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Dimensionnement structural des chaussées souples Logiciel – Chaussée 2
(Formation – Février 2017)
Direction du Laboratoire des chaussées Service des chaussées
Secteur : Expertise en chaussées
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ISSN 1916-3975
ContexteUne méthode d’essai a été élaborée par le Direction du laboratoire des chaussées pour la « Détermination du module complexe des enrobés » [Info DLC, vol. 16, no 4], à la suite de quoi le module complexe (E*) d’enrobés typiquement utilisés au Québec a été déterminé afin de constituer une banque de données pour réaliser les expertises sur les enrobés et le dimensionnement des chaussées.
Ce projet a fait l’objet d’un rapport de recherche [Doucet et Auger 2010] et d’un article [Doucet 2010] dont les principaux résultats de module dynamique (|E*|) sont présentés. Seules les valeurs de |E*| sont indiquées, soit l’intensité du E*, puisqu’il s’agit du paramètre principal pour les expertises, et le dimensionnement.
Module dynamique des enrobésLe E* de trois types d’enrobés formulés avec les cinq types de bitumes les plus utilisés au Québec a été déterminé afin d’étu-dier l’influence de la granulométrie de l’enrobé et de la classe de performance du bitume. Les enrobés étudiés sont un enrobé de surface ESG-10, un enrobé utilisé en couche intermédiaire (ou de base) ESG-14 et un enrobé de base GB-20. Les bitumes utilisés sont un PG 58-28, PG 58-34, PG 64-28, PG 64-34 et PG 70-28, pour un total de 15 enrobés.
Les courbes maîtresses de |E*| des enrobés intermédiaires ESG-14 sont présentées en fonction de la température à la figure 1, pour une fréquence de référence de 10 Hz. La figure montre que le type de bitume influence la forme de la courbe maîtresse de |E*| de l’enrobé et que cette influence augmente avec la température sur une échelle logarithmique. Le |E*| des enrobés ESG-14 varie de 7 200 à 11 500 MPa à 10 °C et 10 Hz selon le type de bitume utilisé, avec un écart type important de 1 700 MPa.
La figure 1 montre également que le |E*| des enrobés avec un bitume PG H-28 est généralement plus élevé à température intermédiaire (≈10 °C) que celui des enrobés avec un bitume PG H-34. Le type de bitume influence également le |E*| à haute température (>40 °C), où l’enrobé avec un bitume PG 70-L a un |E*| plus élevé que les enrobés avec un bitume PG 64-L, qui ont à leur tour un |E*| plus élevé que les enrobés avec un bitume PG 58-L. Les enrobés avec le bitume PG 58-28 sont plus sensibles à la température que les autres enrobés. Ces observations sont similaires pour les enrobés ESG 10 et GB 20.
Vol. 17, no 2, avril 2012
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Figure 1 – Courbes maîtresses de module dynamique à 10 Hz des enrobés ESG-14 avec différents bitumes.
Les courbes maîtresses de |E*| sont également présentées à la figure 2 pour les enrobés avec un bitume PG 58-34, la classe de performance de bitume la plus utilisée au Québec. La figure confirme que le type de bitume influence la forme de la courbe maîtresse, alors que la granulométrie influence son intensité (position). Le |E*| varie de 6 300 à 7 700 MPa à 10 °C et 10 Hz selon le type d’enrobé, avec un écart type plus faible de 700 MPa.
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Figure 2 – Courbes maîtresses de module dynamique à 10 Hz des enrobés avec un bitume PG 58-34.
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Figure 4 – Influence de la granulométrie sur le module dynamique à 10 °C et 10 Hz des enrobés.
Par ailleurs, les vides moyens des enrobés ESG-10 et GB-20 sont de 4,8 % alors que les vides moyens des enrobés ESG-14 sont de 3,9 %, ce qui semble augmenter la valeur du |E*| des enrobés ESG-14 comparativement aux enrobés ESG-10 et GB-20. De même, les vides de l’enrobé GB-20 avec un bitume PG 70-28 sont de 6,1 %, ce qui diminue la valeur de |E*|.
ConclusionLe ministère des Transports du Québec a constitué une banque de données qu’il rend accessible pour la réalisation des expertises sur les enrobés et le dimensionnement des chaussées au Québec. Les résultats montrent que la forme de la courbe maîtresse de |E*| dépend principalement du type de bitume utilisé, alors que la granulométrie et les vides interstitiels influencent l’intensité (position) de la courbe.
RéférencesDOUCET, F., et B. AUGER. (2010) Détermination du module complexe des enrobés au ministère des Transports du Québec» – Matériaux et infrastructures, coll. Études et recherches en transport, Ministère des Transports du Québec, Québec.
DOUCET, F. (2010) «Dynamic modulus of asphalt mixes in Quebec», Proceedings of the 55th annual conference, Canadian Technical Asphalt Association, Edmonton, Canada.
RESPONSABLES : Félix Doucet, ing. M. Sc. A. Service des matériaux d’infrastructures
Bruno Auger, tech. spéc. Service des matériaux d’infrastructures
DIRECTEUR :
Guy Tremblay, ing. Direction du Laboratoire des chaussées
Paramètres d’influenceLes principaux paramètres qui influencent le E* des enrobés sont la fréquence (vitesse) et la température, puisque le |E*| varie en moyenne de 300 à 30 000 MPa entre 50 et -20 °C à 10 Hz. D’autre part, une étude de la répétabilité de l’essai démontre également que les vides interstitiels influencent le |E*| des enrobés. La figure 3 montre l’influence des vides sur le |E*| à 10 °C et 10 Hz d’un enrobé ESG-14 avec un bitume PG 58 34.
Le coefficient de détermination R2 de la relation entre les vides et le |E*| est de 0,52, ce qui indique que la variation du |E*| de l’enrobé dans le cadre de l’étude de répétabilité n’est pas uniquement expliquée par la variation des vides. Néanmoins, la relation indique que le |E*| varie d’environ 930 MPa lorsque les vides varient de 1 %, soit une variation de 14 % pour une valeur moyenne de |E*| de 6 800 MPa. L’influence des vides serait donc similaire à l’influence de la granulométrie.
R2 = 0,52
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ÉprouvettesRMSEModèle
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Figure 3 – Influence des vides sur le module dynamique à 10 °C et 10 Hz d’un enrobé ESG-14 avec PG 58-34.
L’influence de la granulométrie de l’enrobé et l’influence du type de bitume sur le |E*| à 10 °C et 10 Hz sont résumées à la figure 4 pour les 15 enrobés caractérisés. La température de 10 °C et la fréquence de 10 Hz sont considérées comme des paramètres moyens pour l’analyse de la fatigue sur autoroute. Ainsi, la figure montre que l’intensité du |E*| tend à augmenter lorsque le diamètre nominal maximal de l’enrobé augmente et qu’il existe un écart entre les bitumes PG H-28 et PG H-34. Le |E*| moyen est de 9 500 MPa avec un écart type de 1 600 MPa.
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34
Vol. 10, no 6, juin 2005
Module réversible des matériaux granulaires
PROBLÉMATIQUE
Le dimensionnement d’une chaussée selon une méthode mécaniste empirique requiert la détermination des propriétés mécaniques des matériaux de la chaussée. Cette approche permet de dimensionner l’épaisseur de chaque couche de la structure en fonction des contraintes et des déformations que subit la chaussée sous l’action du trafic et du climat (approche mécaniste), de même qu’en fonction des modèles d’endommagement des matériaux corrigés pour tenir compte des conditions in situ (approche empirique). Ce type d’approche permet d’évaluer la performance d’une chaussée avant sa construction, selon les matériaux utilisés et les sollicitations prévues.
Le comportement mécanique d’un matériau granulaire de chaussée est généralement défini par son module réversible (Mr)et son coefficient de Poisson réversible (νr). Le ministère des Transports du Québec (MTQ) utilise un équipement triaxial à chargement déviatorique répété (figure 1) pour déterminer ces propriétés selon la méthode LC 22-400 (1).
MODULE RÉVERSIBLE
Le comportement mécanique des matériaux granulaires est généralement considéré comme élasto-plastique non linéaire (figure 2). La déformation réversible est la déformation récu-pérée (élastique) à la suite de l’application de la contrainte sans considération de la déformation accumulée (plastique). Le Mr est le rapport entre la contrainte déviatorique (σd = σ1-σ3) et la déformation axiale réversible (ε1r), tel qu’il est présenté à l’équa-tion [1], et le νr est le rapport entre la déformation radiale réver-sible ε3r et ε1r, tel qu’il est présenté à l’équation [2] (figure 3).
Mr = σd / ε1r [1] νr = ε3r / ε1r [2]
Puisque σd est faible comparativement à la résistance du matériau granulaire et qu’il est répété plusieurs fois, la déformation est presque complètement récupérée. Ainsi, le Mr
et le νr sont utilisés comme propriétés élastiques pour le dimensionnement de chaussée.
ESSAI TRIAXIAL À CHARGEMENT RÉPÉTÉ
L’équipement triaxial à chargement déviatorique répété est constitué d’une cellule triaxiale permettant d’appliquer une pres-sion de confinement constante σ3 avec de l’air et d’une presse hydraulique permettant d’appliquer une contrainte axiale dévia-torique σd de forme sinusoïdale uniquement en compression.
L’échantillon a une hauteur de 300 mm et un diamètre de 150 mm. Le ε1r est mesuré par deux capteurs de déplacement positionnés de part et d’autre le long de l’échantillon, à 50 mm des plateaux de chargement, donc espacés de 200 mm. Le ε3r est mesuré par un capteur de déplacement installé sur un câble ceinturant le centre de l’échantillon. Un capteur de succion matricielle peut être installé au centre de l’échantillon lors du compactage.
L’échantillon est densifié avec un marteau vibrant en 7 couches, 30 s de vibration par couche, à une teneur en eau supérieure d’environ 2 % à l’absorption. Le matériau granulaire est écrêté au tamis 31,5 mm et doit avoir moins de 20 % passant le tamis 80 µm avec un indice de plasticité inférieur à 10. En moyenne, la masse volumique est environ 97 % de celle du proctor modifié avec 17 % de porosité et 27 % de saturation (2). L’échantillon est recouvert d’une membrane afin d’appliquer différentes pressions de confinement.
Le Mr et le νr sont caractérisés à 15 états de contrainte (tableau 1), puisque le comportement mécanique des matériaux granulaires est non linéaire (figure 2), donc fonction de l’état de contrainte ou de déformation. Chaque état de contrainte est appliqué pendant 60 cycles et les 5 derniers cycles sont retenus pour déterminer les Mr et νr moyens. Le temps de chargement est de 1 s suivi d’un temps de repos de 1 s. L’échantillon est conditionné par 10 000 cycles de chargement avant sa caractérisation. Le Mr et le νr sont caractérisés à la teneur en eau initiale de compactage, à la teneur en eau du matériau saturé à environ 90 % et à la teneur en eau du matériau drainé par gravité. Le drainage est ouvert lors des essais.
COMPORTEMENT NON LINÉAIRE
Le comportement non linéaire de Mr (fonction de l’état de contrainte) est généralement déterminé en fonction de la contrainte totale θ par l’équation [3] où θ = σd + 3σ3. Le νr est considéré comme constant pour le dimensionnement de chaussée.
abrM θ10= [3] baMr += θ [4] ba rr += 1εν [5]
La méthode LC 22-400 propose de déterminer le comportement non linéaire de Mr en fonction de θ selon la relation [4] et de νr
en fonction de ε1r selon la relation [5] (2). La figure 4 présente un exemple de résultats de Mr obtenus à différentes teneurs en eau et indique l’effet de la succion matricielle (2). Une
35
diminution de la succion matricielle, donc une augmentation de la teneur et eau, entraîne une diminution de Mr (2).
CONCLUSION
La méthode LC 22-400 permet la détermination du Mr et du νr des matériaux granulaires de chaussée. Ces propriétés sont nécessaires pour le dimensionnement des chaussées, notamment pour analyser l’influence de l’intensité des charges répétées (trafic) et des variations saisonnières de teneur en eau (dégel) sur la fissuration par fatigue du revêtement bitumineux. Ces propriétés permettent également l’évaluation de la performance des matériaux granulaires avant leur mise en œuvre, la comparaison de la performance de différents matériaux granulaires, la validation des spécifications de ces matériaux, l’évaluation du préjudice encouru en cas de non-conformité et l’étude du comportement de nouveaux matériaux de fondation.
RÉFÉRENCES
(1) MTQ, Méthode LC 22-400, Détermination du module réversible des matériaux granulaires, Les Publications du Québec, décembre 2004, 15 p.
(2) Doucet F. et G. Doré, Module réversible et coefficient de Poisson réversible des matériaux granulaires C-LTPP,57e Congrès canadien de géotechnique, Québec, 2004.
RESPONSABLE : Félix Doucet, ing. M. Sc. A. Service des matériaux d’infrastructures
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Figure 4 : Module réversible non linéaire
Figure 1 : Équipement triaxial à chargement déviatorique répété
Figure 2 : Comportement réversible d’un matériau granulaire
Figure 3 : Chargement triaxial des matériaux granulaires
Tableau 1 : États de contrainte pour la détermination du Mr
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2003 06 15
Guide de préparation des projets routiers
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Annexe Terrassement et structure de chaussée
TSC-04 � ISOLATION DES CHAUSSÉES
1. Isolation de la chaussée
Les couches isolantes ont pour effet de restreindre les échanges thermiques entre lescouches adjacentes, ce qui a pour conséquence d�empêcher ou de réduire la propaga-tion du gel. Les effets de l�action du gel, soit le soulèvement différentiel et la perte deportance au dégel, sont ainsi fortement réduits ou éliminés. Les performances observéessur plusieurs sections routières confirment que c�est une excellente solution de rechangeaux méthodes traditionnelles de transitions utilisées pour réduire les effets du gel. Pourplus de détails sur ces méthodes traditionnelles, on peut consulter la collection Normes �Ouvrages routiers du ministère des Transports du Québec.
