30

35-70

15-20

70

Nationale

15-40

45-95

10-25

100

Autoroute

Combin

(100-300mm)

Surface

(2

5-75mm)

Base

(75-300mm)

Frquenceestimemi-couche(Hz)

Vitesse

(km/h)

Typede

route

Ref.:

Guideformechanistic-empiricaldesignofnewandrehabilitated

pavementstructuresfinalreport,part3,ch

apter3(table3.3.1),project

NCHR

P1-37A,march2004.

Leff

Vitesse

L

dure

eff

dure

frquence

74

Facteu

rdajustement

dumodule


28/196

Matgranulaires:triaxialcyclique

0100

200

300

400

500

0

500

1000

1500

2000

2500

Dformation

(m/m)

Contrainted(kPa)

Confinement

3=100kPa

CyclesN=

80000

20000

1000

100

13

d

3

3

P

r

rd

R

M

P

r

LC22-400

77

MatriaugranitiquedeValcartier

78

Modules

rversibles

talonnspourlam

thodeAASHTO1993

0

200

400

600

800

1000

1200

0

50

100

150

200

250

Modulerversible(MPa)

MG112

MR3,4et5

MG20

MR5mulsion

MR5mul+0,8%ciment

MR5mul+1,5%ciment

MR5(50%BB)

MR=K1

K2

So

lsdesupport

Mreffectif

Mthodedudommage

quivalent(AASHTO1993)

Uf=1,18108(145,05Mr)-2,32

Exemplepour:

ML,ML-CLouCL(IP12)

Facteurdajustementsaisonnier:

FAS=3

6,1/51,7=0,70

Mois

Mr,MPa

uf

Janvier

140

0,01

140

0,01

Fvrier

140

0,01

140

0,01

Mars

140

0,01

20,7

1,01

Avril

20,7

1,01

21,7

0,90

Mai

23,3

0,77

25,9

0,60

Juin

31,0

0,39

38,8

0,24

Juillet

46,5

0,15

49,6

0,13

Aot

51,7

0,12

51,7

0,12

Septembre

51,7

0,12

51,7

0,12

Octobre

49,1

0,14

45,5

0,16

Novembre

42,9

0,19

41,4

0,20

Dcembre

41,4

0,20

140

0,01


29/196

Exploiterlesm

esuresdisponibles

CBR

Mr

Attentionauxeffetssaiso

nniers!

81

EssaisFWD

EssaisFWD

SCI

D0

D9

ASTMD

4694

82

Enrobsrecyclsfroid(ERF

)

Rubblizing

Polystyrne

Gosynthtiques

C

onclusionmatriaux

Modlesavecvaleurspardfau

ttablispourla

plupartdesusagescourants

Vaste

gammedematriauxneufsetusagers

Possibilitdutiliserdautresvaleursvolont

=>attentiondebienmatriserladmarche

Conditionsdopration(C,Hz,

tatdecontraintes,

humid

it,variationssaisonnires,etc.)

Lanotio

ndeglivitseratraitesparment


30/196


31/196

CRITRESETPARA

MTRES

TYP

EDENROB

GB-20

ESG-14

ESG-10

EG-10

SMA-10

EGM-10

EC-10

EC-5

ESG-5

USAGES

(1:viter2:Ad

apt

3:Recommand)

Couchedebase

3

2

3(C)

Coucheunique

1

3

Couchedesurface

1

2

3

3

3

3

1

Couchedecorrection

2

3

3

Rapiagemcanis

3

2

Rapiagemanuel

3

3

Correctiondouvragedart

2

3(B)

3(B)

Surfacedouvragedart

3

2

3(A)

1

PERFORMANCES*(1:Mdi

ocre

2:Passable

3:Bonne4

:Trsbonne

5:Excellente)

Rsistancelornirage

5

4

4

4

5

4

2

1

1

Rsistancelarrachement

2

3

4

4

4

2

3

4

N/A

Rsistancelafatigue

2

2

3

3

4

2

3

3

5

Rsistanceladgradation

dessures

1

2

3

3

4

2

3

3

4

Texturedesurface(macrote

xture)

3

3

4

5

5

5

2

1

1

Bruit(contactpneu-chausse)

2

2

3

4

4

4

2

2

N/A

Capacitdesupport(selon

lpaisseur)

5

4

3

3

4

3

2

1

1

MISEENUVRE

(1:Peum

aniable

2:Maniable

3:Trsm

aniable)

Maniabilit

1

2

3

3

2

2

3

3

3

PAISSEURDEPOSE

Minimale

80

60

40

40

30(D)

35(D)

20

10

25

Optimale

100

70

60

50

40

40

30

20

45

Maximale

120

80

70

60

50

50

40

30

60

CRITRES

DE

SLECTIOND

ES

ENROBS

Enrobsformulsselonla

mthodeduLaboratoiredeschausses(MTQ4202)

*Laclassedebitumepeutinuencerlaperforman

cedunenrob.

(A)unmmecontratSMA-1

0,

selonlecas.

(B)utiliseravantlaposedelamembrane.

(C)Couchedebaseantissurepourleschausses

duredevieprolonge.

(D)Siformulavecdesclassesgranulaires0-2,5

mme

t5-1

0mm,

lespaisseursminimalespeuventtre

diminuesde5mm.


32/196

POIDS

RELATIFD

ES

FACTEURS

DINFLUENCE

DE

LA

PERFORMANCE

DES

ENROBS

VARIATION

DESFACTEURS

DINFLUENCE

ENFONCTION

DESEXIGENCES

QUALITDELAMISEENUVRE

PG

H-LH>

requis

-2

0

-3

+2

0

+1

?

?

-1

?

0

0

Hrequis

0

0

0

0

0

0

?

-1

-1

?

0

0

L90

0

0

0

+2

0

+3

+3

+2

+3

+2

0

0

Grosgranulats

Caractristiques

intrinsques

0,8

Rf.:KonradJ.-

M.

(2005)"Estimationofthesegregationpotentialoffine-grainedsoils

usingthefrostheaveresponseoftworeferenc

esoils"Can.

Geotech.

J.

42:38-50.h

rs

C

mm

d

SP

FF

ref

Minralo

gie(prdominance)

EstimationindirecteduS

P0desfines

175

MthodedeRieke

0510

15

20

25

0

1 0

2 0

3 0

4 0

5 0

6 0

7 0

8 0

9 0

1 0 0

1

1 0

1 2 0

SP0

(mm/HC)

Knutssonetal.(1985)(Essaisin-situ)

Siltd'Ojeby(Labo)(Knutssonetal.,1985)

Siltd'Agassiz(labograndechelle)(Knutsson

etal.,1985)

Riekeetal.(1983)(Laboratoire)

ValleMackenzie(PenneretUeda1978)

TilldeLaGrande(Paretal.,1978)

SiltdeDevon(KonradetMorgenstern,1982)

SiltdeCalgary(KonradetMorgenstern,1983

)

ArgiledeSaint-Alban(Bergeron,1991)

JessbergeretJagow(1989)

IL0,9

Coefficientdesurcharge(a)

0246810

12

14

16

18

20

a(MPa-1

)

Essaislabo.(Jessbergeretal.,1989)

Essaisin-sit

u(Knutssonetal.,1985)

Essaislabo.(Knutssonetal.,1985)

Mackenziev

alleysoils(PenneretUeda,1978)

SiltdeCalgary(KonradetMorgenstern,1983)

TilldeLaGrande(Paretal.,1978)

Konrad

d

a

FF

a

15.8


80/196

Question?

Solsupport

178

179


81/196

Calculre

bourspartir

dobserva

tionsinsitu

Donnesrequise

Chausse,ousol,existant

Suividugeldurantaum

oinsunhiver

Mesuresdelaprofondeu

rdegel(Z):GELMTRE

Mesuredessoulvements(h):NIVELLEMENT

Tempraturesatmosphriques(sitewebenv.Canada)

LogicielCHAUSSE2

Mthodologie

Entrerlesdonnes(stra

tigraphie,temprature,Igel)

Ajusterlesparamtresmanquants(SP,w)defaonfaire

conciderlesmesures(soulvementsetgel)avecles

rsultatsdelasimulation(Zeth)

Lemodletalonnper

metdvaluerlecomportem

entau

geldelachaussesuite

diverstypesdetravaux

(rehaussement,isolation,hiversplusrigoureuxetc

)

182

Calculrebours

183

chellede

glivit(SP)

Glivit

SP

mm/Cheure

Ngligeable

8

MLetML-OL

CH

GM,

GP-GMetGW-GM

GW

SP

SM,

SP-SMetSW-SM S

CetSM-SC

GC

CL-OL

CL(IP12)

0246810

12

14

16

18

SPo,mm/HC

Adaptpartirde

lacharteduCRREL

Charte

CRRELconvertiepourSP0


82/196

SolsavecIL>0,9

Solscohrentsgorgs

deauquinont

jamaissubitdegeldep

uisleurdposition

initiale.

FrquentauQubecdanslesdblais

argileux,souslacrote

desurface.

Premiergel=himport

ant(SPo16-20)

PremierDgel=tassem

entimportant

30%sous25kPa

ILdiminue

devientIL0,73(ILinitial-0,5)

SPdiminuelorsdescyclessuivants

186

SP:Pointsimpo

rtants

Pourle

ssolsglifs

valu

erlespropritsin-situ

Sass

urerdelareprsentativ

itdelchantillon

Horizonsusceptibledegeler

Ten

eureneau

valu

erleseffetssurledime

nsionnementen

comp

arantaveclesvaleurspardfaut.

187


83/196

PROBLMATIQUE

La formation de lentilles de glace dans les sols dinfrastructurepeut entraner un soulvement de la surface dune chausse. Enpriode de dgel, la fonte de ces lentilles peut entraner une pertede la capacit portante et un tassement du sol. La glivit dunsol, ou sa susceptibilit au gel, est apprcie par le potentiel desgrgation SP, qui peut tre dtermin selon trois mthodesdiffrentes.

PROCDURE DESSAI SP

LUniversit Laval (1) a mis au point un essai permettant demesurer la susceptibilit au gel des sols dinfrastructure et, ainsi,de prvoir les soulvements. Le ministre des Transports duQubec (MTQ) a acquis une cellule de gel et labor une proc-dure dessai semblables simulant le gel dans un sol. Le paramtremesur, le potentiel de sgrgation SP (mm2/oC.h), traduit laraction du sol une sollicitation thermique. Il sagit du rapportentre le taux de soulvement du sol et le gradient thermique dansle sol gel prs de lisotherme 0 C lorsque le front de gel devientquasistationnaire. Le soulvement est d, dune part, lapportdeau interstitielle qui migre vers un front de sgrgation (quelques diximes de degr sous 0 C) pour former une lentille

de glace et, dautre part, la variation de volume de 9 % locca-sion de la transformation de leau en glace. Le taux de soulve-ment du sol est alors gal 1,09v, ovreprsente la vitesse delcoulement de leau de migration.

Une prouvette de sol satur de 10 cm de diamtre sur 12 cm dehauteur est place dans une enceinte 2 oC. Elle est soumise une temprature de 4 oC son sommet et + 1 oC sa base.Lvolution de la temprature est mesure diffrentes lvationsau moyen de thermistances, et le soulvement est mesur ausommet de lprouvette au moyen dun capteur de dplacement.Ces donnes permettent de dterminer en tout temps la profondeurdu front de gel. Les rsultats prsents dans les figures ci-jointes

proviennent dun chantillon du site exprimental de Saint-

Clestin (2). Le SP est calcul au point A (figure 1) au momento le front de gel est quasistationnaire ( 20 heures dans le casprsent). ce point, la tangente la courbe de soulvement enfonction du temps (figure 2) donne la valeur du taux desoulvement (82,5 x 10-3mm/h). Le profil de temprature mesurdans lchantillon 20 heures permet quant lui de calculer legradient de temprature (32,5 x 103C/mm) en dterminant la pente

Vol. 7, no2, fvrier 200

Le potentiel de sgrgation S

et la glivit des so

de la temprature en fonction de la profondeur dans la partgele de lchantillon (figure 3). Le potentiel de sgrgation obtnu en appliquant le rapport indiqu plus haut est de 2,5 mm2/C

Les valeurs du SP dtermines au moyen de lessai de laboratoi(1remthode) sont gnralement plus leves que celles dtemines directement en chantier (2emthode) partir des soulvments in situ(3). En effet, lessai favorise la formation de lentillde glace, ce qui cre un soulvement plus important que sur terrain.

Lessai SP peut durer une semaine; on peut toutefois larrtdans la journe qui suit le dbut de lessai, aprs que le front gel soit devenu stationnaire.

ESTIMATION EMPIRIQUE DU SP

Le SP peut aussi tre estim au moyen dune corrlation empiriq(3emthode) partir de la dimension des particules fines, de teneur en eau, de la limite de liquidit et, depuis plus rcemme(4), de la valeur au bleu de mthylne. La fiabilit de lestimatiosamliore au fur et mesure que la banque de donnes senrichde nouveaux rsultats dessais. Cette estimation est utilise podes tudes courantes pour lesquelles on ne dispose pas de rsultde laboratoire ou de mesure de soulvementin situ.

UTILISATION DU SP POUR LE DIMENSIONNEMENDE CHAUSSES

Le soulvement au gel dune chausse construite sur un sdinfrastructure caractris par une valeur de SP peut tre pris ecompte dans le dimensionnement dune chausse neuve orhabilite. Le calcul consiste simuler le soulvement efonction du SP, de lindice de gel caractristique et de la rsistanthermique des couches composant la structure de la chaussLa structure retenue doit satisfaire les exigences structurale thermique. Lexigence thermique peut, entre autres choses, texprime en fonction du soulvement maximal admissiblLexprience actuelle indique que le comportement dune chau

se est jug acceptable lorsque le soulvement nexcde pas 5ou 60 mm. Le calcul peut se faire suivant diverses approchempiriques, analytiques ou numriques, incluant la mthode dlments finis. Ces simulations peuvent tre faites rebours podterminer in situla valeur SP de linfrastructure dune chaussexistante (2e mthode) lorsque celle-ci est instrumente au moyde tubes de gel et de repres de soulvement.


84/196

DIRECTEUR :Michel Labrie.ing.

CRITRE DE GLIVIT

Le phnomne du gel dans les sols est complexe dcrire. Il afait lobjet de nombreuses publications. La migration de leauinterstitielle vers le front de gel et la formation de lentilles deglace qui sensuit sont les causes physiques les plus videntes dusoulvement de la surface. Les effets du gel et la susceptibilitdes sols au gel sont pris en compte diffremment selon lesorganisations. Le MTQ calcule une paisseur minimale de struc-ture de chausse en fonction de lindice de gel, du type de route

et du type de sol afin dassurer une protection partielle (solhomogne) ou totale (sol htrogne ou glif). Les critres deglivit les plus utiliss sont fonds sur la granulomtrie ou leslimites dAtterberg. Une nouvelle chelle ou un nouveau critrede glivit dun sol associ au comportement de la chaussequbcoise est propos dans le tableau suivant. Lindice de soul-vement est le rapport entre le soulvement mesur in situ etlpaisseur de sol gel en place.

dtermination en laboratoire permet maintenant de trouver unevaleur plus reprsentative du soulvement de la surface de la chaus-

se et de mieux apprcier la glivit dun sol dinfrastructure.

Note : Le prsent bulletin et les travaux de laboratoire ont traliss en partenariat avec Jean-Marie Konrad, professeur lUniversit Laval, Qubec.

RFRENCES

(1) Konrad, J.-M. 2000, Assessment of Subgrade Frost Suscep-tibility from Soil Index Properties , Recueil des communica-tions, 9thInternational Symposium on Ground Freezing, Louvain-La-Neuve, Belgique, 11-13 septembre 2000, p. 89-94.

(2) Savard, Y., Rioux, N., Boutonnet, M., Cort, J.F. 1999, Lacollaboration MTQ-LCPC , Goglobe, no 7, automne 1999,

p. 18-22.

(3) Dor, G., Rioux, N. 1999, La recherche de solutions pra-tiques pour amliorer le comportement des chausses soumisesau gel ,Revue gnrale des routes,Hors srie no 9, p. 108-109.

(4) Konrad, J.-M., 2000, Nouveau critre de glivit des solsdinfrastructures , Recueil des communications, 35e congrs

annuel de lAQTR, Qubec, 3 et 4 avril 2000, 18 pages.RESPONSABLES : Louis Langevin, ing. M. Sc.