L�isolation est généralement limitée aux cas de soulèvements différentiels importants(caractéristiques des sols, des structures de chaussée hétérogène, blocs, tranchéestranversales, etc.) ou de perte de portance au dégel. Les principaux cas où on conseillel�utilisation des techniques d�isolation sont les suivants :
# zones de déblais silteux ou argileux;
# présence d�un sol silteux ou argileux avec une gélivité ou un indice de liquiditéélevé (IL > 0,9) à l�intérieur de la zone soumise aux cycles de gel et de dégel;
# chaussée ayant un mauvais comportement au gel;
# lorsque c�est une solution plus économique que la construction de transitions.
L�isolant doit être placé à une profondeur minimale de 450 mm mesurée à partir dudessous du revêtement bitumineux, pour réduire les risques de givrage différentiel durevêtement. Pour des raisons de sécurité liées au risque de givrage différentiel, il estnécessaire d�éviter d�entreprendre ou de terminer la mise en place d�un isolant auxendroits suivants :
# dans les zones de freinage, comme celles qui sont situées à moins de 100 md�une intersection ou d�un passage à niveau;
# à l�intérieur d�une section en courbe incluant une longueur supplémentaire de50 m à chaque extrémité de la courbe;
# au sommet d�une côte;
# dans les pentes abruptes.
Dans la mesure du possible, il faut poursuivre l�isolation jusqu�à une zone non gélive,comme un affleurement rocheux. Dans le cas contraire, la couche isolante doit êtrepourvue de transitions longitudinales, dans lesquelles on diminue progressivement l�épais-seur de l�isolant. Des transitions plus sophistiquées, comme une surexcavation en biseaude l�infrastructure, peuvent être construites dans certaines situations jugées problémati-ques lors de l�étude.
Tome II � Constructionroutière, chap. 1, section 1.7
04.1
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Guide de préparation des projets routiersAnnexe Terrassement et structure de chaussée
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Les caractéristiques de l�isolant à prescrire, de même que les précautions à prendrelors de la mise en oeuvre, sont décrites dans la collection Normes � Ouvrages routiers duministère des Transports du Québec et dans le Cahier des charges et devis généraux. Ils�agit habituellement de panneaux de polystyrène extrudé à haute densité qu�on poseen épaisseurs de 25 à 75 mm. L�épaisseur doit être calculée de façon à fournir une pro-tection totale de l�infrastructure contre le gel ou de façon à contrôler les soulèvementsau gel en dessous d�un niveau prédéfini.
L�utilisation de produits de rechange, comme le polystyrène expansé, les résidus debois et le béton isolant avec billes de polystyrène, peut aussi être considérée après uneétude spécifique. Une vérification structurale doit également être effectuée pour s�assu-rer que les contraintes transmises sur l�isolant sont acceptables. Cette vérification n�estpas nécessaire avec le polystyrène normalisé (résistance en compression de 400 kPa), cardans ce cas l�épaisseur de matériaux granulaires imposée pour le critère de givrage four-nit une protection adéquate.
L�utilisation d�une couche isolante doit donc faire l�objet d�une étude spécifique pourdéterminer les caractéristiques des matériaux, la profondeur et l�épaisseur de la coucheainsi que pour établir le rapport coût/avantage de la technique. Le Service des chausséespeut être consulté pour déterminer les paramètres de conception.
2. Isolation de conduites ou d�ouvrages sous une chaussée
Les aqueducs sont généralement placés sous la ligne de pénétration maximaleatteinte par le gel. Les profondeurs d�enfouissement recommandées au Québec sesituent généralement entre 1,5 et 2,5 m, voire 3 m pour un indice de gel normal jusqu�à1800 °C·jours, selon l�endroit et les caractéristiques du site (type de sol, teneurs eneau, etc.).
L�isolation thermique est nécessaire pour les conduites transportant de l�eau qui sontexposées à des températures inférieures à 0 °C. Ce type d�intervention est généralementrequis pour des raisons d�économie, lorsqu�on abaisse le profil de la chaussée, lorsqu�onse retrouve en présence de roc, de risques de contamination ou d�autres obstaclesou contraintes empêchant l�excavation jusqu�à une profondeur hors d�atteinte du gel,ou encore lorsqu�on doit protéger de courts secteurs de conduites existantes sous lachaussée. Il peut également être nécessaire d�isoler certaines conduites d�égout pluvialou certains ponceaux susceptibles d�amener le gel vers des conduites d�égout et d�aque-duc. Les conduites peuvent être isolées à l�aide de panneaux de polystyrène; certainesconduites sont aussi vendues sous forme pré-isolée. Les propriétés que doit avoir l�isolantsont décrites dans la collection Normes � Ouvrages routiers du ministère des Transportsdu Québec.
Dans le cas d�un ponceau à grand diamètre (d ≥ 1 m), on doit s�assurer qu�au moinsle milieu de la conduite soit sous la ligne de gel, afin d�éviter son soulèvement. Uneconduite placée légèrement au-dessus de la ligne de gel peut ne pas geler grâce à l�éner-gie provenant du transport de l�eau, mais des problèmes peuvent survenir si le débit estinterrompu durant l�hiver.
2.1 Dimensionnement de l�isolation d�une conduite
La conception décrite dans la présente section vise à empêcher le gel d�atteindre laconduite, et ne couvre pas les travaux visant à atténuer d�éventuels problèmes de soulè-vements dus au gel.
Tome VII � Matériaux,chap. 14
Tome II � Constructionroutière, chap. 2,
section 2.6
Tome VII � Matériaux,chap. 14
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04.2
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Guide de préparation des projets routiers
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Annexe Terrassement et structure de chaussée
a) Épaisseur de l�isolant au-dessus d�une conduite
L�épaisseur de l�isolant thermique qui doit être installé dépend de la rigueur deshivers, des propriétés des matériaux (sols et chaussée), du type d�isolant et de la géomé-trie du problème.
La rigueur de l�hiver est prise en considération à l�aide de l�indice de gel normal.L�indice de gel normal (Ign) varie en fonction de la région du Québec, et il peut êtreobtenu en se référant à la collection Normes � Ouvrages routiers du ministère des Trans-ports du Québec. On peut également obtenir des valeurs précises auprès du ministère del�Environnement, ou encore en utilisant le logiciel « Chaussée », disponible dans le siteintranet de la Direction du Laboratoire des chaussées et dans le Internet du MTQ.
L�indice de gel normal représente une valeur moyenne calculée sur une période don-née. Pour les calculs d�isolation, on utilise habituellement une valeur majorée afin detenir compte des hivers plus froids que la moyenne. À cette fin, on introduit dans lecalcul l�indice de gel rigoureux (Igr ), calculé de façon à représenter un hiver correspon-dant à la moyenne des trois hivers les plus froids au cours d�une période de trente ansconsécutifs.
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Les courbes de la figure 1 permettent d�évaluer la résistance thermique requise enfonction de la profondeur de pénétration du gel acceptable (sable-gravier) sous l�isolant,ce qui correspond à la profondeur de la conduite mesurée à partir de la base de l�isolant.Cette résistance thermique (valeur RSI) est exprimée en m² • °C/W et la valeur entre paren-thèses indique l�épaisseur correspondante, en mm, pour l�isolant décrit dans la collectionNormes � Ouvrages routiers du ministère des Transports du Québec (0,86 m² • °C/W par25 mm d�épaisseur).
Figure 1 � Pénétration du gel dans une chaussée isolée
Tome VII � Matériaux,chap. 14, norme 14301
Tome II � Constructionroutière, chap. 1, fig. 1.7-1
Logiciel « Chaussée »http://www.dlc/http://www.mtq.gouv.qc.ca
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Guide de préparation des projets routiersAnnexe Terrassement et structure de chaussée
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La pénétration du gel indiquée (figure 1 et équation 2) n�est précise qu�en présenced�un matériau granulaire sablonneux; les calculs ont été réalisés pour un cas type com-portant un MG 112 (masse volumique sèche de 1,95 tonnes/m3 et teneur en eau de11 %) sous la couche isolante. La pénétration du gel serait moindre dans le cas d�unmatériau plus humide ou moins dense, et plus profonde en présence d�un matériau plussec ou plus dense.
b) Largeur de l�isolant de part et d�autre d�une conduite
Lorsqu�on isole une conduite pour la protéger du gel, un excédent d�isolation doitêtre prévu de chaque côté afin d�éviter que le gel ne contourne l�isolant. La largeur decet excédent (l ) peut être déterminée selon la figure 2.
Note : calcul fait pour un isolant à 600 mm de la surface.
Figure 2 � Excédent d�isolation requis de part et d�autre d�une conduite
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Guide de préparation des projets routiers
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Annexe Terrassement et structure de chaussée
Lorsque la profondeur de l’isolant est supérieure à 600 mm, il est possible de réaliserun calcul plus précis de cet excédent à l’aide de l’équation suivante :
(éq. 2)
où Pg
: pénétration du gel dans les fondations granulaires (mm)
Pi
: profondeur d’installation de l’isolant, mesurée entre la surface et
la base de l’isolant (mm)
∆Pci
: distance entre l’isolant et la conduite (minimum 150 mm)
La position de l’isolant par rapport à la conduite est indiquée sur la figure 3. Connais-
sant le diamètre extérieur de la conduite (D), la largeur horizontale à isoler (L) sera :
(éq. 3)
Figure 3 – Isolation d’une conduite (couche horizontale)
04.5
ngIgIgP 8854589 ≈−=
l2+= DL
Note : transitions requises si le surlèvement différentiel est supérieur à 20 mm (∆h > 20 mm).
( ) 22
ciigPPP ∆−−≥l
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Il est aussi possible de réduire la largeur de la tranchée requise en adoptant uneisolation en U renversé, comme le montre la figure 4. Dans ce cas, l est décomposé enl1 et l2 et le périmètre (L) de cette protection doit être supérieur ou égal àD+2(l1 + l2), à moins qu�on enrobe entièrement la conduite avec l�isolant. La base de ceU renversé doit être au moins aussi profonde que le dessous de la conduite.
Figure 4 � Isolation d�une conduite (U renversé)
où 21 lll +=
l satisfait l�équation 2 :
c) Transitions de l�isolant
L�isolation à l�intérieur d�une structure de chaussée élimine ou réduit de façon impor-tante le soulèvement de la surface sous l�effet du gel. Il est fréquent que le soulèvementdû au gel de la partie non isolée altère le confort de roulement lors du passage d�unezone isolée à non isolée (soulèvement différentiel). L�isolation d�une conduite peut donccauser ou accentuer des problèmes de soulèvements différentiels si le sol sous-jacent atendance à gonfler sous l�effet du gel.
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DPPP ciii +∆+≥+ 2l
( ) 22 ciig PPP ∆−−≥l
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Guide de préparation des projets routiers
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Annexe Terrassement et structure de chaussée
Pour y remédier, des transitions doivent être aménagées, comme il est indiqué dans lacollection Normes � Ouvrages routiers du ministère des Transports du Québec, à moinsque le soulèvement différentiel prévu soit inférieur à 20 mm. Dans le cas d�une réfectionde chaussée, ce soulèvement peut être déterminé en comparant la mesure précise del�élévation de la surface en été ou en automne avec la même mesure, prise exactementau même endroit vers la fin de l�hiver, avant le début du dégel. On peut aussi prendre enconsidération le soulèvement théorique calculé ou anticipé à partir de la connaissancedu site des travaux, de la stratigraphie des couches et des propriétés des matériaux.
Le devis normalisé Travaux de construction � Clauses techniques générales �Conduites d�eau et égouts peut être consulté pour obtenir plus de détails sur les condi-tions de mise en place de l�isolant et les accessoires à utiliser. Le Service des chausséespeut également être consulté pour déterminer les paramètres de conception de l�isola-tion des chaussées et des conduites.
Tome II � Constructionroutière, chap. 2, section 2.6
NQ 1809-300
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Vol. 8, no 12, décembre 2003
Prise en compte du givrage
dans la conception des chaussées
comprenant un isolant thermique
PROBLÉMATIQUE
L’isolation thermique est une technique utilisée par le ministère des Transports du Québec (MTQ) depuis le début des années 70. Cette technique permet de réduire la détérioration des chaussées sous l’effet du gel des sols d’infrastructures. Par contre, le refroidissement de surface plus intense consécutif à la mise en place d’un isolant favorise, dans certaines conditions climatiques, la formation et le dépôt de givrage différentiel. Le terme « givrage différentiel » désigne la formation de givre ou de gelée blanche à la surface des sections isolées alors que la surface des sections adjacentes sans isolant demeure sèche. Il est connu que plus l’isolant est placé profondément sous la surface, plus le risque de givrage différentiel est faible. La couche de matériaux granulaires placée sur l’isolant sert de tampon thermique avant que le gel n’atteigne l’isolant (Info DLC, vol. 5, no11, novembre 2000). La pratique du MTQ de placer une couche de 450 mm de matériaux granulaires MG-20 sur la couche isolante (1) est étendue à l’ensemble du territoire québécois. L’objectif de cette étude est de développer une approche régionale de conception de la couche de protection granulaire pour réduire au minimum le risque de formation de givrage différentiel sur les chaussées comportant un isolant thermique. Elle permettra d’améliorer la norme sur l’isolation (1).
MÉTHODOLOGIE
À partir d’une étude du givrage différentiel sur le terrain et d’une étude paramétrique effectuée à l’aide du logiciel de calcul thermique VERGLAS (2), une analyse régionale du risque de formation de givrage différentiel a été réalisée pour huit villes du territoire québécois (figure 1). Cette analyse a permis de constater que la température de surface d’une chaussée comportant un isolant thermique diminue progressivement par rapport à une chaussée sans isolant seulement après que l’isotherme 0 °C (front de gel) eut pénétré dans la couche isolante. L’analyse a également permis d’observer que la période où le risque de givrage différentiel est le plus élevé se situe à la fin de l’automne, la durée de cette période variant en fonction du climat régional. Pour réduire au minimum le risque de formation de givrage différentiel, la couche de protection granulaire doit donc être suffisamment épaisse pour que le gel ne pénètre la couche isolante qu’après la fin de la période à risque élevé. La conception régionale de l’épaisseur de la protection granulaire à l’aide de VERGLAS s’appuie aussi sur le temps nécessaire au gel pour pénétrer dans la couche isolante (3).