Service des matriauxdinfrastructuresDenis St-Laurent, ing. M.Sc.Service des chausses

SusceptibilitPotentiel de

Indice desgrgation

au gelSP (mm2/C x h)

soulvement

Ngligeable < 0,5 < 0,01

Faible de 0,5 1,5 de 0,01 0,04Moyenne de 1,5 3 de 0,04 0,08leve de 3 8 de 0,08 0,2Trs leve > 8 > 0,2

CONCLUSION

Le potentiel de sgrgation SP, qui caractrise la susceptibilitdes sols au gel, est de plus en plus utilis pour le dimensionnementdes chausses. Il ltait auparavant de manire empirique; sa

Figure 1 : volution de la profondeur du front de gel

Figure 2 : Taux de soulvement

Figure 3 : Profil de temprature


85/196

Lestapesde

dimensionnem

ent

Q

ubec

Transports

188

1ertape

Segme

nterensecteurshom

ognes

Larouteesten3-D

Pro

fondeur

Lon

gueur

Lar

geur

Lelogicielesten1-D(profon

deur)faire

autan

tdecalculsquencess

airepourcouvrir

lavar

iabilitdansles2autre

sdimensions

189

020

40

60

80

100

120

140

160

180

200

Profondeurs(cm)

Segmentationenregarddessondages

Enrobbitumineux

Blocoucailloux

2130%passant80m

Solciment(012%)

012%

passant80m

31%etpluspassant80m

Rocfriable

1220%

passant80m

CL(31%etplus)

Secteur1

Secteur

2

Se

gmentation:exemple

Longueurdu

projet

Historique

Infrastructure

Profilom

trie

Portance

Seg

ment

Facteur


86/196

2etape

Objectifsdeconception

ChoisirletypederouteetlaclassedeDJMA

EntrerlesECASanticipsdurantlapriod

e

deconception(ave

cousansloutilCAS)

Climat

Slectionnerlasta

tionclimatiquelaplus

reprsentative

Ajuster,sirequis,lintensitdelhiver(priode

dercurrence)

192

3etape

Couchesdematriaux

Slec

tionnerdabordlesold

esupport

(couc

hen)

Slec

tionnerletypederevtement

bitum

ineux(couche1)

Surveillersilahautersistancelornirage

(HR

O)estrequise(indicateuraudessusdes

ma

triaux)

Slec

tionnerensuitelesautr

escouchesde

hautenbas

Ilestpermisdesubdiviserles

oldinfrastructureen

plusieurscouches(crote,zon

enon-satureet

sature,etc.)

193

4etape

Ongletstructural

Ajusterlemoduledusolenfonctiondes

donnesdeportan

cedisponibles

(facteurFMr)

Dterminerlpaisseurminimaledechaqu

e

couche,tellesque

W18

ECAS

(dehautenbas)

teindreleslumir

esrouges

5etape

Onglet

gel

IMPORTANT:Ajusterlaglivitd

echaquecouche

(SPoeta)enfonctiondesdonnesdisponibles

(sdim

entomtrie,valeuraubleu,etc.)

Ajuste

rlamassevolumiqueetten

eureneaude

chaquecoucheenfonctiondesdonnesdisponibles

Sou

slanappe:Sr=100%

teindreleslumiresoranges

Ajuste

rlpaisseurdelachaussepourlimiterle

soulv

ementaugel(toutencons

ervantlesexigences

delon

gletstructural)

teindreleslumiresrouges


87/196

6

tape

Ongletgel1994

Sassurerquonrespectelaprotection

partiellecontreleg

el

Rviserquelesexigencesdestrois

ongletsrestentrespectslafindu

processus

196

7etape

Variantesdeconception

Pourchaquesegmenthomogne

Retenirdesconditionsjugesreprsentativesou

sc

uritaires

Vrifierlesdiversesvariantesadmissibles

pourleprojet

Ave

cousansrecyclage,avec

ousans

stabilisation,avecousansisolant,avecousans

infra-amliore,etc.

Chois

irlavarianteapproprie

197


88/196


89/196

RETRAITTHERM

.

STRUCTURAL

GEL

Contexte

qu

bcois:

3:

2:

1:

Rehab

$$$


90/196

gedu

revtement(annes)

Fissurestransversales(nombreparkm)

ClassePGnonadquate

Oxydes

ClassePGa

dquate

ECAS(enmillions)

paisseur(mm)

A

C

B


91/196

Matriaux

ConceptionM

iseen

oeuvre

C

oupestypes


92/196


93/196

Exempledutilisation

dulo

giciel

Autorou

te4voies(2pardirection)

Dimensionnementpour36millionsdECAS

DJMA

=25000

15%decamions

Coe

fficientdagressivitmoyen=

2.0

Acc

roissementde2%/an

Endroit

:LaPrairie

Solsupp

ort:argiletrsplastiqu

e(CH)

(IL 150 mm

Le module est fonction de la temprature en C.

Cest le cas des revtements bitumineux, cause ducomportement visqueux du bitume. Cette quation est

applique partir de la temprature effective qui dpend de

la zone climatique.

lastique (pur) Mr = K1 Le module est constant.

Cest le cas le plus simplifi. Les sols et les matriaux de

chausses nobissent presque jamais cette loi, mais son

utilisation est pratique et se justifie plus facilement lorsque

les matriaux sont soumis un tat de contrainte qui varie

peu, comme dans le cas des sols supports que lon trouve une plus grande profondeur.

K-theta Mr = K1K2

o = 1+2+3

Le module dpend de la contrainte de confinement totale

Ce modle est souvent utilis dans le cas des matriaux

granulaires. Ceux-ci sont dits crouissants , cest--dire

que le module augmente lorsque augmente (K2 est

positif). Le modle lastique pur est le cas particulier o

K2= 0.

9.3.1 - Variations saisonnires du module de rsilience

Le module de rsilience modlis laide des quations du Tableau 6 et affich dans le module de calcul

STRUCTURAL est directement considr comme tant la valeur effective tenant compte de toutes les

variations saisonnires. La mthode de lAASHTO (1993) prescrit la mthode de dtermination du Mr

effectif en tenant compte du dommage attribuable chaque priode de lanne (Tableau 7).


155/196

CHAUSSE 2 : Logiciel de dimensionnement des chausses souplesGuide de lutilisateur

Service des chausses 31

Tableau 7 : Mr effectif selon la mthode du dommage quivalent(AASHTO 1993)

a) Exemple pour sol de type ML, b) formulaire vierge

ML-CL ou CL (IP12)

Mois Mr, MPa ufJanvier 140 0,01

140 0,01

Fvrier 140 0,01

140 0,01

Mars 140 0,01

20,7 1,01

Avril 20,7 1,01

21,7 0,90

Mai 23,3 0,77

25,9 0,60

Juin 31,0 0,3938,8 0,24

Juillet 46,5 0,15

49,6 0,13

Aot 51,7 0,12

51,7 0,12

Septembre 51,7 0,12

51,7 0,12

Octobre 49,1 0,14

45,5 0,16

Novembre 42,9 0,19

41,4 0,20Dcembre 41,4 0,20

140 0,01

Somme : 6,66

Moyenne : 0,28

Mreffectif : 36,1 MPa

Mois Mr, MPa ufJanvier

Fvrier

Mars

Avril

Mai

Juin

Juillet

Aot

Septembre

Octobre

Novembre

Dcembre

Somme :

Moyenne :

Mreffectif :

uf= 1,18108(145,05Mr)-2,32 uf= 1,1810

8(145,05Mr)-2,32

Les coefficients K1, K2, K3 et K4 contenus dans la bibliothque de rfrence ont t talonns

conformment cette approche, de faon utiliser directement le rsultat dans lquation de lAASHTO

(quation 5).

Lutilisation du Tableau 7 permet aussi de dfinir un facteur dajustement saisonnier (FAS) dcrivant le

rapport entre le Mr effectif annuel et la valeur maximale dt :


156/196



tMr

effectifMrFAS Exemple du Tableau 7: 70,0

7,51

1,36FAS

quation 8

Ce facteur FAS intgre leffet des variations saisonnires dans un seul paramtre. Il a la proprit dtre

indpendant de toute augmentation ou rduction du Mr dun matriau lorsque celle-ci respecte la mme

proportion durant lensemble de lanne. dfaut de paramtrer explicitement tout le dtail des variations

saisonnires, la bibliothque de rfrence contient le facteur dajustement saisonnier (FAS). Cela permet

de simplifier le logiciel en mme temps que de reconstituer le module dt des sols et matriaux non lis.

9.3.2 - Facteur dtalonnage du module de rsilience (FMr)

Le facteur de module rversible (FMr) est un commutateur qui permet de modifier le Mr effectif dune

couche de matriau sans intervenir dans le modle dcrit dans le Tableau 6 et le Tableau 7. Il est sous-

entendu que ce facteur est constant durant toute lanne car il multiplie directement le module effectif. Les

effets se propagent alors dans le calcul du coefficient structural (a), du nombre structural (SN) et de la

dure de vie structurale (W18).

Ce facteur peut tre utile pour talonner le module ou le coefficient structural avec la valeur dtermine

la suite dun essai de dflexion, dun essai de laboratoire, ou mme dun relev visuel. Lexprience

indique quun revtement existant est affaibli lorsquil est fissur dans les sentiers de roues (Tableau 8), et

quil en est de mme pour une fondation granulaire non conforme, dgrade, contamine par des

particules fines ou mal draine. Il est donc prfrable de mesurer la rsilience des matriaux existants, y

inclus le sol de support, et den tenir compte avec le facteur FMr.


157/196



Tableau 8 : Coefficient structural approximatif daprs le niveau de fissuration

Adaptation du guide AASHTO (1993, p. III-105)

Coefficient structuralFissuration de la surface

Revtement

bitumineux

Fondation

stabilisePeu ou pas de carrelage

Fissuration transversale de faible svrit0,35 0,40 0,20 0,35

< 10 % carrelage de faible svrit

< 1 fissure transversale tous les 6 m (svrit moyenne et leve)0,25 0,35 0,15 0,25

> 10 % carrelage de faible svrit

< 10 % fissuration de fatigue de svrit moyenne

> 1 fissure transversale tous les 3-6 m (svrit moyenne et leve)

0,20 0,30 0,15 0,20

> 10 % carrelage de svrit moyenne

< 10 % carrelage de svrit leve> 1 fissure transversale tous les 3 m (svrit moyenne et leve)

0,14 0,20 0,10 0,20

> 10 % carrelage de svrit leve

> 1 fissure transversale tous les 3 m (svrit leve)0,08 0,15 0,08 0,15

Notes :

Le remplacement des zones svrement fissures est recommand avant tout resurfaage.

Les taux de fissuration considrer sont ceux qui restent la suite des rparations.

Carottage et essais recommands pour valuation de tous les matriaux et plus forte raison

dans le cas des couches stabilises.

Les fondations ou sous-fondations granulaires dgrades ou contamines par des particules fines

peuvent avoir un coefficient structural infrieur 0,1 et un coefficient de drainage rduit.

Le concepteur peut faire intervenir tout autre type de dgradation jug appropri pour justifier

lajustement du coefficient structural dune couche.

Les essais de dflexion FWD raliss au MTQ sur des chausses abondamment fissures dans

les pistes de roues conduisent en gnral vers des coefficients structuraux situs entre 0,25 et

0,35 pour le revtement, et rarement en dessous de 0,2.

En plus des essais de laboratoire disponibles, la rsilience des couches existantes peut tre dtermine

laide dessais de dflexion (dflectomtre FWD) ou de divers essais de pntration ou de rsistance. Il

faut noter que les modules de rsilience compatibles avec le guide AASHTO (1993) ne correspondent pas

ncessairement aux modules utiliss selon les mthodes danalyse bases sur la thorie des couches

lastiques. Von Quintus et Killingsworth (1997a et 1997b) proposent des facteurs de correspondance

cet effet.


158/196



Dans le cas du sol de support, lquation 9 (a ou b) est recommande pour dduire une valeur compatible

avec un bassin de dflexion produit la surface dune chausse bitumineuse.

a) 4,25/19,0022,00092,0894,40 91430501089476,6 dddrM

variante de Thompson (1989)

b) 2914914 0030607,042385,1608,172 ddMr variante de Hall et Elliot (1992)

quation 9

Norme dessai ASTM D 4694 (FWD avec charge de 40 kN et diamtre de 300 mm)

d0, d305et d914: dflexions (m) 0; 305 et 914 mm du centre de la charge

Mr : module de rsilience apparent du sol de support pour une contrainte dviatorique (d= 1-

3) de lordre de 43 kPa.

La Figure 7 montre par ailleurs une srie dexemples de corrlation qui permettent destimer le module de

rsilience dun sol ou dun matriau partir de sa rsistance exprime selon lindice de portance

californien (CBR). Dans le cas des sols cohrents, il est aussi possible de rcuprer des donnes

dtudes gotechniques laide de lquation 10. Il faut par contre penser aux variations saisonnires

avant de comparer une mesure ponctuelle avec la valeur effective pour lensemble de lanne. Le logiciel

affiche le facteur dajustement saisonnier propos (FAS) et sen sert pour afficher une conversion du Mr

effectif du sol de support en valeur maximale dt, ajoutant aussi lquivalence pour lindice CBR et la

rsistance au cisaillement.


159/196



Figure 7 : Corrlation entre le module de rsilience et lindice CBR

1

10

100

1000

0,1 1 10 100CBR

MR

,MPa

AASHTO 1986 (fondations, fig 2.6) (66,3 Ln(CBR)-93,2)

AASHTO 1986 (SF, fig 2.7) (30,4 Ln(CBR) +1,9)

AASHTO 1986 (sol, fig FF.6) (13 CBR^0,69)

Heukelom et Foster, 1960 (10,3 CBR)

Peyronne et Carrof, 1984 (5 CBR)

Peyronne et Caroff, 1984 (6,5 CBR^0,65)

Afrique du Sud, 1985 (30,79 CBR^0,44)

Lister et Powell, 1987 (17,6 CBR^0,64)

Rada et Witczak, 1981 - (theta =250 kPa)

Relation propose

CBR Cu / 30 o Cu = rsistance au cisaillement non draine (kPa)

quation 10

Normes dessai pour le Cu (sols cohrents) :

scissomtre de chantier, norme BNQ-2501-200

scissomtre portatif (Serota et Jangle, 1972)cne sudois, norme BNQ-2501-110

Norme dessai pour le CBR : ASTM D 1883


160/196



10 - CALCUL DU GEL

10.1 Dimensionnement au gel et seuil de soulvement admissible

Certains projets particuliers peuvent demander

un dimensionnement thermique conu pour

empcher le gel datteindre un point prcis.

Cela peut tre le cas par exemple lorsquil sagit

disoler une conduite daqueduc ou de protger

un sol extrmement sensible (argile varve ou

ayant un IL> 0,9). Lutilisateur peut dans ce cas

se servir de la profondeur du gel (Z) comme

critre de conception.

Par contre, dans la majorit des projets routiers, le dimensionnement au gel est dict par le besoin dviter

lendommagement du revtement. Cet endommagement peut prendre la forme de fissures de gel

(lzardes) ou de dformations de la surface. Ces lzardes et dformations sont directement causes par

les soulvements au gel, et plus particulirement par les variations de soulvements (soulvements

diffrentiels). Le soulvement (h) constitue un indicateur directement reli aux dommages ou la

performance au gel.

Lanalyse des soulvements diffrentiels ncessite une analyse tridimensionnelle de la chausse, alorsque les logiciels disponibles sont actuellement unidimensionnels. Il faudrait donc multiplier les analyses

pour plusieurs points distincts (idalement pour chaque sondage ou chaque point de raccordement dune

transition) et compiler les diffrents soulvements obtenus. Il faut noter que le cahier des charges (CCDG,

2003, art. 13.3.4.7) tolre des dviations de profil de 5 mm sous une poutre rectiligne de 3 m pour

lacceptation dune nouvelle surface de revtement bitumineux. Les suivis de comportement de

chausses en service indiquent que le diffrentiel dIRI entre lt et lhiver (IRIhiver-t) se retrouve entre

0,3 et 0,7 m/km sur les chausses neuves correctement construites. Le seuil exig pour les contrats

assortis dune garantie de performance est de 1 m/km.