RÉSULTATS
Une série d’abaques de conception a été produite afin de déterminer l’épaisseur minimale (eMG-20) de la couche de protection granulaire nécessaire à la réduction du risque de givrage différentiel (figures 2 à 5). L’abaque adéquat est choisi en fonction de la conductivité thermique de la pierre de fondation ks (tableau 1). L’épaisseur eMG-20 est obtenue en reportant la valeur de la température moyenne annuelle Tma de la région étudiée sur la droite correspondant à l’épaisseur de la couche isolante eiso utilisée sur le site (figure 4). Cette méthode est applicable à toutes les régions du Québec en utilisant la température moyenne annuelle (Tma). Par exemple, à Québec (Tma = 4 °C), avec une fondation en pierre granitique (ks = 2,5 W/m °C), il est requis d’étendre une couche de 430 mm de MG-20 au-dessus de l’isolant. Le Tma varie généralement entre 0,9 °C (Sept-Îles) et 6,1 °C (Montréal). Une correction de eMG-20 en fonction de la teneur en eau peut aussi être faite lorsque la teneur en eau anticipée dans la fondation est différente de 3,5 % (wf = teneur en eau massique dans la fondation) : eMG-20(w) = (1,16 – 0,044wf) x eMG-20(abaque) –52 lnwf+66 [mm]
CONCLUSION
Il est possible de dimensionner une chaussée comprenant un isolant thermique en tenant compte du climat régional afin de réduire le risque de formation de givrage différentiel. Cette méthode est plus économique au sud du Québec et plus sécuritaire au nord du Québec que celle qui consiste à placer 450 mm de MG-20 sur la couche isolante dans l’ensemble du territoire de la province. Elle permet d’élargir le domaine d’application des isolants thermiques.
NOTE : Ces travaux ont été réalisés par Jean Côté, Ph.D. attaché de recherche au Département de génie civil de l’Université Laval.
RÉFÉRENCES
(1) Ministère des Transports du Québec, Tome II, Construction routière, chapitre 1 « Terrassement », Les Publications du Québec, Québec, 1995, 13 pages (collection Normes-Ouvrages routiers).
(2) Côté, J. et J.M. Konrad, « A field study of hoarfrost formation on insulated pavement », Canadian Geotechnical Journal, vol. 39, 2002, p. 547-560.
(3) Côté, J. et J.M. Konrad, Une nouvelle approche régionale de conception des chaussées avec isolant thermique tenant compte
Vol. 8, n° 12, décembre 2003
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du risque de givrage différentiel, Rapport CREIG-S4, Département de génie civil, Université Laval, 2003, 32 pages.
RESPONSABLE : Yves Savard, ing. M.Sc. Service des chaussées
Matériaux ρs [kg/m³] ks [W/m°C] argile et silt 2,75 2,8
basalte 2,9 1,7 calcaire 2,7 2,5 dolomie 2,9 3,8
gneiss 2,75 2,6 gneiss granitique 2,75 2,5
granite 2,75 2,5 grès dur 2,8 2,5
grès mou 2,1 1,0 marbre 2,8 3,2 schiste 2,65 <1,5
shale 2,65 2,0 tourbe 1,3 0,25
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(mm)
Figure 1 : Villes du territoire couvert par l’étude Tableau 1 : Conductivité thermique moyenne desparticules solides des pierres et de certains sols
Figure 2 : Abaque de conception pour ks = 1,5 W/m°C
Figure 4 : Abaque de conception pour ks = 2,5 W/m°C
Figure 3 : Abaque de conception pourks = 2 W/m°C
Figure 5 : Abaque de conception pour ks = 3 W/m°C
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PROBLÉMATIQUE
La formation de lentilles de glace dans les sols d’infrastructurepeut entraîner un soulèvement de la surface d’une chaussée. Enpériode de dégel, la fonte de ces lentilles peut entraîner une pertede la capacité portante et un tassement du sol. La gélivité d’unsol, ou sa susceptibilité au gel, est appréciée par le potentiel deségrégation SP, qui peut être déterminé selon trois méthodesdifférentes.
PROCÉDURE D’ESSAI SP
L’Université Laval (1) a mis au point un essai permettant demesurer la susceptibilité au gel des sols d’infrastructure et, ainsi,de prévoir les soulèvements. Le ministère des Transports duQuébec (MTQ) a acquis une cellule de gel et élaboré une procé-dure d’essai semblables simulant le gel dans un sol. Le paramètremesuré, le potentiel de ségrégation SP (mm2/oC.h), traduit laréaction du sol à une sollicitation thermique. Il s’agit du rapportentre le taux de soulèvement du sol et le gradient thermique dansle sol gelé près de l’isotherme 0 °C lorsque le front de gel devientquasistationnaire. Le soulèvement est dû, d’une part, à l’apportd’eau interstitielle qui migre vers un front de ségrégation (àquelques dixièmes de degré sous 0 °C) pour former une lentillede glace et, d’autre part, à la variation de volume de 9 % à l’occa-sion de la transformation de l’eau en glace. Le taux de soulève-ment du sol est alors égal à 1,09’v, où’v représente la vitesse del’écoulement de l’eau de migration.
Une éprouvette de sol saturé de 10 cm de diamètre sur 12 cm dehauteur est placée dans une enceinte à 2 oC. Elle est soumise àune température de –4 oC à son sommet et à + 1 oC à sa base.L’évolution de la température est mesurée à différentes élévationsau moyen de thermistances, et le soulèvement est mesuré ausommet de l’éprouvette au moyen d’un capteur de déplacement.Ces données permettent de déterminer en tout temps la profondeurdu front de gel. Les résultats présentés dans les figures ci-jointesproviennent d’un échantillon du site expérimental de Saint-Célestin (2). Le SP est calculé au point A (figure 1) au momentoù le front de gel est quasistationnaire (à 20 heures dans le casprésent). À ce point, la tangente à la courbe de soulèvement enfonction du temps (f igure 2) donne la valeur du taux desoulèvement (82,5 x 10-3 mm/h). Le profil de température mesurédans l’échantillon à 20 heures permet quant à lui de calculer legradient de température (32,5 x 10 3 °C/mm) en déterminant la pente
Vol. 7, no 2, février 2002
Le potentiel de ségrégation SPet la gélivité des sols
de la température en fonction de la profondeur dans la partiegelée de l’échantillon (figure 3). Le potentiel de ségrégation obte-nu en appliquant le rapport indiqué plus haut est de 2,5 mm2/°C.h.
Les valeurs du SP déterminées au moyen de l’essai de laboratoire(1re méthode) sont généralement plus élevées que celles déter-minées directement en chantier (2e méthode) à partir des soulève-ments in situ (3). En effet, l’essai favorise la formation de lentillesde glace, ce qui crée un soulèvement plus important que sur leterrain.
L’essai SP peut durer une semaine; on peut toutefois l’arrêterdans la journée qui suit le début de l’essai, après que le front degel soit devenu stationnaire.
ESTIMATION EMPIRIQUE DU SP
Le SP peut aussi être estimé au moyen d’une corrélation empirique(3e méthode) à partir de la dimension des particules fines, de lateneur en eau, de la limite de liquidité et, depuis plus récemment(4), de la valeur au bleu de méthylène. La fiabilité de l’estimations’améliore au fur et à mesure que la banque de données s’enrichitde nouveaux résultats d’essais. Cette estimation est utilisée pourdes études courantes pour lesquelles on ne dispose pas de résultatde laboratoire ou de mesure de soulèvement’in situ.
UTILISATION DU SP POUR LE DIMENSIONNEMENTDE CHAUSSÉES
Le soulèvement au gel d’une chaussée construite sur un sold’infrastructure caractérisé par une valeur de SP peut être pris encompte dans le dimensionnement d’une chaussée neuve ouréhabilitée. Le calcul consiste à simuler le soulèvement enfonction du SP, de l’indice de gel caractéristique et de la résistancethermique des couches composant la structure de la chaussée.La structure retenue doit satisfaire les exigences structurale etthermique. L’exigence thermique peut, entre autres choses, êtreexprimée en fonction du soulèvement maximal admissible.L’expérience actuelle indique que le comportement d’une chaus-sée est jugé acceptable lorsque le soulèvement n’excède pas 50ou 60 mm. Le calcul peut se faire suivant diverses approchesempiriques, analytiques ou numériques, incluant la méthode deséléments finis. Ces simulations peuvent être faites à rebours pourdéterminer in situ la valeur SP de l’infrastructure d’une chausséeexistante (2e méthode) lorsque celle-ci est instrumentée au moyende tubes de gel et de repères de soulèvement.
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DIRECTEUR :Michel Labrie.ing.
CRITÈRE DE GÉLIVITÉ
Le phénomène du gel dans les sols est complexe à décrire. Il afait l’objet de nombreuses publications. La migration de l’eauinterstitielle vers le front de gel et la formation de lentilles deglace qui s’ensuit sont les causes physiques les plus évidentes dusoulèvement de la surface. Les effets du gel et la susceptibilitédes sols au gel sont pris en compte différemment selon lesorganisations. Le MTQ calcule une épaisseur minimale de struc-ture de chaussée en fonction de l’indice de gel, du type de routeet du type de sol afin d’assurer une protection partielle (solhomogène) ou totale (sol hétérogène ou gélif). Les critères degélivité les plus utilisés sont fondés sur la granulométrie ou leslimites d’Atterberg. Une nouvelle échelle ou un nouveau critèrede gélivité d’un sol associé au comportement de la chausséequébécoise est proposé dans le tableau suivant. L’indice de soulè-vement est le rapport entre le soulèvement mesuré in situ etl’épaisseur de sol gelé en place.
détermination en laboratoire permet maintenant de trouver unevaleur plus représentative du soulèvement de la surface de la chaus-sée et de mieux apprécier la gélivité d’un sol d’infrastructure.
Note : Le présent bulletin et les travaux de laboratoire ont étéréalisés en partenariat avec Jean-Marie Konrad, professeurà l’Université Laval, à Québec.
RÉFÉRENCES
(1) Konrad, J.-M. 2000, « Assessment of Subgrade Frost Suscep-tibility from Soil Index Properties », Recueil des communica-tions, 9th International Symposium on Ground Freezing, Louvain-La-Neuve, Belgique, 11-13 septembre 2000, p. 89-94.
(2) Savard, Y., Rioux, N., Boutonnet, M., Corté, J.F. 1999, « Lacollaboration MTQ-LCPC », Géoglobe, no 7, automne 1999,p. 18-22.
(3) Doré, G., Rioux, N. 1999, « La recherche de solutions pra-tiques pour améliorer le comportement des chaussées soumisesau gel », Revue générale des routes, Hors série no 9, p. 108-109.
(4) Konrad, J.-M., 2000, « Nouveau critère de gélivité des solsd’infrastructures », Recueil des communications, 35e congrèsannuel de l’AQTR, Québec, 3 et 4 avril 2000, 18 pages.
RESPONSABLES : Louis Langevin, ing. M. Sc.Service des matériauxd’infrastructuresDenis St-Laurent, ing. M.Sc.Service des chaussées
SusceptibilitéPotentiel de
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CONCLUSION
Le potentiel de ségrégation SP, qui caractérise la susceptibilitédes sols au gel, est de plus en plus utilisé pour le dimensionnementdes chaussées. Il l’était auparavant de manière empirique; sa
Figure 1 : Évolution de la profondeur du front de gel
Figure 2 : Taux de soulèvement
Figure 3 : Profil de température
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1
ISSN 1916-3975
Vol. 15, no 4, décembre 2010
Étude de la gélivité sur chaussée existante
Problématique
La plupart des techniques d’entretien ou d’amélioration ne peuvent connaître qu’un succès mitigé sur une structure de chaussée qui se déforme annuellement sous les effets du gel. Il est donc essentiel d’en tenir compte lors de la conception ou lors du choix du type d’intervention. Cela est plus facile dans le cas d’une chaussée existante puisqu’il suffit d’observer son comportement durant l’hiver, moyennant la collecte de quelques données de base complémentaires. Les problèmes de gel se manifestent par des soulèvements plus ou moins uniformes (figure 1). On les ressent principalement vers la fin de l’hiver lorsque la profondeur de gel est maximale. Ils sont causés par la formation de lentilles de glace produites par cryosuccion dans les sols gélifs. Ce phénomène est reproductible en laboratoire (Info DLC, vol. 7, n°2). Il existe également quelques méthodes théoriques permettant de le simuler dans un calcul en fonction du climat et des couches de matériaux (Info DLC, vol. 11, n° 6).
Méthodologie
Les étapes de la méthode préconisée sont les suivantes :
1. Faire un relevé visuel et marquer les emplacements à mesurer. Privilégier une visite d’hiver (février-mars) pour cibler les endroits sensibles au gel.
2. Collecter les données stratigraphiques. On effectue en général quelques sondages et on caractérise quelques échantillons de sols (granulométrie, teneur en eau, limites d’Atterberg). Il est possible que ces données soient disponibles dans des rapports d’études antérieures. a. En option : insérer un gelmètre dans l’un des
sondages et effectuer des analyses de sols complémentaires (sédimentométrie, valeur au bleu de méthylène, potentiel de ségrégation).
3. Mesurer les élévations de la surface en hiver (février-mars) et en été (mai-novembre). La méthode la plus abordable consiste en un relevé d’arpentage avec mire et niveau (figure 1). Les mesures doivent être reprises exactement au même endroit, ce qui implique un marquage en conséquence (peinture, clous d’arpentage).
Elles doivent aussi être référencées par rapport à un repère fixe (roc, bâtiment ou structure) afin de permettre la soustraction des valeurs des deux relevés. a. En option : ajouter des relevés au profilomètre pour
augmenter la densité de points (mesure en continu) et interpréter le confort de roulement (IRI = IRIhiver – IRIété).
4. Tracer les résultats sur un graphique (figure 2). Délimiter les secteurs homogènes. Interpréter les résultats, tirer les conclusions, dégager les avenues de solution. Choisir les points caractéristiques pour les calculs de dimensionnement.
5. Importer les données climatiques mesurées à l’étape 3. Les températures journalières sont publiées mensuellement sur le site Internet d’Environnement Canada. Le chapitre « 8.2.2 Édition d’un fichier CLM » du guide d’utilisation du logiciel Chaussée 2 décrit la procédure.
6. Étalonner le logiciel Chaussée 2 pour assurer sa représentativité par rapport au site étudié.
Pour ce faire, choisir l’hiver de la mesure et entrer les autres données disponibles (matériaux, épaisseurs, teneurs en eau, masse volumique). Le pourcentage de saturation (Sr) est affiché par le logiciel afin d’assister le choix d’une masse volumique sèche compatible avec la teneur en eau utilisée. Il est aussi possible de subdiviser les strates de sol en fonction de leur nature ou de la position de la nappe phréatique. Ajuster au besoin le potentiel de ségrégation du sol de façon que les résultats du calcul soient représentatifs du comportement observé sur le site (profondeur de gel et soulèvement).
7. Retenir les caractéristiques du sol obtenues à l’étape précédente, choisir l’hiver de conception et simuler les variantes envisageables. Dimensionner ces variantes de façon à contrôler les soulèvements à l’intérieur du seuil acceptable. Le seuil se situe entre 50 et 70 mm, suivant le tableau 2.4–1 de la norme du MTQ (collection Normes–Ouvrages routiers, Tome II – Construction routière, chapitre 2).