Le dfi ultime du concepteur consiste donc estimer le confort de roulement hivernal et la fissuration du

revtement partir des variations de soulvement entre les diffrents sondages ou points danalyse. Il est

tout le moins vident quun soulvement globalement plus faible a plus de probabilit de conduire vers

des soulvements diffrentiels plus faibles. Les Finlandais Gustavsson et autres (1999) considrent quun

seuil de soulvement global situ entre 30 et 100 mm constitue un pralable pour maintenir un niveau de

service acceptable et prvenir la fissuration du revtement. Du ct des chercheurs de lUniversit Laval,


161/196



Konrad (1998) estime que les soulvements acceptables semblent se situer entre 30 et 60 mm selon le

type de chausse, alors que Dor et autres (2005) proposent un abaque dfinissant un seuil modul en

fonction de lpaisseur de la fondation granulaire la jonction dune tranche non glive. Lexprience

accumule depuis lan 2000 lintrieur du Service des chausses indique que les soulvements

diffrentiels sont peu perceptibles lorsque le soulvement global est limit moins de 50 mm, et quilspeuvent tre problmatiques avec des soulvements de plus de 80 mm. La bibliothque de rfrence du

logiciel propose donc un seuil par dfaut variant de 50 70 mm, selon la classe de route.

L'usage des critres de protection au gel de 1994 (chapitre 11) est recommand pour baliser les

paisseurs minimales (protection partielle) et maximales (profondeur P pour transition, Norme II-1.8,

Tableau 1.8-1) de la chausse en complmentarit avec le critre de soulvement admissible. Ce dernier

est toutefois le seul pouvoir servir lorsque la zone soumise aux cycles de gel et de dgel se retrouve en

prsence d'un isolant thermique, d'un sol argileux varv ou ayant un indice de liquidit lev (IL0,9), ou

de plusieurs couches de sol de glivit diffrente.

10.2 Description du modle mathmatique

Le calcul du gel est bas sur le modle SSR, mis au point en Finlande par Saarelainen (1992). Il consiste

calculer la profondeur du gel (Z) et le soulvement (h). Le calcul de la profondeur du gel se base sur

lquilibre du bilan thermique au front de gel. Lquation dcrivant lquilibre des flux de chaleur (W/m) au

front de gel est la suivante :

qm = qp + qf + qs

quation 11

o :

qm = kf grad T- : flux de chaleur qui schappe du front de gel vers la surface, en traversant la

couche gele, W/m

qp = ku grad T+ : flux de chaleur du sol non gel vers le front de gel (flux gothermique), W/m

qf = L dz0/ dt : flux de chaleur gnr par le changement de phase de leau interstitielle lorsquelle

se transforme en glace, W/m

qs = Lw SP grad T- : flux de chaleur gnr par leau supplmentaire de sgrgation au moment

de la formation de lentilles de glace, W/m

dz0: pntration du front de gel durant un incrment de temps dt, m

SP : potentiel de sgrgation, m/Kh

Lw : chaleur latente de fusion de leau = 92 778 Wh/m3


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kf : conductivit thermique du sol gel, au front de gel, W/Cm

ku : conductivit thermique du sol non gel, au front de gel, W/Cm

L : chaleur latente de fusion du sol gel, au front de gel, Wh/m

Rfz = (zi/kfi) : rsistance thermique des couches geles, mK/W

zi: paisseur de la sous-couche gele i, mkfi : conductivit thermique de la sous-couche gele i, W/Cm

grad T+ 1,16S(0,43Tma + 1) : gradient gothermique (estimation empirique), C/m

Tma : temprature moyenne annuelle de lair (C)

S : coefficient dintensit qui prend la valeur de 1,0 en novembre et dcrot pour atteindre

0,7 en avril.

grad T- = (Tf-Tp) / z*: gradient de temprature du sol gel au front de sgrgation, C/m

Tf : temprature de conglation, C

Tp : temprature la surface du sol au temps dt, C

z* = kf Rfz + 0,5 dz0

Lquation doit tre rsolue de faon itrative pour dterminer lavance du front de gel (dz 0) permettant

de maintenir lquilibre des flux thermiques. Le calcul du soulvement se fait ensuite suivant deux

composantes :

Le soulvement d laugmentation de volume de leau lorsquelle se transforme en glace, m;

000 )(/ dznSrdVidzwdVidh wdf

quation 12

o : dVi : gonflement du volume interstitiel : dVi = (Sr SrCritique) (Limit de 0 0,09)

Sr : saturation en eau (dcimal)

SrCritique : seuil de dclenchement du gonflement interstitiel (Typiquement 0,85 0,9)

wf: teneur en eau gele, kg/kg;

d: masse volumique sche du sol gel, t/m;

w: masse volumique de leau, t/m.

Le soulvement d la formation des lentilles de glace, m;

)/()(09,109,1 fzfzpfs RkdtTTSPdtgradTSPdh

o SP : potentiel de sgrgation, m/CH

quation 13


163/196



Le calcul doit se rpter pour chaque donne de temprature (Tp) comprise dans lhiver. On doit alors

incrmenter la profondeur du gel et le soulvement chaque boucle en plus de corriger la profondeur du

gel (Z) en fonction du soulvement :

)();( 0 dhhdhdhdh s )dz(z);dhdz(dz 0

quation 14

10.3 Glivit (SP)

Le soulvement au gel dun sol peut se diviser en deux composantes fondamentales :

le soulvement caus par le gonflement de leau interstitielle (ho);

le soulvement de sgrgation issu de la formation des lentilles de glace (hs).

Le gonflement interstitiel (ho) est d laugmentation de volume de leau lorsquelle se transforme en

glace. Cela se produit uniquement pour les sols saturs ou quasi saturs, soit lorsque le degr de

saturation (Sr) est suprieur un seuil critique de lordre de 85 90 %. Ce phnomne se produit dans

tous les sols saturs mme si leur indice SP est nul.

Lindice de glivit dun sol quantifie sa propension former des lentilles de glace sous leffet du gel. Le

potentiel de sgrgation (SP) quantifie ce phnomne (Konrad et Morgenstern, 1980; Info DLC, 2002). Ce

paramtre varie en fonction ltat de contrainte du sol. Plus prcisment, le potentiel de sgrgation estcalcul partir de la valeur sans surcharge (SP0) et du coefficient de surcharge (a), en utilisant la relation

suivante :

SP = SP0ea o est la surcharge applique sur le sol (en MPa).

quation 15

lintrieur du logiciel, laffichage du coefficient de surcharge ne se fait que lorsque la valeur SP0 est

suprieure zro.


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Tableau 9 : chelle de glivit

Le Tableau 9 prsente des quivalences de glivit pour faciliter les conversions entre les systmes les

plus courants. Le logiciel travaille en mm/Cheure et contient une bibliothque de valeurs initiales en

fonction du type de sol. La valeur relle pour un mme type de sol peut par contre tre trs variable

comme en tmoigne la Figure 8, adapte de la charte du Laboratoire de recherche en rgion froide

(CRREL) du Corps des ingnieurs de larme amricaine (USACE). Cette figure montre que les silts (ML

et ML-CL) peuvent prsenter un indice de glivit trs lev.

Figure 8 : Charte du CRREL convertie pour lindice SP0

ML et ML-OL

CHGM, GP-GM et GW-GM

GW

SP

SM, SP-SM et SW-SM

SC et SM-SCGC

CL-OL

CL (IP12)

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

1 10 100

Pourcentage de particules infrieures 20m

SPo,

m

m

/HC

Adapt partir de la charte du CRREL

10.3.1 Indice de glivit sans surcharge (SP0)

La Figure 8 montre que la classification unifie ne permet pas une valuation prcise de la glivit. Voici

les diffrentes approches qui permettent de dterminer lindice de glivit, en ordre dcroissant de

prcision. Plusieurs de ces approches peuvent aussi tre combines pour plus de fiabilit.

Glivit SP CRREL, 1981 indice de soulvementmm/Cheure mm/Cjours (x10

- )mm/Csec mm/jour h / hgelNgligeable < 0,5 < 12 < 14 < 0,5 < 0,01Faible 0,5 1,5 12 35 14 40 0,5 2 0,01 0,04

Moyenne 1,5 3 35 75 40 87 2 4 0,04 0,08leve 3 8 75 200 87 230 4 8 0,08 0,20Trs leve > 8 > 200 > 230 > 8 > 0,2


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Lapproche fondamentale pour dterminer la glivit dun chantillon de sol consiste raliser un essai de

conglation (mthode dessai LC 22-331), lequel peut tre fait par le Service des matriaux du ministre

des Transports dans un dlai denviron une semaine.

Une autre approche trs performante consiste mesurer in situ les profondeurs du gel et lessoulvements, et talonner le logiciel de faon ce quil reproduise fidlement les mesures prises sur le

terrain. La section 10.8 dcrit les fonctions spciales prvues dans le logiciel pour permettre de procder

de cette faon.

La troisime approche consiste utiliser une corrlation empirique, propose par Konrad (2005), partir

des essais de caractrisation habituels auxquels on ajoute une caractrisation des particules fines par

sdimentomtrie et un essai au bleu de mthylne. Cette approche est rsume la Figure 9 et dtaille

en annexe sous la forme dinstructions de travail lintention des personnes en charge des tudes de

sols. Cette approche caractrise spcifiquement le potentiel de sgrgation de la fraction fine. Les solsavec une matrice de particules grossires peuvent tre moins glifs (voir Figure 8).

Figure 9 : Estimation indirecte de la glivit des particules fines (Konrad, 2005)

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

1,4

1,6

1,8

2,0

0 1 2 3 4 5 6

Ss/Ssref

SP0

/SP0ref

non-argileuse

argileuse gmdSs FFref /95,25log78,1195,25 2

50

mP

mPVBSs

80

4009,20

VB =valeur au bleu de mthylne (norme BNQ-2560-255)d50 FF= diamtre mdian des particules fines (


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Figure 10 : Estimation indirecte de la glivit (daprs Rieke et autres, 1983 et Knutsson et autres, 1985)

0

5

10

15

20

25

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120

SP0(mm/HC)

Knutsson et al. (1985) (Essais in-situ)Silt d'Ojeby (Labo) (Knutsson et al., 1985)Silt d'Agassiz (labo grande chelle) (Knutsson et al., 1985)Rieke et al. (1983) (Laboratoire)

Valle Mackenzie (Penner et Ueda 1978)Till de La Grande (Par et al., 1978)Silt de Devon (Konrad et Morgenstern, 1982)Silt de Calgary (Konrad et Morgenstern, 1983)Argile de Saint-Alban (Bergeron, 1991)Jessberger et Jagow (1989)

)(100 400742 Lmmmf wPPPR

IL0,9

10.3.2 Coefficient de surcharge (a)

Le coefficient de surcharge varie typiquement entre 1 et 20 MPa -1 et peut tre mesur sur demande

pendant lessai de conglation LC 22-331. La Figure 11 montre que le gonflement au gel des sols plus

grossiers tend tre plus sensible la surcharge. La relation suivante, propose par Konrad (2005),

permet de tirer un constat similaire pour diffrents assemblages de particules fines :

45,0505 FFda

quation 16

o d50FF: diamtre moyen des particules fines (passant 80m)

La Figure 12, qui nest quune reprsentation graphique de lquation 15, montre leffet du coefficient de

surcharge sur lindice SP. On peut y lire par exemple quun coefficient de 10 MPa -1a pour effet de rduire

la glivit de 40 % sous une contrainte de 50 kPa, cest--dire lorsque le sol est surmont dune structure

de chausse denviron 2 m dpaisseur totale.


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168/196



10.3.3 Sol argileux varv ou ayant un indice de liquidit lev (IL0,9)

Lindice de liquidit dun sol se dfinit par IL= (w-wp)/(wL-wp). Les sols dont lindice de liquidit avoisine

une valeur de 0,9 et plus sont trs structurs et gorgs deau. Ce sont des sols qui nont jamais connu decycle de gel-dgel depuis leur dposition initiale. Ils sont relativement frquents dans les dblais argileux

du Qubec, en dessous de la crote de surface. De tels sols ont un indice de glivit extrmement lev

(SP016 20 mm/HC), et occasionnent des tassements importants durant leur premier dgel.

Le tassement au premier dgel est de lordre de 30 %, sous une charge de 25 kPa (Bergeron, 1991).

Cette problmatique peut justifier le dimensionnement dune protection totale contre le gel. Il faut noter

quavec ce tassement, le premier cycle de gel-dgel fait baisser sensiblement lindice de liquidit. Le

potentiel de sgrgation peut se trouver rduit de moiti aprs le premier cycle de gel-dgel, et tend se

stabiliser environ 25 % de sa valeur initiale aprs quatre cycles. Les premiers cycles de gel-dgel ontdonc pour effet de stabiliser le sol, et dmarrent en quelque sorte la formation dune nouvelle crote de

surface.

Pour cette raison, il est recommand de laisser geler ces sols durant un hiver avant de construire le

revtement dune chausse. Il faut alors prvoir de dneiger la surface durant lhiver, et idalement de

charger la structure granulaire au plus tt durant le printemps ou le dgel.

10.4 Conductivit thermique (K)

La conductivit thermique (K) est une constante qui caractrise le comportement des matriaux au

moment du transfert de chaleur par conduction, c'est--dire sans dplacement apprciable de matire.

Elle reprsente la chaleur transfre par unit de surface, dans une unit de temps sous un gradient de

temprature (W/mC).

La valeur pour un sol dpend de la conductivit de chacun de ses constituants (minraux, eau, glace, air,

bitume, etc.) et de leur proportion volumtrique respective. On spare la conductivit thermique du sol non

gel (Ku) de celle du sol gel (Kf) cause de la diffrence importante sparant leau (Kw=0,6) de la glace

(Kg=2,24).

La conductivit thermique se mesure directement en laboratoire, mais lutilisation dun modle empirique

est en pratique juge satisfaisante. Le logiciel CHAUSSE 2 supporte une srie de modles dont celui de

Kerstern (1949) qui est le plus connu et le plus rpandu. La bibliothque de donnes par dfaut contient


169/196



toutefois une configuration axe sur les modles de Ct et Konrad (2005a et 2005b) qui sont dornavant

jugs comme tant mieux adapts et plus prcis.

10.4.1 Conductivit thermique (Ks) et masse volumique des particules solides (s)

Le modle de Ct et Konrad (2005a et 2005b) permet de tenir compte de la conductivit thermique des

grains solides (Ks) lorsquon connat leur composition minralogique. La masse volumique des solides

(s) permet quant elle de prciser les calculs de porosit et de saturation au moment de sparer les

diffrents constituants du matriau (minraux, eau, glace, air, bitume).

Ces deux paramtres sont accessibles en mode dutilisation de niveau Approfondi, lorsquon appuie sur

les boutons gris situs sous les colonnes Ku et ddu module GEL. Le Tableau 10 prsente une liste de

valeurs de conductivit thermique (Ks) et de masse volumique (s) qui permet de tenir compte de la

minralogie des particules solides. Il est utile de savoir que prs des deux tiers des pierres concasses duQubec sont de nature calcaire. Il faut noter par contre que les dolomies, grs, quartzites et autres roches

riches en quartz auront tendance augmenter la pntration du gel. Il est aussi possible dutiliser

lapproximation de Johansen (1975) lorsque la fraction en quartz (q) est connue (quation 17). Une

moyenne gomtrique peut aussi tre faite lextrieur du logiciel pour dterminer un Ks qui tienne

compte de tous les minraux. (Consulter Ct et Konrad, 2005)

qqsK 7,72

1lorsque q > 0,2

qq

sK 7,731

lorsque q 0,2

quation 17

Tableau 10 : Conductivit thermique et masse volumique des particules solides

Matriau s ks

t/m W/mC

RochesAnorthosite 2,73 1,8Basalte 2,90 1,7Diabase 2,98 2,3

* Dolomie 2,90 3,8

* Dolomie (St-Eustache) 2,85 3,3Gabbro 2,92 2,2Gabbro (St-Joseph-de-Beauce) 2,95 2,2Gneiss 2,75 2,6Granodiorite 2,73 2,6Granite 2,75 2,5Granite (Valcartier) 2,75 2,6Granite (Lac-St-Charles) 2,65 2,6Calcaire 2,70 2,5Calcaire (St-Marc-des-Carrires) 2,67 2,3

* Marbre 2,80 3,2* Pridotite 2,95 3,6


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* Quartz monzonite (34 % quartz) 2,68 3,0* Quartzite 2,65 5,0* Quartzite (Rimouski) 2,65 5,0* Grs 2,80 3,0* Grs (St-Anaclet) 2,67 3,4

Schiste 2,65 1,5Shale 2,65 2,0Synite 2,80 2,0

Synite (Mont St-Hilaire) 2,73 1,6Tonalite (28 % quartz) 2,77 2,6Trap rock 2,90 2,0

Sols et matires organiquesCharbon 1,35 0,26Tourbe 1,50 0,25Silt et argile (Qubec) 2,75 2,90Sable du Bouclier laurentien 2,65 4,00Sable des Appalaches 2,67 3,55

10.5 Chaleur latente de fusion (Lf)

La chaleur latente de fusion est la quantit d'nergie ncessaire une quantit de matire pour qu'elle

passe de l'tat solide ltat liquide, ou la quantit dnergie dgage au cours du processus inverse.