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2
Info DLC, vol. 15, no 4, décembre 2010 Étude de la gélivité sur chaussée existante
Étude de cas
Les mesures d’une étude réelle sont illustrées à la figure 2. On y trouve le tracé des profils longitudinaux d’été et d’hiver, ainsi que la différence entre les deux (soulèvement représenté en rouge). Les points rouges ont été mesurés à la mire et au niveau tandis que les traits continus proviennent d’un profilomètre portatif. Les lignes verticales illustrent l’emplacement des sondages pour lesquels on connaît la stratigraphie.
Plusieurs déductions peuvent être faites avant même d’utiliser Chaussée 2. Le sondage situé au chaînage 5+150 avait atteint le roc à 1,2 m de profondeur : le soulèvement y est nul – résultat logique –, et le tracé des soulèvements délimite exactement l’étendue (20 m) de cet affleurement de roc. La transition sol/roc y est jugée déficiente avec des pointes d’IRI10 mètres de 4,7 et 11,3 m/km en octobre et mars respectivement. L’IRI est mauvais en divers autres points où le profil s’avère irrégulier (p. ex. : 5+250, 5+300 et 5+400). Dans l’ensemble, les soulèvements au gel atteignent plus de 150 mm dans les pires endroits. Les fissures, distorsions et lézardes réapparaîtront sûrement l’hiver suivant si on se contente d’un retraitement en place ou de travaux d’asphaltage. L’élimination du problème nécessite une intervention plus lourde telle que la surexcavation ou l’insertion de panneaux isolants en polystyrène. La figure 2 fait ressortir l’emplacement d’endroits exempts de soulèvement, que l’on pourrait choisir pour amorcer et terminer la pose de polystyrène. Ces endroits pourraient correspondre aux deux extrémités du secteur étudié (5+050 à 5+520). Ils pourraient aussi être situés entre les différents secteurs « gélifs », dans le cas où le budget ne permettrait de réparer qu’une portion du projet.
Le logiciel Chaussée 2 permet enfin de dimensionner les variantes d’intervention. Aux fins de l’exercice, nous avons choisi le profil stratigraphique initial du sondage situé à 5+410, où nous avons mesuré, en date du 19 mars 2009, une profondeur de gel (Z) de 2,37 m et un soulèvement (h) de
139 mm. Le premier calcul est illustré à la figure 3. On y trouve les données du sondage, ainsi que les valeurs de potentiel de ségrégation (SPo de 4.8 et 8.5) qui permettent de reconstituer la profondeur de gel et le soulèvement au gel mesuré sur la route. On obtient de cette façon un modèle représentatif du comportement de la chaussée à cet endroit. Il ne reste plus qu’à sélectionner l’hiver de conception et à modifier la structure de chaussée conformément aux variantes envisagées. Le logiciel indiquera les conséquences attendues relativement au soulèvement au gel. Pour ce cas précis, l’étude suggère soit de rehausser la chaussée de près de 1 m (variante rejetée), soit de reconstruire jusqu’à 2,25 m de profondeur, ou de reconstruire jusqu’à 650 mm de profondeur pour insérer des panneaux de polystyrène de 50 mm d’épaisseur.
Conclusion
La méthode proposée se base sur des paramètres couramment accessibles et conduit à des indicateurs de performance quantifiables. L’étalonnage du calcul avec des mesures de soulèvement in situ permet de garantir la représentativité de l’analyse au point de vue du système sol-chaussée-climat. L’approche nécessite un peu de planification à cause du suivi d’un hiver, mais elle est très prisée en raison de son efficacité pour aborder les problèmes de gel. Elle a été utilisée avec succès à plusieurs reprises au Ministère.
RESPONSABLE : Denis St-Laurent, ing., M. Sc. Service des chaussées
DIRECTEUR :
Guy Tremblay, ing.M.Sc.A.
Figure 1 :Mesure des soulèvements
au gel (mire et niveau et profilomètre portatif)
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Figure 2 : Tracé des profils, soulèvements au gel et indices IRI
Figure 3 : Simulation Chaussée 2, étalonnée pour le sondage 5+410
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Denis St-Laurent, ing. M. Sc.
Ministère des Transports du Québec
Service des chaussées
Québec, le 12 juillet 2006
Date de mise à jour : 19 décembre 2006.
2
CHAUSSÉE 2 : Logiciel de dimensionnement des chaussées souples Guide de l’utilisateur
Service des chaussées
TABLE DES MATIÈRES LISTE DES SYMBOLES ET ABRÉVIATIONS INTRODUCTION ........................................................................................................................................... 1 1 - CONFIGURATION MINIMALE REQUISE............................................................................................... 2 2 - NOUVEAUTÉS DANS LA VERSION ACTUELLE (version 2.0) ........................................................... 3 3 - HISTORIQUE DES VERSIONS PRÉCÉDENTES................................................................................... 3 4 - INSTALLATION DU LOGICIEL............................................................................................................... 4 5 - SURVOL RAPIDE.................................................................................................................................... 5
5.1 - PARTICULARITÉS DE L’INTERFACE UTILISATEUR ................................................................................................ 8 6 - OBJECTIFS DE PERFORMANCE ET DE DURÉE DE VIE.................................................................. 12
6.1 RECOMMANDATION SUR LE CHOIX DE LA DURÉE DE VIE ..................................................................................... 13 7 - DÉBITS DE CIRCULATION ET TRAFIC LOURD ................................................................................ 14
7.1 - DISTRIBUTION DES CAMIONS SUR LES VOIES ..................................................................................................... 16 7.2 - COEFFICIENT D'AGRESSIVITÉ MOYEN (CAM).................................................................................................... 17 7.3 - COEFFICIENT D'AGRESSIVITÉ (CA) POUR UN CAMION DONT LA CHARGE EST CONNUE ...................................... 18
8 - CLIMAT.................................................................................................................................................. 21 8.1 ZONE CLIMATIQUE ET TEMPÉRATURE EFFECTIVE DU REVÊTEMENT..................................................................... 21 8.2 - TEMPÉRATURES ET INDICES DE GEL .................................................................................................................. 22
8.2.1 Transfert de chaleur à la surface (facteur n) .............................................................................................. 22 8.2.2 Édition d’un fichier CLM ........................................................................................................................... 23
9 - CALCUL STRUCTURAL....................................................................................................................... 25 9.1 - ÉQUATION DE L’AASHTO ............................................................................................................................... 25 9.2 - PRINCIPE D’APPLICATION DE L’ÉQUATION DE L’AASHTO ............................................................................... 27 9.3 - MODULE DE RÉSILIENCE (MR) .......................................................................................................................... 29
9.3.1 - Variations saisonnières du module de résilience...................................................................................... 30 9.3.2 - Facteur d’étalonnage du module de résilience (FMr) .............................................................................. 32
10 - CALCUL DU GEL................................................................................................................................ 36 10.1 DIMENSIONNEMENT AU GEL ET SEUIL DE SOULÈVEMENT ADMISSIBLE .............................................................. 36 10.2 DESCRIPTION DU MODÈLE MATHÉMATIQUE ...................................................................................................... 37 10.3 – GÉLIVITÉ (SP) ................................................................................................................................................ 39
10.3.1 Indice de gélivité sans surcharge (SP0).................................................................................................... 40 10.3.2 Coefficient de surcharge (a)...................................................................................................................... 42 10.3.3 Sol argileux varvé ou ayant un indice de liquidité élevé (IL ≥ 0,9) ........................................................... 44
10.4 – CONDUCTIVITÉ THERMIQUE (K) ..................................................................................................................... 44 10.4.1 Conductivité thermique (Ks) et masse volumique des particules solides (ρs) ........................................... 45
10.5 – CHALEUR LATENTE DE FUSION (LF) ............................................................................................................... 46 10.6 – MASSES VOLUMIQUES ET VOLUMÉTRIE .......................................................................................................... 46 10.7 - SURFACE SPÉCIFIQUE (SS) ET TENEUR EN EAU GELÉE (WF) OU NON GELÉE (WU)............................................. 47 10.8 - ÉTALONNAGE DU CALCUL AVEC DES MESURES DE TERRAIN ........................................................................... 48
11 - CRITÈRE DE GEL DE 1994 ................................................................................................................ 50 12 - NORME POUR LES ROUTES À FAIBLE TRAFIC ............................................................................ 53 13 - RÉFÉRENCES BIBLIOGRAPHIQUES ............................................................................................... 53 14 - POUR COMMUNIQUER AVEC NOUS ............................................................................................... 56
ANNEXES : I. Recyclage à froid des enrobés (RFE)
II. Caractérisation de sol en laboratoire - Instructions pour évaluer la gélivité
III. Isolation des chaussées
CHAUSSÉE 2 : Logiciel de dimensionnement des chaussées souples Guide de l’utilisateur
Service des chaussées
LISTE DES SYMBOLES ET ABRÉVIATIONS
σ : pression ou contrainte (MPa ou kPa)
σIG : écart type de l’indice de gel (°C·jours)
γ : poids volumique (kN/m³)
ρ : masse volumique (t/m³)
ρd : masse volumique sèche (t/m³)
ρs : masse volumique des particules solides (t/m³)
ν : coefficient de Poisson
ΔPSI : écart de PSI admis entre l’état initial et l’état final d’une chaussée
a : coefficient structural ou coefficient de surcharge pour le potentiel de ségrégation (MPa-1)
AASHTO : American Association of State Highway and Transportation Officials
ASTM : American Standard of Testing Materials
BB : béton bitumineux ou enrobé bitumineux
BNQ : Bureau de normalisation du Québec
CA : coefficient d’agressivité (ÉCAS)
CAM : coefficient d’agressivité moyen (ÉCAS)
CBR : indice de portance californien (California bearing ratio)
CCDG : Cahier des charges et devis généraux
Chi : paramètre χ pour la modélisation de la conductivité thermique
CRREL : U.S. Army, Cold Regions Research Engineering Laboratory
Cu : résistance au cisaillement non drainé (kPa)
d50FF : diamètre moyen des particules fines (passant 80µm)
Dir : fraction du camionnage dans une direction
DJMA : débit journalier moyen annuel
dt : intervalle de temps (heures)
dVi : gonflement du volume interstitiel
dz : avancée du front de gel (mm)
CHAUSSÉE 2 : Logiciel de dimensionnement des chaussées souples Guide de l’utilisateur
Service des chaussées
dzo : avancée du front de gel avant prise en compte du soulèvement (mm)
E : module d’élasticité (MPa)
ÉCAS : équivalent de charge axiale simple de 8160 kg
Eta : paramètre η pour la modélisation de la conductivité thermique
fa : facteur d’accroissement
FAS : facteur d’ajustement saisonnier
FMr : facteur d’ajustement du module de résilience
FR : facteur de route (critère de gel de 1994)
FS : facteur de sol (critère de gel de 1994) ou facteur de sécurité (Outil ÉCAS)
G : gradient géothermique (°C/m)
g : taux d’accroissement annuel (%)
grad T- : gradient de refroidissement au front de gel (°C/m)
grad T+ : gradient géothermique (°C/m)
H : épaisseur d’une couche (mm) ou heures
h : soulèvement au gel (m)
ho : soulèvement au gel causé par le gonflement interstitiel (m)
hs : soulèvement au gel causé par la ségrégation des lentilles de glace (m)
IG : indice de gel (°C·jours)
IGn : indice de gel normal (°C·jours)
IGs : indice de gel transmis à la surface (°C·jours)
IL : indice de liquidité
Ip : indice de plasticité
IRI : indice de roulement international (m/km)
K1 à K4 constantes de modélisation du module de résilience
Ka et Kb constantes de détermination du coefficient structural
Kappa : paramètre κ pour la modélisation de la conductivité thermique
Kf : conductivité thermique à l’état gelé (W/mK)
Ks : conductivité thermique des particules solides (W/mK)
CHAUSSÉE 2 : Logiciel de dimensionnement des chaussées souples Guide de l’utilisateur
Service des chaussées
Ku : conductivité thermique à l’état non gelé (W/mK)
Lf : chaleur latente de fusion (Wh/m³)
m : coefficient de drainage (méthode de l’AASHTO)
MPa : mégapascal
Mr : module de résilience (MPa)
MTQ : Ministère des Transports du Québec
n : période de conception en années, porosité ou facteur de transfert de chaleur entre l’air et
la surface
P : profondeur d’une transition (m)
PR : période de récurrence de l’indice de gel (années)
PSI : indice de viabilité d’une chaussée (échelle de 0 à 5)
q : flux de chaleur (W/m²), ou fraction du volume en quartz
qf : flux de chaleur de fusion (W/m²)
qm : flux de refroidissement (W/m²)
qp : flux géothermique (W/m²)
qs : flux de chaleur de ségrégation (W/m²)
Qu : teneur en eau non gelée contenue dans le sol gelé (% du volume)
R : fiabilité (%) ou résistance thermique (m²K/W)
Rf : facteur de fines de Rieke et autres (1983)
S : coefficient d’intensité du gradient géothermique
S0 : erreur standard (écart type)
SN : nombre structural (méthode de l’AASHTO)
SP : potentiel de ségrégation (indice de gélivité en mm²/KH)
SP0 : potentiel de ségrégation sans surcharge (indice de gélivité en mm²/KH)
Sr : degré de saturation
SrCritique : seuil de saturation de déclenchement du gonflement interstitiel
Ss : surface spécifique (m²/g)
SsFF : surface spécifique de la fraction fine (passant 80 µm)
CHAUSSÉE 2 : Logiciel de dimensionnement des chaussées souples Guide de l’utilisateur
Service des chaussées
T : température (°C ou K)
t : temps (secondes, minutes, heures ou années) ou tonnes métriques
Ta : température de l’air (°C)
TBB : température effective du revêtement (°C)
Tf : température de congélation (°C)
ThBal : bilan thermique au front de gel
Tma : température moyenne annuelle de l’air (°C)
Tp : température à la surface, module GEL (°C)
Ts : température à la surface, module climatique (°C)
uf : dommage saisonnier unitaire (méthode de l’AASHTO)
USACE : U.S. Army Corps of Engineers
VB : valeur au bleu de méthylène
Vbe : volume de bitume effectif
VL : pourcentage de véhicules lourds
w : teneur en eau (% du sol sec)
W18 : durée de vie structurale (ÉCAS)
wL : limite de liquidité
wp : limite de plasticité
wu : teneur en eau non gelée contenue dans le sol gelé (% du sol sec)
Z : profondeur de gel (m)
ZR : déviation normale associée à la fiabilité
CHAUSSÉE 2 : Logiciel de dimensionnement des chaussées souples Guide de l’utilisateur
Service des chaussées 1
INTRODUCTION
Le logiciel CHAUSSÉE a pour objectif de faciliter l’analyse et la conception des structures de chaussées à
revêtement bitumineux. Il vise principalement les applications courantes au ministère des Transports du
Québec, en tant que complément au tome II du recueil des normes sur les Ouvrages routiers.