Cette transformation a lieu temprature et pression constantes. La chaleur latente de fusion de leau

(Lw) est de 334MJ/m (92778 Wh/m). Le logiciel CHAUSSE 2 calcule la valeur Lf considrer pour

chaque couche en fonction de la quantit deau qui gle dans le sol :

wdwff LwL )(

quation 18

10.6 Masses volumiques et volumtrie

Le module GEL considre les matriaux comme un milieu poreux compos dun assemblage de

particules solides, deau, de glace, dair et de bitume. Les paramtres classiques dingnierie et de

mcanique des sols sont retenus la place du volume doccupation de chaque constituant.

Tableau 11 : Variables et constantes associes aux constituants des matriaux

solides bitume eau glace air

s b= 1,02Masse volumique w= 1 i= w/ 1,09 a= 0

d

Proportion1-n Vbe

wu wf n(1-Sr)

Les intrants au logiciel sont les suivants :


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d= masse volumique sche (tonnes/m) (solides + bitume vs volume total)

s = masse volumique des particules solides (tonnes/m)

w = teneur en eau, lorsque le sol nest pas gel (kg eau/kg solides)

Vbe = volume de bitume effectif, excluant le volume de bitume absorb par les granulats et

exprim en pourcentage par rapport au volume sans vides interstitiels (Langlois, 2003).

Les calculs affichs sont les suivants :

n = porosit (proportion du volume interstitiel total : air + eau)

)(1

sbbes

d

Vn

quation 19

Sr= saturation (proportion du volume interstitiel occup par leau)

1

w

d

n

wSr

quation 20

wu = teneur en eau non gele (kg/kg) (voir lquation 21)

wf = teneur en eau gele (kg/kg) (voir lquation 21)

Par ailleurs, la somme des fractions volumiques de chaque constituant doit physiquement tre toujoursgale 1 (100 % du volume total). Cela implique que la porosit et le degr de saturation calculs doivent

tre compris entre 0 et 100 % et que la masse volumique sche doit tre compatible avec la masse

volumique des particules solides. Les matriaux sont aussi soumis dautres contraintes physiques

comme une plage de porosit limite par la granulomtrie et la forme des particules. Le logiciel fait ces

vrifications et colorie les cases problmatiques en orange lorsquune combinaison de donnes parat

clairement irraliste. Lutilisateur doit alors ajuster au moins un de ces paramtres pour rtablir la situation

de faon teindre les lumires orange.

10.7 - Surface spcifique (Ss) et teneur en eau gele (wf) ou non gele (wu)

La subdivision de la teneur en eau (W) en portions gele et non gele (Wf et Wu) sapplique au sol en

condition gele. Ce nest pas ncessairement toute leau contenue dans un sol qui gle lorsque sa

temprature descend sous le point de conglation. Le film deau adsorbe que lon trouve dans les sols

fins est plus difficile geler que leau libre. La quantit deau gele dpend de la surface spcifique du sol


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(Ss) et de sa temprature. Le logiciel CHAUSSE 2 utilise cet effet la relation empirique mise au point

par Anderson et Tice (1972) :

wew ss STSu 264,0)ln(449,1)ln(5519,02618,001,0

uf www

quation 21

Une temprature fixe de - 3C est utilise pour les sols gels, considrant que seuls les sols de support

possdent un film deau adsorbe significatif. Les teneurs en eau gele et non gele interviennent dans le

calcul de la conductivit thermique du sol gel (Kf), dans le calcul de la chaleur latente de fusion (Lf) ainsi

que dans le calcul du gonflement interstitiel (h0).

La surface spcifique et la teneur en eau non gele sont visibles en mode dutilisation de niveau

Approfondi, lorsquon appuie sur le bouton situ sous la colonne des teneurs en eau. Il ne faut pas

confondre la surface spcifique du sol (Ss) utilise cet endroit et la surface spcifique des particules

fines (SsFF) pouvant servir au calcul de lindice de glivit (SP0). Il est possible de basculer entre la teneur

en eau non gele massique (Wu) et volumique (Qu) lorsquon clique sur ltiquette de titre de cette

colonne.

10.8 - talonnage du calcul avec des mesures de terrain

Le code de calcul du logiciel et la bibliothque de paramtres par dfaut ont t minutieusement prpars

et valids pour rduire les imprcisions dans les limites du possible. La simulation thorique peut tout de

mme prsenter certains carts avec la ralit dun site donn.

Il est possible deffectuer un talonnage spcifique partir du comportement rel sur le terrain. Il sagit

dans ce cas dentrer toutes les informations connues sur les matriaux et sur le climat (voir section 8.2.2),

et de dduire les inconnues par ttonnement de faon que la simulation reproduise fidlement des

mesures de profondeur du gel et de soulvement. On dsigne ce procd sous le nom de calcul inverse

ou rtrocalcul. Cela permet daugmenter la fiabilit des calculs ultrieurs, o lon modifie les donnesclimatiques et la structure de la chausse en fonction des scnarios dintervention envisags.

En plus dallouer la modification des paramtres, le logiciel permet dafficher les rsultats en parallle

avec des mesures de profondeur du gel et de soulvement. Cet affichage se fait lintrieur du graphe,

visible lorsquon active la case Graphe situe dans le coin infrieur gauche de longlet GEL. Ce


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graphe (Figure 13) affiche les donnes de tempratures de lhiver simul, la ligne de pntration du gel,

ainsi que le soulvement de la surface et de toutes les interfaces des couches de la chausse. Un bouton

muni de deux petites flches situ au centre de la barre grise sous le graphique permet aussi dafficher un

tableau droulant pouvant contenir les mesures de profondeur du gel et de soulvement. Les mesures,

inscrites par lutilisateur lintrieur de ce tableau, saffichent sur le graphe sous la forme de pointsdiscontinus, permettant de visualiser larrimage entre les mesures relles et la simulation thorique. La

section 8.2.2 explique comment entrer et choisir les donnes de tempratures pour lhiver durant lequel

les mesures ont t prises. Un autre bouton situ gauche de la barre grise permet dalterner entre le

tableau de saisie des mesures et le tableau de rapport journalier du modle de calcul.

Figure 13 : Graphe daffichage du module GEL


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11 - CRITRE DE GEL DE 1994

L'usage des critres de protection au gel de

1994 est recommand pour baliser les

paisseurs de la chausse en complmentarit

avec le critre de soulvement admissible issu

du chapitre prcdent.

Le critre de protection partielle fournit

lpaisseur totale minimale de la structure de

chausse. La rgle de dtermination des

profondeurs P pour transitions, Norme II-1.8

(Tableau 1.8-1), y est aussi mise en parallle

pour fins de comparaison. Cette profondeur P nest pas encore une protection totale, mais lexprience

indique quelle est suffisante pour remdier pratiquement tous les problmes de soulvements

diffrentiels, y inclus par exemple les sols htrognes et les situations dlicates o il faut raccorder la

chausse sur un point fixe comme une coupe de roc ou un ouvrage dart. Une protection plus grande peut

toutefois tre ncessaire en prsence dune argile varve ou ayant un indice de liquidit lev (IL0,9).

Le critre de gel de 1994 conduit vers une protection partielle, considrant quune protection totale serait

trop coteuse avec les grandes profondeurs atteintes par le gel dans lensemble du Qubec. Ce critre

consiste en une rgle dexprience, tablie partir de la mthode de protection contre le gel de Travaux

Publics Canada (1992). Il sagit dune courbe, initialement dveloppe au dbut des annes 50,

permettant destimer une protection partielle correspondant environs la moiti de la profondeur de

pntration du gel (Armstrong et al., 1963). Ce critre savre depuis longtemps efficace pour permettre

de rcolter un comportement au gel raisonnablement acceptable pour la plupart des cas (Rioux, 1999).