Il comprend un module de calcul structural (méthode AASHTO, 1993) et deux modules d’analyse du gel.
Le logiciel prévoit des intrants pour définir le contexte de la chaussée (classe de route, débit de
circulation, camionnage lourd, information climatique, propriétés du sol de support) et un environnement
convivial permettant de spécifier un scénario de structure de chaussée pouvant comprendre jusqu’à huit
couches de matériaux différents, en incluant le sol de support.
Le logiciel calcule la durée de vie structurale (en nombre d’essieux lourds admissibles), ainsi que les
effets du gel (profondeur et soulèvement). Il appartient à l’utilisateur de choisir des paramètres
représentatifs et de retenir le scénario qui satisfait aux objectifs de faisabilité et de performance visés.
Le présent document fournit quelques renseignements de base essentiels à la compréhension et à
l’utilisation du logiciel. Les références complémentaires sont listées dans la section intitulée « Références
bibliographiques ».
Le logiciel comprend une bibliothèque de valeurs par défaut prédéfinies pour faciliter la prise en compte
des conditions routières qui prévalent au Québec. Il permet aussi de modifier ces valeurs en fonction des
renseignements disponibles.
CHAUSSÉE 2 : Logiciel de dimensionnement des chaussées souples Guide de l’utilisateur
Service des chaussées 2
1 - CONFIGURATION MINIMALE REQUISE
La version 2 du logiciel CHAUSSÉE a été mise au point pour des ordinateurs personnels respectant les
spécifications suivantes :
Système d’exploitation
- Windows 98 ou Me avec MDAC v2.5, DCOM98 v1.3 et Internet Explorer v4.01 ou supérieure
- Windows NT4 SP5 avec Internet Explorer v4.01 ou supérieure, ou
- Windows 2000 ou XP
Matériel
- Processeur Pentium 200 MHz ou compatible (Pentium II 400 MHz recommandé)
- 64 Mo de mémoire vive (128 Mo recommandés)
- 20 Mo d’espace libre sur le disque dur
- Carte vidéo de 4 Mo et moniteur de 800 x 600 pixels
CHAUSSÉE 2 : Logiciel de dimensionnement des chaussées souples Guide de l’utilisateur
Service des chaussées 3
2 - NOUVEAUTÉS DANS LA VERSION ACTUELLE (version 2.0)
La version 2 comporte principalement l’ajout d’un module de prévision de la profondeur du gel et des
soulèvements, afin de permettre un dimensionnement au gel de type mécanisto-empirique.
Autres nouveautés :
• Notices d’information sur les matériaux.
• Accès direct aux paramètres avancés (double-clic).
• Ajout de matériaux dans la bibliothèque : revêtements avec base antifatigue (BAF), isolant en
polystyrène, enrobé recyclé à froid, dalle concassée par résonance (rubblizing), infrastructure
améliorée pour sous-profils, sol argileux ayant un indice de liquidité supérieur à 0,9.
• Facteur de capacité portante variable pour chaque couche.
• Prise en compte des revêtements en parachèvement.
• Durées de vie prolongées.
• Révision des variations saisonnières.
• Mise à jour des coefficients d’agressivité par défaut.
• Actualisation du DJMA d’un comptage avec l’année de construction.
• Carte géographique pour la sélection des stations météorologiques.
• Traitement statistique de la variation des hivers.
3 - HISTORIQUE DES VERSIONS PRÉCÉDENTES
Il est possible de vérifier si votre version est à jour en ouvrant la fenêtre À propos de Chaussée, à partir
du menu d’aide (symbole « ? »). Cette fenêtre indique le numéro de la version en cours et possède un lien
conduisant directement au site de téléchargement du logiciel. Ce site indique le numéro de la dernière
version. Voici la liste des versions précédentes.
10 FÉVRIER 2003 : Mise à jour du logiciel avec révisions mineures : CHAUSSÉE version 1.2
31 JANVIER 2001 : Lancement officiel du logiciel sur l'Internet : CHAUSSÉE version 1.1
16 NOVEMBRE 1999 : Lancement officiel du logiciel sur l'intranet du ministère des Transports : DDLC version 1.0.
CHAUSSÉE 2 : Logiciel de dimensionnement des chaussées souples Guide de l’utilisateur
Service des chaussées 4
4 - INSTALLATION DU LOGICIEL
Veuillez noter que la version 2 peut cohabiter sans problème avec la version 1, mais il ne doit y avoir
qu’une seule version 2 d’installée sur le poste de travail. Voici les indications à suivre après avoir
téléchargé le fichier d’installation sur votre ordinateur :
1. Si une autre copie du logiciel CHAUSSÉE 2 est déjà présente sur votre poste de travail, alors il faut la
désinstaller au préalable.
o Pour ce faire, cliquez sur le bouton « Démarrer », allez dans le panneau de configuration
et choisissez « ajout/suppression de programmes ». Sélectionnez ensuite le programme
CHAUSSÉE 2 et cliquez sur « Supprimer ».
2. Lancez l’installation en double cliquant sur le fichier portant l’extension « .MSI » ou « .EXE »
o L’installateur devrait détecter la présence d’une autre version 2 si vous ne l’avez pas
désinstallée. Il faut alors choisir de la désinstaller et relancer ensuite l’installation. Ne pas
choisir le bouton « REPAIR » qui ne fait que restaurer l’ancienne version.
3. Il est possible que certains privilèges d’accès aux répertoires systèmes du disque dur soient
nécessaires pour réussir l’installation. Communiquez avec votre administrateur informatique si le
fichier d’installation échoue à la suite d’un message faisant état de privilèges insuffisants.
CHAUSSÉE 2 : Logiciel de dimensionnement des chaussées souples Guide de l’utilisateur
Service des chaussées 5
5 - SURVOL RAPIDE
Le logiciel CHAUSSÉE effectue essentiellement une prédiction théorique du comportement d’une
structure de chaussée définie par la nature et l’épaisseur des couches de matériau qui la composent, en
tenant compte des sollicitations par le trafic lourd, des conditions climatiques et de la nature du sol de
support. Un effort d’apprentissage peut s’avérer nécessaire pour l’acquisition du niveau de connaissance
permettant de réaliser et d’interpréter les calculs avec habileté et confiance. La responsabilité de
l’utilisateur ne couvre pas seulement l’usage qu’il en fait, mais aussi la planification, la réalisation et
l’analyse des relevés et activités techniques complémentaires devant être réalisés au cours de la
préparation d’un projet routier. La présente section propose un rapide survol des instructions de base qui
permettent de résumer le mode opératoire du logiciel CHAUSSÉE 2. Il est possible d’ouvrir directement
une coupe type prédéfinie dans le menu Fichier – Nouveau (Ouvrir une coupe type). Le sous-répertoire
« Exemples », situé dans le répertoire d’installation du logiciel, contient aussi une série d’exemples de
feuilles de calcul.
Figure 1 : Écran principal
CHAUSSÉE 2 : Logiciel de dimensionnement des chaussées souples Guide de l’utilisateur
Service des chaussées 6
1- Segment homogène
• Les structures de chaussées occupent dans la réalité un espace tridimensionnel, soit la
profondeur verticale, la longueur et la largeur. Le logiciel ne comprend que des modèles
unidimensionnels délimités par des épaisseurs de couches.
Il incombe au concepteur de faire autant de calculs que nécessaire pour tenir compte de l’aspect
tridimensionnel. Il est possible de sauvegarder autant d’analyses qu’il faut pour un projet donné.
L’approche privilégiée consiste à diviser le projet en segments homogènes et à analyser une
situation jugée représentative et sécuritaire à l’intérieur de chaque segment. Il est aussi possible
de faire les calculs de soulèvements au gel pour deux points adjacents afin de déterminer si la
différence justifie l’aménagement d’une transition ou d’une disposition particulière.
2- Objectifs
• Choisir le type de route et la classe de DJMA (débit de circulation journalier moyen annuel).
o Le logiciel utilise ce choix pour définir les objectifs de performance par défaut, mais
l’utilisateur a la possibilité de les modifier selon ses besoins spécifiques.
• Entrer les ÉCAS anticipés durant la période de conception. Si nécessaire, l’outil ÉCAS permet de
calculer cette valeur à partir des données de circulation.
3- Climat
• Choisir la station météorologique la plus représentative du contexte climatique qui règne sur le
site étudié.
• Ajuster si requis l’intensité de l’hiver à considérer pour l’analyse du gel en modifiant la période de
récurrence (PR) de l’indice de gel, ou conserver la valeur par défaut.
4- Couches de matériaux
• Sélectionner en premier lieu le type de sol de support (couche « n » en bas à gauche).
• Sélectionner ensuite le type de revêtement bitumineux (couche 1), tout en prenant soin de
surveiller si la haute résistance à l’orniérage (HRO) est requise (indicateur au-dessus des
matériaux).
• Sélectionner ensuite les autres couches de haut en bas (fondations, sous-fondation, strates de
sol).
Les matériaux sont souvent indiqués à l’aide d’abréviations standardisées ou faciles à retenir. Une
« info-bulle » fournit plus d’information sur un matériau sélectionné, lorsqu’on le pointe durant
environ deux secondes avec le curseur de la souris.
CHAUSSÉE 2 : Logiciel de dimensionnement des chaussées souples Guide de l’utilisateur
Service des chaussées 7
La sélection d’un matériau ajoute une couche avec les paramètres par défaut définis à l’intérieur
de la bibliothèque de référence. Il est ensuite possible de modifier les paramètres à partir des
contrôles de saisie.
• Ajuster les propriétés des matériaux de façon à refléter les conditions réelles aussi fidèlement que
possible. Le module de résilience « Mr » du sol (onglet STRUCTURAL), ainsi que les valeurs de
teneur en eau et gélivité (onglet GEL) constituent les principaux ajustements typiques; il est
recommandé d’ajouter autant de couches que nécessaire pour représenter les différentes strates
de sol dans la zone de pénétration du gel. Dans la mesure du possible, les différentes couches
devraient refléter la position de la nappe phréatique en différenciant les zones non saturées (Sr <
85 %) et saturées (Sr ≈ 100 %). Le module GEL permet de vérifier la porosité (n) ainsi que la
saturation (Sr) afin de guider le choix des paramètres, l’apparition de cases orange signifiant que
l’agencement des valeurs est irréaliste et qu’il nécessite un réajustement.
5- Onglet STRUCTURAL
• Ajuster le module des couches en fonction des données de portance disponibles (en faisant varier
le facteur « F Mr »).
• Déterminer les épaisseurs minimales permettant de rencontrer la durée de vie structurale visée :
W18 doit être supérieur à ÉCAS pour chaque couche. Aucun voyant rouge ne doit donc être
maintenu dans la colonne W18 située à droite. Cette étape est plus facile si l’on procède couche
par couche de haut en bas, et en revenant à la couche 1 si nécessaire.
6- Onglet GEL
• Ajuster la gélivité de chaque couche (SPo et a) en fonction des données disponibles
(sédimentométrie, valeur au bleu, etc.).
• Ajuster la masse volumique sèche et la teneur en eau de chaque couche en fonction des données
disponibles
o Sous la nappe phréatique, le sol devrait être considéré comme saturé (Sr ≈ 100 %).
o Certaine cases deviennent orange lorsque les données volumétriques sont incohérentes
entre elles. (Les paramètres choisis peuvent être considérés comme cohérents à la
condition qu’aucun voyant orange ne soit visible).
• Augmenter l’épaisseur d’une des couches de la chaussée pour limiter le soulèvement au gel en
dessous du seuil admissible. Cela équivaut à éteindre le voyant rouge pouvant apparaître dans la
case du soulèvement (h en bas à droite).
7- Onglet GEL (1994)
• Vérifier l’applicabilité des cases à cocher affichées sous le graphique.
CHAUSSÉE 2 : Logiciel de dimensionnement des chaussées souples Guide de l’utilisateur
Service des chaussées 8
• Ajuster au besoin les épaisseurs de la chaussée, pour que l’épaisseur totale respecte le critère
de protection partielle contre le gel.
8- Révision des onglets STRUCTURAL, GEL et GEL (1994)
• La conception doit respecter toutes les exigences à la fois pour l’analyse structurale et l’analyse
du gel. Il faut donc réviser tous les onglets en conséquence.
9- Variantes de conception
• Le logiciel permet de comparer le potentiel d’utilisation de différents matériaux de construction
(avec ou sans recyclage, avec ou sans stabilisation, etc.) Cette approche permet de connaître
différentes variantes offrant une performance identique à un coût différent. Cela implique la
production d’une feuille de calcul pour chaque variante recommandée pour chaque segment
homogène. Il faut par contre tenir compte des contraintes d’exécution sur le chantier.
• Sauvegarder et imprimer les scénarios retenus sous la forme de fichiers d’extension .cha.
5.1 - Particularités de l’interface utilisateur
L’interface du logiciel CHAUSSÉE est conçue de façon à afficher les paramètres de base les plus
élémentaires sur l’écran principal. Les modules de calcul STRUCTURAL, GEL et GEL (1994) sont
toutefois répartis sur trois onglets distincts.
Le contrôle le plus répandu à travers le logiciel est illustré à la Figure 2. Contrairement à la version 1, la
mise à jour des calculs ne s’effectue qu’après confirmation de la saisie des nouvelles valeurs. Cela peut
se faire en frappant la touche Entrée, la touche Tab, ou en sélectionnant un autre objet de la feuille. La
saisie d’une entrée invalide se traduira par un bip accompagné d’un refus de refaire les calculs.