Ladaptation du MTQ reprend une variante de cette courbe de base (Figure 14) qui prcise lpaisseur

totale de chausse exige en fonction de lindice de gel normal. Le rsultat de cette courbe est ensuite

multipli par un facteur en fonction du type de route (FR) et un facteur en fonction du type de sol (FS). La

mthode prvoit aussi la possibilit de rduire lpaisseur de 15 % lorsque des conditions favorables

existent sur le site (infrastructure en remblai, nappe deau loigne, etc.).


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Figure 14 : Protection partielle contre le gel (approche de 1994)

400

500

600

700

800

900

1 000

1 100

600 900 1 200 1 500 1 800 2 100 2 400

Indice de gel (C x jour)

paisseurtotaledelastructurede

chausse(mm)

Facteurs de correction

Type de sol FSGM, GC 0,85SM, SC 1,00(sauf SMfin )

ML, CL, MH, 1,15CH, SMfin

Type de route FRAutoroute 1,10Nationale 1,00Rgionale et 0,90collectriceLocale 0,80

Protection requise = P basex FS x FR

Courbe de base

- La protection ncessaire peut tre rduite d'environ 15 p.100 conditions favorables (infrastructure en remblai, nappe d'eau- Le SMfin correspond un sable silteux classifi SM avec plus de 30 particules fines passant le tamis 80

Protection contre le gel

Lexprience indique que la Figure 14 conduit des comportements au gel qui taient jugs acceptables

dans la majorit des cas, avec des priodes de conception de 15-20 ans. Elle ne fournit, par contre,

aucune indication sur les soulvements au gel. La protection est qualifie de partielle tant donn quelle

indique une paisseur de chausse infrieure la profondeur de pntration du gel. Le tableau suivant

indique le pourcentage de protection typique quon peut dduire lorsquon divise lpaisseur de la

chausse par la profondeur du gel.

Tableau 12 : Pourcentages de protection contre le gel (mthode de 1994)

Indice de gel

normal

(C x jours)

Route

locale

(%)

Autoroute

(%)

800 60 80

1 200 50 70

2 000 40 60

IMPORTANT :Si le sol support comporte des poches de sol trs sensibles au gel, mais de faible tendue,elles doivent tre dblayes pendant les travaux de construction, sur une profondeur dau moins un

mtre, mais de prfrence, sur toute la profondeur de pntration du gel. Les matriaux de remblai

utiliss doivent tre de nature semblable ceux du sol environnant. Des transitions doivent tre ralises


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lorsquil se produit un changement dans la glivit du sol de support pouvant causer des soulvements

diffrentiels1.

Une tude plus approfondie est ncessaire dans les zones en dblai lorsque l'infrastructure est constitue

de sols argileux humides prsentant un indice de liquidit (IL) suprieur 0,9, ou lorsque des argilesvarves sont prsentes dans les sols d'infrastructure.

Notons que si des risques de remonte de particules fines en provenance des sols d'infrastructure

existent en raison de la granulomtrie des matriaux de sous-fondation, une couche anticontaminante ou

une membrane gotextile peut tre ncessaire au-dessus des sols d'infrastructure.

La protection contre le gel peut tre omise pour certaines routes temporaires, ou lorsque le sol de support

est compos de sable ou de gravier contenant moins de 10 % de matriau passant le tamis de 80m.

1Une case Sol homogne a t ajoute dans le logiciel CHAUSSE 2 pour rendre cette directive plusvidente. La courbe de profondeur P, pour transitions, devient alors effective.


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12 - NORME POUR LES ROUTES FAIBLE TRAFIC

Dans le cas des routes faible trafic, il est possible dutiliser les tableaux 2.4-1 2.4-4 de la norme II-

2.4.1 au lieu du logiciel. Cela est possible lorsque toutes les conditions suivantes sont remplies :

- DJMA projet < 5 000

- Vhicules lourds / jour / voie < 250

- CAS / an / voie < 150 000

Il ny a quand mme aucune contre-indication utiliser le logiciel CHAUSSE lorsque cette situation se

prsente. Les deux mthodes peuvent toutefois conduire un rsultat diffrent. Le logiciel permet de tenir

compte dun plus grand nombre de variables particulires au projet, ce qui permet une conception plus

optimise. Il faut aussi noter que la norme est calcule avec le logiciel CHAUSSE. Cela implique quil

peut y avoir des priodes de transition durant lesquelles la mise jour du logiciel est en avance.

Loutil CAS du logiciel peut aussi tre utilis pour effectuer le calcul du DJMA projet ainsi que du

DJMA projet et corrig comme dfinis dans le tableau 2.4-4 de cette norme.

La norme est publie en ligne sur le site Internet suivant (Tome II, Construction routire, chapitre 2) :

http://www.publicationsduquebec.gouv.qc.ca/produits/ouvrage_routier.fr.html

La norme ne peut pas tre utilise lorsque le sol de support est compos dune argile varve ou lorsquil

est compos dun sol argileux ayant un indice de liquidit lev (IL0,9).

13 - RFRENCES BIBLIOGRAPHIQUES

Principaux liens utiles du ministre des Transports (normes, devis types, documents contractuels, guides,

manuels, bulletins Info DLC, etc.) :

http://www.publicationsduquebec.gouv.qc.ca/produits/ouvrage_routier.fr.html

http://www.mtq.gouv.qc.ca/fr/publications/affaires/contrats/index.asp#devis

http://www1.mtq.gouv.qc.ca/fr/reseau/chaussees/index.asp

1. AASHO (1962) Special Report 61A-61G : AASHO Road Test. HRB, National Research Council,

Washington DC..


178/196



2. AASHTO (1986, 1993) Guide for Design of Pavement Structures.Washington DC..

3. Armstrong, M.D. et T.I. Csathy (1963) Frost Design Practice in Canada Highway Research Record

no 33, 1963, pp 170-201.

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Design Subgrade in Support of the 1993 , publication no. FHWA-RD-97-083.

14 - POUR COMMUNIQUER AVEC NOUS

Vous pouvez joindre le Service des chausses ladresse suivante pour toute information additionnelle.

Nous vous invitons nous faire connatre vos commentaires et suggestions.

Service des chausses

Ministre des Transports du Qubec

930, chemin Sainte-Foy, 5etage

Qubec (Qubec) G1S 4X9

Tlphone : 418 644-0890

Tlcopie : 418 646-6195

Courriel : [email protected] Internet : http://www.mtq.gouv.qc.ca


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ANNEXE I

Recyclage froid des enrobs (RFE)


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ANNEXE I - RECYCLAGE FROID DES ENROBS (RFE)

Le recyclage froid des enrobs se fait gnralement sur une paisseur de lordre de 100 mm (de 85 110 mm). Il reste normalement une paisseur denrob fissur en dessous de la couche recycle. Il est

recommand de raliser les travaux de faon que lpaisseur non fissure (nf), qui reprsente lpaisseur

recycle plus lpaisseur du recouvrement, soit suprieure au moins deux fois l'paisseur d'enrob

fissur (f) laiss en place. Cela implique la ralisation dun planage lorsque lpaisseur en place est trop

leve. Lobjectif de ce critre (rapport nf / f > 2) est de rduire la vitesse de remonte des anciennes

fissures. Cette problmatique est telle quil est inutile de prvoir une priode de conception suprieure

20 ans.

Lpaisseur de recouvrement bitumineux doit respecter lpaisseur minimale indique dans la Figure A 1en supplment de lpaisseur calcule par le logiciel (mthode de lAASHTO).

Figure A 1 : Enrob chaud requis au-dessus dun enrob recycl froid de 100 mm (critre de fatigue)

(Thorie des couches lastiques, interfaces bien colls)

50

60

70

80

90

100

110

120

130

140

150

160

170

180

190

200

1 10 100

W18 (millions d'ECAS)

Enrobrequisaudessusdel'ERF(mm

)

0 mm d'enrob fissur laiss en place sous l'ERF





Limite minimale du nf / f = 2

Note:Ce critre de fatigue doit tre vrifi en

supplment de la mthode du nombre structural

SN

Structure de la chausse

H E v

1 axe y 5000 0.30

2 100 2400 0.30

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Notes Cours Chaussee