Figure 2 : Contrôle d’affichage ou de saisie interactive a) Simple b) Avec incrémenteur c) Avec bouton de recherche
manuel automatique
La couleur de l’arrière-plan de ce contrôle a une signification destinée à l’utilisateur :
Gris : Paramètre protégé ou inactif
Blanc : Invitation à la saisie ou à la modification des entrées
CHAUSSÉE 2 : Logiciel de dimensionnement des chaussées souples Guide de l’utilisateur
Service des chaussées 9
Orange : Valeurs entrées incohérentes à modifier
Rouge : Objectifs de performance non atteints par la structure de chaussée
Lorsqu’il est disponible, l’incrémenteur manuel permet de modifier une valeur numérique sans la
dactylographier. Il réagit à la souris et aux flèches de clavier ainsi qu’aux touches Page précédente et
Page suivante. La vitesse d’incrémentation peut être réduite lorsqu’on appuie en même temps sur la
touche Ctrl, ou accélérée avec la touche Maj. Les saisies faites avec l’incrémenteur déclenchent
immédiatement la mise à jour des calculs, sans qu’il soit nécessaire de frapper la touche Entrée.
Le bouton de recherche automatique ne sert qu’à déterminer plus rapidement l’épaisseur minimale d’une
couche de matériau. La méthode la plus efficace consiste à débuter avec l’onglet STRUCTURAL en
suivant les couches de haut en bas. Le logiciel cherchera l’épaisseur minimale favorisant l’atteinte de la
durée de vie structurale spécifiée comme objectif de performance (W18 ≥ ÉCAS). Il ne regarde toutefois
que la durée de vie de la couche visée. Il peut donc arriver que l’utilisateur ait besoin de l’augmenter
manuellement pour compenser une limite d’épaisseur imposée sur une autre couche. La recherche dans
le module STRUCTURAL ne tient pas compte de la protection contre le gel. Il faut donc ensuite ouvrir l’un
des onglets GEL et demander une nouvelle recherche sur la couche choisie pour combler la protection
contre le gel. Toutes les recherches d’épaisseur se limitent aux bornes minimales et maximales attribuées
à chaque matériau. Le menu Outils – Options permet de spécifier si l’on préfère que les épaisseurs soient
arrondies ou affichées au millimètre près.
Paramètres avancés : Certains paramètres ne sont pas directement présentés sur l’écran principal afin
d’alléger l’interface et de mieux concentrer l’attention de l’utilisateur sur les éléments les plus importants.
L’accès aux paramètres avancés peut se faire uniquement lorsque le niveau d’utilisation Approfondi est
sélectionné dans l’onglet UTILISATEUR de la fenêtre de dialogue des Options (menu Outils – Options).
Cela fait alors apparaître certains boutons donnant accès à des boîtes de dialogue supplémentaires.
En ce qui concerne les matériaux, le niveau d’utilisation Approfondi active aussi un accès vers d’autres
paramètres avancés disponibles en double-cliquant sur la case de la variable concernée, ce qui fait
apparaître une grille de saisie tirée de la bibliothèque de référence. Par exemple, la grille affichée sur la
Figure 3 apparaît lorsqu’on double-clique sur la case de saisie de l’épaisseur d’une couche. Elle permet
de modifier l’épaisseur minimale et maximale des couches ou le pas d’incrémentation des épaisseurs. Les
modifications n’affectent que la copie appartenant à la feuille de calcul en cours. Il faut noter que les
matériaux apparaissent dans un ordre qui ne correspond pas nécessairement à leur positionnement dans
la structure de la chaussée, et qu’un matériau utilisé dans plusieurs couches n’y apparaît qu’en un seul
CHAUSSÉE 2 : Logiciel de dimensionnement des chaussées souples Guide de l’utilisateur
Service des chaussées 10
exemplaire, commun à chacune des couches concernées. La même démarche peut être suivie pour tous
les paramètres avancés inventoriés dans le Tableau 1.
Figure 3 : Exemple d’une grille de saisie pour paramètres avancés
Tableau 1 : Liste des paramètres pour les matériaux
Thème Paramètre
de base
Paramètre
intermédiaire
Paramètre avancé
(double-clic pour grille similaire à la Figure 3)
Épaisseur H Hmin, Hmax et Hincrement
F Mr FMRmin et FMRmax Module de résilience
Mr Modèle, MRmin, MRmax, K1, K2, K3, K4
a amin, amax, Ka et Kb Coefficient structural
et de drainage m m
n nmin et nmax
ρs MVsolidesMin et MVsolidesMax ρd
Vbe VbeMin et VbeMax
Ss SsMin et SsMax
% eau Wu
Alternance Wu/Qu (massique/volumique) en cliquant
sur le titre de la colonne Wu
Densités et volumétrie
en relation avec les
particules et autres
constituants (air, eau,
glace, bitume)
Sr Sr doit toujours se situer entre 0 et 100 %
SPo Gélivité
a (MPa-1)
SPoMin, SPoMax, aSPMin, aSPMax, SrCritique, Tf
Ku OptKu, KappaKu, Chi, Eta, Ku
Kf OptKf, KappaKf, Chi, Eta, Kf Conductivité thermique
Ks KsMin, KsMax
Chaleur latente Lf LfMin
CHAUSSÉE 2 : Logiciel de dimensionnement des chaussées souples Guide de l’utilisateur
Service des chaussées 11
Bibliothèque de référence : Les valeurs par défaut sont définies dans une base de données Microsoft
Access ®. Il s’agit du fichier CHAUSSEE2.MDB situé dans le même dossier que l’exécutable (.exe).
Coût unitaire des matériaux : La commande « Edition – Coûts unitaires » permet de spécifier les prix
unitaires à l’intérieur de la bibliothèque de référence. Les valeurs peuvent êtres exprimées en $/tonne, en
$/m² ou en $/m³. Il est recommander de réviser ces valeurs en fonctions des coûts typiques à chaque
région.
Coût unitaire de la structure de chaussée : Le coût unitaire de la structure de chaussée (en $/m²)
simulée est affiché à la droite de l’écran principal, en tenant compte de l’épaisseur des couches, de leur
masse volumique et de leur coût unitaire.
Il est possible de désactiver le calcul du coût d’une couche quelconque en maintenant la touche
« Control » (CTRL) du clavier pendant qu’on clique sur la case de coût. Cela est utile par exemple pour
évaluer le coût d’une réfection superficielle pour laquelle certaines couches de matériaux sont déjà en
place et ne représentent aucune dépense pour la réalisation des travaux.
Le coût affiché représente uniquement celui des voies de roulement et ne vise qu’à faciliter la première
estimation du coût d’une variante type de structure de chaussée. Les coûts liés aux travaux de
terrassement (volumes de déblai et de remblai), à la géométrie de la chaussée de même qu’à la coupe
transversale (largeur des accotements, pente des talus de fossé) ne sont pas considérés par le logiciel.
Également, les frais rattachés à la signalisation de chantier, aux dispositifs de retenue et autres
accessoires, de même que la disposition des rebuts pendant les travaux constituent d’autres exemples de
coûts qui ne sont pas considérés par le logiciel. Une estimation plus détaillée doit donc être effectuée pour
comparer certaines variantes ainsi que pour estimer le coût des travaux.
CHAUSSÉE 2 : Logiciel de dimensionnement des chaussées souples Guide de l’utilisateur
Service des chaussées 12
6 - OBJECTIFS DE PERFORMANCE ET DE DURÉE DE VIE
Tout calcul de conception nécessite au préalable l’établissement des
objectifs de performance en ce qui a trait au niveau de service et à la
durée de vie. Le logiciel CHAUSSÉE prescrit une série d’objectifs en
fonction du type de route et de la classe de DJMA. L’utilisateur doit
aussi caractériser l’intensité du trafic lourd à supporter à l’intérieur de
la section des objectifs. Les objectifs de performance et de durée de
vie sont les suivants :
Tableau 2 : Liste des objectifs de performance
Module de calcul Objectif de performance
Outil ÉCAS (trafic lourd)
Climat (période de récurrence
de l’indice de gel)
Durée de vie (en années)
Durée de vie (en ÉCAS)
Seuil de détérioration (Indice ΔPSI) Calcul STRUCTURAL
Niveau de confiance (R)
Calcul du GEL Soulèvement au gel admissible (h)
Critère de GEL de 1994 Facteur de route (FR) et facteur de
sol (FS)
Le type de route et la classe de DJMA sont aussi utilisés par l’outil ÉCAS afin de fournir un coefficient
d’agressivité moyen par défaut. Toutes les valeurs par défaut sont configurées dans la bibliothèque de
référence.
Il est aussi possible d’inscrire une épaisseur de roulement qu’on prévoit mettre en place l’année suivant la
pose de la couche de base du revêtement. (Pavages en parachèvement.) Cette épaisseur doit être
incluse dans l’épaisseur de revêtement spécifiée lors du choix des matériaux. Elle permet de corriger le
calcul structural en tenant compte des surplus de dommages causés durant l’année où la chaussée est en
service malgré ce déficit.
CHAUSSÉE 2 : Logiciel de dimensionnement des chaussées souples Guide de l’utilisateur
Service des chaussées 13
6.1 Recommandation sur le choix de la durée de vie
La durée de vie par défaut représente l’objectif recommandé pour un revêtement neuf posé sur une
fondation stable et exempte de tout patron de fissuration. Plusieurs considérations appuient le bien-fondé
d’une durée de vie structurale prolongée par rapport aux critères de 1994 (St-Laurent et Langlois, 2006) :
• Un meilleur comportement thermique des enrobés depuis l’adoption des classes de bitumes PG
adaptés aux divers contextes climatiques québécois. (Savard et autres, 2004) Cela se traduit par
un nombre moins élevé de fissures transversales sur les revêtements « neufs ».
• Une amélioration de la conception au gel avec la méthode des soulèvements contrôlés qui assure
ainsi une meilleure stabilité de la chaussée en période hivernale et en période de dégel.
• Les divers progrès (conception, matériaux, mise en œuvre) peuvent prolonger la durée de vie des
chaussées à condition que la période de conception structurale soit prolongée en conséquence.
C’est l’analogie d’une rupture au chaînon le plus faible.
• La remontée des fissures à la suite d’un recouvrement bitumineux limite la performance des
resurfaçages. Ce maillon faible n’existe pas dans le cas d’une chaussée neuve. La stratégie
recommandée consiste à dimensionner la chaussée neuve selon une durabilité qui dépasse celle
de la couche de roulement, pour que les resurfaçages, se faisant sur une chaussée exempte de
bris structuraux, soient plus durables.
• Le rehaussement de la durée de vie structurale représente une faible fraction du coût des
constructions neuves, considérant qu’on double les ÉCAS admissibles sur un revêtement neuf à
chaque ajout d’environ 25 mm d’enrobé.
• L’analyse avantage-coût indique qu’une chaussée à longue durée de vie (40 ans et plus) est
rentable même si le surcoût initial correspond à celui d’un resurfaçage de 70 mm. Le domaine de
rentabilité est potentiellement plus grand si l’on ajoute les coûts aux usagers (délais de files
d’attente) ainsi que diverses autres considérations environnementales ou stratégiques.
La durée de vie structurale doit cependant être revue à la baisse dans les cas suivants :
• Resurfaçages d’un revêtement fissuré. La remontée des fissures laissées dans le vieux
revêtement limite la durée de vie des resurfaçages à un maximum de l’ordre de 10 à 15 ans.
• La durée de vie d’un resurfaçage peut être augmentée d’environ 5 ans lorsque l’intervention est
bonifiée par le recyclage à froid d’une fraction significative du vieil enrobé, ou le recours à une
autre technique équivalente pour ralentir la remontée des fissures (p. ex. : membrane élastomère
avec enrobé coulé à froid).
• Réhabilitations dans un contexte favorisant la formation de soulèvements au gel supérieurs aux
seuils recommandés.
• Contextes spéciaux où la réalisation d’autres travaux de réfection ou de démolition est prévisible.
CHAUSSÉE 2 : Logiciel de dimensionnement des chaussées souples Guide de l’utilisateur
Service des chaussées 14
• Secteur en milieu urbain où l’état (et l’âge) des services souterrains requiert potentiellement des
travaux d’excavation avec tranchées.
7 - DÉBITS DE CIRCULATION ET TRAFIC LOURD
Le débit de circulation est exprimé en termes de débit journalier moyen annuel (DJMA), lequel inclut la
somme de tous les véhicules circulant dans les deux directions et toutes les voies de circulation (sauf
mention contraire). Le DJMA est une moyenne établie pour les jours ouvrables normaux.
Le DJMA évolue en général dans le temps, selon un certain taux d’accroissement annuel. La moyenne à
l’intérieur d’une période de temps correspondant à la période de conception est appelée le DJMA projeté.
Considérant un taux de croissance annuel constant et similaire à celui d’un taux d’intérêt composé, nous
pouvons déduire le DJMA projeté comme étant égal à :
DJMAprojeté = DJMAinitial · fa / n Équation 1
Le calcul structural traite la durée de vie comme étant le nombre total d’essieux (W18) exprimés en
équivalent de charge axiale simple (ÉCAS) que la chaussée peut supporter avant d’atteindre son seuil de
détérioration terminal. Par définition, l’ÉCAS correspond à un essieu normalisé de 8165 kg (18 000 lb)
muni de pneus doubles (quatre pneus au total). La durée de vie structurale est considérée comme
adéquate lorsque le nombre d’essieux admissibles (W18) est supérieur ou égal au nombre d’essieux
prévus (N18) durant la période de conception.
L’agressivité du trafic pendant la période de conception, exprimée en ÉCAS, peut être calculée à l’aide de
l’outil ÉCAS (équation suivante) ou entrée directement dans la case de saisie (écran principal).
N18 = DJMAinitial · VL · Dir · Voie · CAM · N · fa Équation 2
où :
N18 : nombre total d’ÉCAS prévus durant la période de conception;
DJMAinitial : débit journalier moyen annuel de véhicules de tous les types, au début de la mise en
service;
VL : pourcentage de véhicules lourds;
CHAUSSÉE 2 : Logiciel de dimensionnement des chaussées souples Guide de l’utilisateur
Service des chaussées 15
Dir : fraction du camionnage dans la direction analysée;
Voie : fraction du camionnage sur la voie analysée;
CAM : coefficient d'agressivité moyen des véhicules lourds (ÉCAS par camion);
N : 300 jours, correspond au nombre de jours de camionnage durant l'année, après soustraction
des jours fériés et en considérant que les samedis et dimanches ne comptent que pour
l’équivalent d’une journée normale;
fa = : facteur d'accroissement pour les véhicules lourds
fa : ((1+g)n-1)/g,
g : taux d'accroissement (taux composé),
n : période de conception en années.
Figure 4 : Outil ÉCAS
CHAUSSÉE 2 : Logiciel de dimensionnement des chaussées souples Guide de l’utilisateur
Service des chaussées 16
7.1 - Distribution des camions sur les voies La réalisation d’un comptage représente la meilleure façon de connaître la répartition du trafic lourd dans
chacune des voies. À défaut de pouvoir réaliser un tel relevé, les valeurs du Tableau 3 sont
recommandées. Ce tableau est intégré dans l’outil ÉCAS. Par défaut, le dimensionnement s’effectue pour
la voie la plus sollicitée.
Tableau 3 : Distribution des camions sur des routes à voies multiples DJMA projeté
(une direction)
Route à deux voies (une direction)
Route à trois voies et plus (une direction)
Gauche Droite Gauche Centre Droite
2 000 6 94 6 12 82
4 000 12 88 6 18 76
6 000 15 85 7 21 72
8 000 18 82 7 23 70
10 000 19 81 7 25 68
15 000 23 77 7 28 65
20 000 25 75 7 30 63
25 000 27 73 7 32 61
30 000 28 72 8 33 59
35 000 30 70 8 34 58
40 000 31 69 8 35 57
50 000 33 67 8 37 55
60 000 34 66 8 39 53
70 000 --- --- 8 40 52
80 000 --- --- 8 41 51
100 000 --- --- 9 42 49
Source : DARTER et autres (1985)
Dans le cas où un dimensionnement adapté aux sollicitations de chacune des voies est prévu, il est
recommandé d’allouer une marge de sécurité en ce qui a trait au trafic anticipé dans les voies de
dépassement (gauche et centre). L’outil ÉCAS prévoit la possibilité d’entrer un facteur de sécurité (FS) à
cet effet.
CHAUSSÉE 2 : Logiciel de dimensionnement des chaussées souples Guide de l’utilisateur
Service des chaussées 17
7.2 - Coefficient d'agressivité moyen (CAM)
Le coefficient d’agressivité moyen exprime le nombre d’ÉCAS attribué pour chaque classe de camion. Il
peut être entré directement dans l’outil ÉCAS (saisie directe), déterminé à partir des résultats d’un relevé
de comptage avec classification des camions, ou estimé à partir de valeurs par défaut établies dans la
bibliothèque de référence.
Un recensement avec pesage des camions est la meilleure façon de connaître l’agressivité du trafic lourd.
La section 7.3 décrit une méthode pour déterminer le coefficient d’agressivité (CA) d’un camion dont le
chargement et la configuration des essieux sont connus.
Un recensement avec classification des types de camions est la solution de rechange à privilégier en
l’absence de pesage. L’outil ÉCAS offre une fenêtre de compilation des données de classification pour le
calcul du coefficient d’agressivité moyen (Figure 5). Des valeurs typiques de coefficient d’agressivité pour
chaque classe de camions sont proposées; ces dernières peuvent être modifiées selon l’information
disponible.
Figure 5 : Fenêtre de compilation d’une classification des véhicules lourds
CHAUSSÉE 2 : Logiciel de dimensionnement des chaussées souples Guide de l’utilisateur
Service des chaussées 18
7.3 - Coefficient d'agressivité (CA) pour un camion dont la charge est connue
Le calcul simplifié du coefficient d’agressivité (CA) d’un véhicule en équivalent de charge axiale
simple (ÉCAS) normalisé à 8160 kg se fait de la façon suivante : 4
ref
ii m
mCACA ∑ ∑ ⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛==
Équation 3
Où : mi = poids de l’essieu ou du groupe d’essieux i,
mref = poids de l’essieu ou du groupe d’essieux de référence équivalent à 1 ÉCAS :
= 8,16 tonnes pour un essieu simple
= 15,20 tonnes pour un essieu double
= 21,80 tonnes pour un essieu triple
≈ 28,50 tonnes pour un essieu quadruple (extrapolé).
(1 T = 1000 kg)
Voici une série d’exemples courants.
Camion de catégorie A.2 (10 roues, 1 unité, 3 essieux) :
Tare : 7,7 + 5,5 = 13,2
Charge utile : 12,3 + 3,0 = 15,3
Total : 20 + 8,5 = 28,5
CA à pleine charge : CA à vide :
17,416,85,8
2,1520CA
44
p =⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛+⎟
⎠
⎞⎜⎝
⎛= ÉCAS 27,0
16,85,5
2,157,7CA
44
v =⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛+⎟
⎠
⎞⎜⎝
⎛= ÉCAS
CHAUSSÉE 2 : Logiciel de dimensionnement des chaussées souples Guide de l’utilisateur
Service des chaussées 19
Camion de catégorie A.12 (18 roues, 2 unités, 5 essieux) :
Ce camion représente plus de 42 % des camions semi-remorques sur le réseau québécois :
B.21 Tare : 5,5 + 4,8 + 4,8 = 15,1
Charge utile : 0 + 13,2 + 13,2 = 26,4
Total : 5,5 + 18 + 18 = 41,5
CA à pleine charge : CA à vide :
14,42,15
18216,85,5CA
44
p =⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛⋅+⎟
⎠
⎞⎜⎝
⎛= ÉCAS 23,0
2,158,42
16,85,5CA
44
v =⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛⋅+⎟
⎠
⎞⎜⎝
⎛= ÉCAS
Camion de catégorie A.42 (22 roues, 2 unités, 6 essieux) :
B.32 Tare : 5,5 + 5 + 7 = 17,5
Charge utile : 0 + 13 + 17 = 30,0
Total : 5,5 + 18 + 24 = 47,5
CA à pleine charge : CA à vide :
64,38,21
242,15
1816,85,5
444
=⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛+⎟
⎠
⎞⎜⎝
⎛+⎟
⎠
⎞⎜⎝
⎛ ÉCAS 23,08,21
72,15
516,85,5
444
=⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛+⎟
⎠
⎞⎜⎝
⎛+⎟
⎠
⎞⎜⎝
⎛ ÉCAS
CHAUSSÉE 2 : Logiciel de dimensionnement des chaussées souples Guide de l’utilisateur
Service des chaussées 20
Camion de catégorie A.44 (22 roues, 2 unités, 6 essieux) :
B.33 Tare : 5,5 + 5 + 7,2 = 17,7
Charge utile : 0 + 13 + 18,8 = 31,8
Total : 5,5 + 18 + 26 = 49,5
CA à pleine charge : CA à vide :
19,48,21
262,15
1816,85,5
444
=⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛+⎟
⎠
⎞⎜⎝
⎛+⎟
⎠
⎞⎜⎝
⎛ ÉCAS 23,08,212,7
2,155
16,85,5
444
=⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛+⎟
⎠
⎞⎜⎝
⎛+⎟
⎠
⎞⎜⎝
⎛ ÉCAS
Camion de catégorie A.66 avec groupe arrière de type B.44
Cette configuration est typique pour un camion semi-remorque forestier :
B.44
Tare : 5,5 + 5 + 7,8 = 18,3
Charge utile : 0 + 14 + 23,2 = 37,2
Total : 5,5 + 18 + 32 = 55,5
CA à pleine charge : CA à vide :
76,35,28
322,15
1816,85,5
444
=⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛+⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛+⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛ ÉCAS 22,05,28
8,72,15
516,85,5
444
=⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛+⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛+⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛ ÉCAS
CHAUSSÉE 2 : Logiciel de dimensionnement des chaussées souples Guide de l’utilisateur
Service des chaussées 21
8 - CLIMAT La prise en compte du climat s’effectue sur la base des
données climatiques provenant des stations
météorologiques réparties sur l’ensemble de la province. Les
données climatiques de chaque station sont inscrites dans
un fichier CLM portant le nom de l’emplacement de la
station. Le choix d’un fichier CLM peut s’effectuer
directement sur la carte interactive (bouton « Choisir »). Il
est aussi possible de rechercher le fichier à travers
l’explorateur standard de Windows en cliquant sur le bouton « Parcourir » affiché au-dessus de la carte.
8.1 Zone climatique et température effective du revêtement
La zone climatique (nord ou sud), comme définie dans la norme (tome II, chapitre 2, Figure 2.4-1) est
utilisée pour déterminer la température effective du revêtement (TBB) nécessaire au calcul de son module
de résilience (Mr). La température effective typique est de 20,5 °C dans la zone sud et de 17,3 °C dans la
zone nord.
Figure 6 : Enrobé bitumineux, délimitation zone nord – zone sud
Notes :
- la ligne de délimitation, pour la partie nord du fleuve, correspond au début de la zone montagneuse;
- les Îles-de-la-Madeleine sont situées dans la zone nord.
CHAUSSÉE 2 : Logiciel de dimensionnement des chaussées souples Guide de l’utilisateur
Service des chaussées 22
8.2 - Températures et indices de gel
L’indice de gel exprime la sommation des températures journalières en dessous de 0 oC pendant la
période de gel, soit typiquement de novembre à mars selon la région visée. Cet indice permet de
quantifier la froidure globale d’un hiver.
Le module GEL 1994 est basé uniquement sur l’indice de gel normal (IGn) qui représente la moyenne des
hivers compilés pour une station météorologique.
Le module GEL (CHAUSSÉE 2) prévoit l’utilisation des intrants suivants basés sur l’historique des
données climatiques de la station : la température moyenne annuelle (Tma), l’indice de gel normal (IGn)
et l’écart type sur l’indice de gel (σIG). Lorsqu’il est inscrit en rouge, l’écart type utilisé provient d’une
estimation indirecte basée sur l’indice de gel normal.
La période de récurrence (PR) sert à spécifier le niveau de confiance visé pour le choix de l’indice de gel
de conception (IG). Un certain nombre d’écarts types est ajouté à la moyenne, conformément à une
distribution statistique normale (Tableau 5). Par exemple, une période de récurrence de 10 ans
correspond à un niveau de confiance R de 90 % (prévision sécuritaire pour 9 hivers sur 10), ce qui conduit
à l’utilisation de l’indice de gel moyen auquel on ajoute 1,282 fois l’écart type.
8.2.1 Transfert de chaleur à la surface (facteur n)
Les températures transmises à la surface (Ts) ne sont pas identiques aux températures de l’air (Ta).
L’écart dépend des conditions atmosphériques (heures d’ensoleillement, couvert nuageux, vent, humidité,
pollution, etc.), de la capacité d’absorption de la couche de surface (albédo, couleur, texture, exposition
au soleil, inclinaison, orientation, etc.) et du régime thermique sous la surface. Le calcul du gel se fait à
partir des températures journalières de la surface, d’où l’apparition d’un l’indice de gel transmis à la
surface (IGs). Le rapport entre l’indice de gel de surface et l’indice de gel de l’air est désigné par le facteur
« n ».
IGIGsn =
Équation 4
À cause des variables précédemment énumérées, le facteur n varie d’un site à l’autre, ainsi que d’une
année à l’autre. Il ne peut être modifié qu’en mode d’utilisation de niveau Approfondi (menu Outils –
Options). Un bouton gris apparaît dans ce cas à côté du facteur n, pour accéder au panneau de contrôle
réservé à cet effet. Les modes suivants sont disponibles :
CHAUSSÉE 2 : Logiciel de dimensionnement des chaussées souples Guide de l’utilisateur
Service des chaussées 23
1- IGs = n·IG + b : Cette méthode permet d’appliquer directement un facteur n prédéfini par
l’utilisateur. L’ordonnée à l’origine « b » peut aussi être modifiée.
2- Ts = n·Ta + c : Cette méthode applique un facteur n (et une ordonnée à l’origine) individuellement
sur chaque température journalière. Le facteur n peut être différencié pour les températures sous le
point de congélation (gel) et au-dessus (dégel).
Les validations faites en comparant le logiciel aux données de plusieurs sites d’essais indiquent que la
version actuelle du calcul du gel fournit de meilleures prévisions lorsqu’on pose n ≈ 1 (écart type ≈ 0,12).
8.2.2 Édition d’un fichier CLM Tous les fichiers CLM comportent la section [Climat] contenant les données générales utilisées par les
modules d’analyse STRUCTURAL, GEL et GEL 1994. Il est aussi possible d’y ajouter des séries d’indices
de gel mensuels ou de températures journalières, pour simuler la pénétration du gel et les soulèvements
au cours d’un hiver en particulier. Il faut dans ce cas inscrire les données directement dans le fichier, à
l’aide d’un éditeur de texte tel que le Bloc-notes de Windows.
Il faut alors respecter un format et une orthographe d’écriture conformes à l’exemple montré dans le
Tableau 4 (exemple tiré du fichier « (program files)\Chaussee2\Stations\Québec a.clm »). Les titres
débutant par le mot « Hiver » et par « DJG » apparaissent ainsi dans la liste de simulation lorsque le
fichier CLM est choisi. C’est ce qui permet de sélectionner les séries de données correspondantes. Ces
séries de données additionnelles ne sont utilisées que par le module GEL.
Tableau 4 : Exemple d’un fichier CLM
Extrait du fichier CLM Explication
[Climat]
CodeStation=7016294
IGn=1236
IG_sigma=160.6
Tma=4
Latitude=46.8
Longitude=71.38
Elevation=74
ZoneBB=Sud
TBB=20.5
[Climat] (en-tête obligatoire)
La présence de l’indice de gel normal (IGn) est obligatoire. Les autres
champs sont ignorés ou remplacés par une valeur par défaut lorsqu’ils sont
absents.
CHAUSSÉE 2 : Logiciel de dimensionnement des chaussées souples Guide de l’utilisateur
Service des chaussées 24
[DJG 2004]
DateDebut = 2003/11/30
>Table: DegrésJours
>Jours °C·jours
1 2
31 197
31 528
29 281
25 127
[Titre d’une série de degrés-jours de gel (doit débuter par les lettres « DJG »)]
Date de début de la série
>Nom du tableau (facultatif)
>En-tête des colonnes (facultatif)
Durée (en jours) et intensité du gel (en °C·jours sous zéro)
Le module GEL convertit les indices de gel en températures moyennes.
[Hiver 2004]
DateDebut = 2003/11/30
>Table: Températures
>Heures °C
24 -2,1
24 -4,4
24 -11,2
24 -9
24 -12,8
24 -14,1
24 -9
24 -3,4
.
.
.
[Titre d’une série de températures (doit débuter par le mot « Hiver »)]
Date de début de la série
>Nom du tableau (facultatif)
>En-tête des colonnes (facultatif)
Durées (24 heures) et températures journalières
(Il faut obligatoirement entrer des intervalles de 24 heures.)
Les températures sont publiées par Environnement Canada dans le site
Internet suivant :
http://www.climate.weatheroffice.ec.gc.ca/climateData/canada_f.html
CHAUSSÉE 2 : Logiciel de dimensionnement des chaussées souples Guide de l’utilisateur
Service des chaussées 25
9 - CALCUL STRUCTURAL
Le calcul structural se fait selon la méthode
empirique établie par l’AASHTO en 1986 et
rééditée en 1993. La section qui suit décrit
les notions tirées de ce guide et
programmées dans le logiciel CHAUSSÉE.
9.1 - Équation de l’AASHTO
La méthode de l’AASHTO est basée sur une corrélation statistique dérivée des observations de l’essai
routier AASHO qui a eu lieu durant les années 60. L’équation pour les chaussées bitumineuses est la
suivante :
( )
log 32 ,2
1
109440,0
5,12,4log
20,0)1( log 36 , 9· log
5,19
0 18 +
++
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡−
Δ
+−++ = R (145,04 Mr) – 8,07
SN
PSI
SN S Z W
Équation 5
Elle exprime un lien entre la durée de vie en nombre d’essieux lourds admissibles (W18) et la détérioration
du niveau de service (ΔPSI). Les caractéristiques de la chaussée qui entrent en jeu sont le nombre
structural (SN), qui représente l’épaisseur structurale de la chaussée, et le module de résilience (Mr), qui
correspond à la rigidité du sol qui la supporte. Le comportement des chaussées est en réalité bien plus
complexe et fait intervenir d’autres facteurs. Il existe ainsi une certaine dispersion exprimée par la variable
(S0). L’équation en tient compte de façon probabiliste en faisant intervenir un multiple (ZR) de la dispersion
qui dépend du degré de risque toléré.
Les principaux paramètres se définissent plus précisément comme suit :
W18 : durée de vie de la chaussée, exprimée en nombre total admissible de passages d’essieux
équivalant à un essieu à double pneu de 8 165 kg (18 000 lb);
CHAUSSÉE 2 : Logiciel de dimensionnement des chaussées souples Guide de l’utilisateur
Service des chaussées 26
S0 : erreur standard de l’estimation incluant la dispersion de toutes les données (propriétés des
matériaux, épaisseur, niveau de qualité, conditions du chantier, prédiction du trafic, drainage des
couches, caractéristiques du sol, précision du modèle). La valeur recommandée aux fins de
conception est de 0,45;
ZR : déviation normale associée au risque de calcul (1-R). Une table statistique standard (Tableau
5) sert à déterminer directement le ZR à utiliser en fonction du niveau de confiance (R) visé;
R : niveau de confiance, ou fiabilité. Pourcentage de probabilité que la chaussée présente un
niveau de qualité supérieur ou égal à celui qui est visé à la fin de la période de conception.
Inversement, 1-R représente le risque du calcul, c’est-à-dire le risque d’obtenir une durée de vie
plus courte que prévu ou l’étendue (en pourcentage de la longueur de la chaussée) qui devrait
avoir atteint le seuil établi à la fin de la durée de vie;
Tableau 5 : Déviation normale ZR en fonction du niveau de confiance R
R (%) ZR R (%) ZR
50 0 93 -1.476
60 -0.253 94 -1.555
66 -0.412 95 -1.645
70 -0.524 96 -1.751
75 -0.674 97 -1.881
80 -0.841 98 -2.054
85 -1.037 99 -2.327
90 -1.282 99.9 -3.090
91 -1.340 99.99 -3.750
92 -1.405
PSI : indice de viabilité de la chaussée. C’est un indice de qualité globale de la chaussée qui
s’échelonne de 0 à 5. Le ΔPSI est la différence de PSI entre une chaussée neuve et une
chaussée « à refaire ». Dans cette équation, l’écart admis par le concepteur pour les deux états
dits initiaux et terminaux est mis en rapport avec les valeurs de référence qui sont 4,2 et 1,5
respectivement;
Mr : module de résilience effectif du sol de support (MPa). Le module de résilience sert à
quantifier la rigidité d’un matériau. Comme on le verra plus loin, il faut procéder par strates, et ce
module est nécessaire pour chacune des couches qui servent tour à tour de support à la structure
CHAUSSÉE 2 : Logiciel de dimensionnement des chaussées souples Guide de l’utilisateur
Service des chaussées 27
sus-jacente. Le module de résilience de chaque couche est aussi utilisé pour déterminer le
nombre structural. Il faut utiliser une valeur effective tenant compte des variations saisonnières;
SN : nombre structural qui exprime l’épaisseur effective de la structure de la chaussée dont on
évalue la portance.
9.2 - Principe d’application de l’équation de l’AASHTO
Le nombre structural au-dessus de chaque couche doit être suffisant pour supporter le trafic sans
déformation excessive durant toute la période de conception. La conception finale correspond alors à un
assemblage de couches de matériaux et d'épaisseurs définies qui résultent ainsi en un pourcentage de
chances de conserver la chaussée en état à la fin de la période de conception pour tout le trafic anticipé.
Figure 7 : Principe d’un système multicouche
Fondation
Revêtement
Sous-fondation
Sol
D1
D2
D3
SN1
SN2
SN3
On doit résoudre l’équation de l’AASHTO (équation 1) pour chacune des composantes structurales en
considérant de façon cumulative chaque couche à partir de la surface avec le matériau juste au-dessous.
Ainsi, pour la première couche, l’équation de l’AASHTO peut être vérifiée en prenant le SN1 avec le Mr de
la couche 2 où :
SN1 = a1 D1 / 25,4
où :
SN1 : nombre structural au-dessus de la fondation
D1 : épaisseur du revêtement (en mm)
a1 : coefficient structural du revêtement = f (Mr1)
On doit ensuite résoudre la même équation 1 en prenant le SN2 avec le Mr de la couche 3 où :
SN2 = (a1 D1 + a2 m2 D2) / 25,4
CHAUSSÉE 2 : Logiciel de dimensionnement des chaussées souples Guide de l’utilisateur
Service des chaussées 28
où :
SN2 : nombre structural au-dessus de la sous-fondation
D2 : épaisseur de la fondation
a2 : coefficient structural de la fondation = f (Mr2)
m2 : coefficient de drainage de la fondation
Le calcul se fait ainsi de suite, jusqu’à la fin :
SNn = (a1 D1 + … + ai mi Di + … + an mn Dn) / 25,4
Équation 6
où :
SNn : nombre structural composé pour n couches
Di : épaisseur de la couche i
a : coefficient structural de la couche i = f (Mri)
mi : coefficient de drainage de la couche i
Les coefficients structuraux (ai) sont des valeurs qui expriment la rigidité d’une couche en épaisseur
effective d’apport structural pour chaque tranche de 25,4 mm (1 pouce) de matériau. Ils peuvent être
déduits directement à partir des modules de résilience (Mr en MPa) :
ai = Ka log (145,04 x Mr) - Kb
Équation 7
Les coefficients Ka et Kb dépendent du type de matériau. Typiquement, les paramètres suivants sont
recommandés.
Ka Kb Revêtement d’enrobé bitumineux : 0,414 1,896
Fondations granulaires : 0,249 0,977
Sous-fondation granulaire : 0,227 0,839
Le coefficient de drainage (mi) est introduit pour les couches non liées dont la portance est modifiée par la
présence d’eau de ruissellement ou provenant de la nappe phréatique. Il a pour fonction de corriger les
coefficients structuraux en vue de tenir compte de la capacité des couches à drainer l’eau. Le coefficient
de drainage varie donc suivant la perméabilité du matériau, la porosité effective, les pentes et les
CHAUSSÉE 2 : Logiciel de dimensionnement des chaussées souples Guide de l’utilisateur
Service des chaussées 29
distances à drainer ainsi que l'épaisseur des couches. Son choix est basé sur le temps nécessaire pour
drainer 50 % de l'eau libre dans la fondation et la sous-fondation. Dans les conditions climatiques du
Québec, une valeur de 0,8 est proposée aux fins de conception.
9.3 - Module de résilience (Mr)
La rigidité des matériaux qui composent chaque couche de la chaussée est exprimée par le module de
résilience (Mr) déduit sur la courbe de déformation en fonction de la contrainte appliquée. Le module est
la pente de cette courbe et son utilisation reste valable tant que la sollicitation des matériaux de la
chaussée reste dans le domaine élastique, c’est-à-dire tant que les tassements permanents sont
négligeables par rapport à la partie élastique.
Le module de résilience varie selon le type de matériau, ses caractéristiques intrinsèques, la quantité
d’eau qu’il contient et le degré de compaction. Le module d’un même matériau peut aussi varier sous
l’effet de facteurs externes comme la température et l’état de contrainte auquel il est soumis. La durée
d’application de la charge a aussi un effet sur la déformation et le module d’un matériau visqueux tel qu’un
matériau bitumineux. Le module d’un même matériau dans une chaussée aura donc des variations
saisonnières et même journalières.
Il existe différents types de modèles de comportement du module de résilience qui peuvent être associés
à chaque type de matériau. Le choix du modèle et de ses paramètres doit s’appuyer non seulement sur
des essais de laboratoire, mais aussi sur des études de terrain et des simulations mathématiques
permettant de représenter les conditions réelles de mise en service et de variations saisonnières. Le
Tableau 6 montre les modèles utilisés par le logiciel CHAUSSÉE 2. Ces paramètres de modélisation sont
cependant visibles uniquement en mode d’utilisation de niveau Approfondi, lorsqu’on double-clique sur
une case d’affichage du module de résilience.
CHAUSSÉE 2 : Logiciel de dimensionnement des chaussées souples Guide de l’utilisateur
Service des chaussées 30
Tableau 6 : Modèles de modules de résilience pour les matériaux de chaussées
Nom du modèle
Forme de l’équation Explication
BB
Mr = 10 (K1 – K2TK3) + K4
« + K4 » seulement si épaisseur
> 150 mm
Le module est fonction de la température en °C.
C’est le cas des revêtements bitumineux, à cause du
comportement visqueux du bitume. Cette équation est
appliquée à partir de la température effective qui dépend de
la zone climatique.
Élastique (pur) Mr = K1 Le module est constant.
C’est le cas le plus simplifié. Les sols et les matériaux de
chaussées n’obéissent presque jamais à cette loi, mais son
utilisation est pratique et se justifie plus facilement lorsque
les matériaux sont soumis à un état de contrainte qui varie
peu, comme dans le cas des sols supports que l’on trouve à
une plus grande profondeur.
K-theta Mr = K1 θ K2
où θ = σ1+σ2+σ3
Le module dépend de la contrainte de confinement totale θ.
Ce modèle est souvent utilisé dans le cas des matériaux
granulaires. Ceux-ci sont dits « écrouissants », c’est-à-dire
que le module augmente lorsque θ augmente (K2 est
positif). Le modèle élastique pur est le cas particulier où
K2 = 0.
9.3.1 - Variations saisonnières du module de résilience
Le module de résilience modélisé à l’aide des équations du Tableau 6 et affiché dans le module de calcul
STRUCTURAL est directement considéré comme étant la valeur effective tenant compte de toutes les
variations saisonnières. La méthode de l’AASHTO (1993) prescrit la méthode de détermination du Mr
effectif en tenant compte du dommage attribuable à chaque période de l’année (Tableau 7).
CHAUSSÉE 2 : Logiciel de dimensionnement des chaussées souples Guide de l’utilisateur
Service des chaussées 31
Tableau 7 : Mr effectif selon la méthode du dommage équivalent (AASHTO 1993)
a) Exemple pour sol de type ML, b) formulaire vierge
ML-CL ou CL (IP≤12)
Mois Mr, MPa uf
Janvier 140 0,01140 0,01
Février 140 0,01140 0,01
Mars 140 0,0120,7 1,01
Avril 20,7 1,0121,7 0,90
Mai 23,3 0,7725,9 0,60
Juin 31,0 0,3938,8 0,24
Juillet 46,5 0,1549,6 0,13
Août 51,7 0,1251,7 0,12
Septembre 51,7 0,1251,7 0,12
Octobre 49,1 0,1445,5 0,16
Novembre 42,9 0,1941,4 0,20
Décembre 41,4 0,20140 0,01Somme : 6,66
Moyenne : 0,28Mr effectif : 36,1 MPa
Mois Mr, MPa uf
Janvier
Février
Mars
Avril
Mai
Juin
Juillet
Août
Septembre
Octobre
Novembre
Décembre
Somme :Moyenne :
Mr effectif :
uf = 1,18·108 (145,05·Mr)-2,32 uf = 1,18·108 (145,05·Mr)-2,32
Les coefficients K1, K2, K3 et K4 contenus dans la bibliothèque de référence ont été étalonnés
conformément à cette approche, de façon à utiliser directement le résultat dans l’équation de l’AASHTO
(Équation 5).
L’utilisation du Tableau 7 permet aussi de définir un facteur d’ajustement saisonnier (FAS) décrivant le
rapport entre le Mr effectif annuel et la valeur maximale d’été :
CHAUSSÉE 2 : Logiciel de dimensionnement des chaussées souples Guide de l’utilisateur
Service des chaussées 32
étéMreffectifMrFAS = Exemple du Tableau 7 : 70,0
7,511,36==FAS
Équation 8
Ce facteur FAS intègre l’effet des variations saisonnières dans un seul paramètre. Il a la propriété d’être
indépendant de toute augmentation ou réduction du Mr d’un matériau lorsque celle-ci respecte la même
proportion durant l’ensemble de l’année. À défaut de paramétrer explicitement tout le détail des variations
saisonnières, la bibliothèque de référence contient le facteur d’ajustement saisonnier (FAS). Cela permet
de simplifier le logiciel en même temps que de reconstituer le module d’été des sols et matériaux non liés.
9.3.2 - Facteur d’étalonnage du module de résilience (FMr)
Le facteur de module réversible (FMr) est un commutateur qui permet de modifier le Mr effectif d’une
couche de matériau sans intervenir dans le modèle décrit dans le Tableau 6 et le Tableau 7. Il est sous-
entendu que ce facteur est constant durant toute l’année 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
durée de vie structurale (W18).
Ce facteur peut être utile pour étalonner le module ou le coefficient structural avec la valeur déterminée à
la suite d’un essai de déflexion, d’un essai de laboratoire, ou même d’un relevé visuel. L’expérience
indique qu’un revêtement existant est affaibli lorsqu’il est fissuré dans les sentiers de roues (Tableau 8), et
qu’il en est de même pour une fondation granulaire non conforme, dégradée, contaminée par des
particules fines ou mal drainée. Il est donc préférable de mesurer la résilience des matériaux existants, y
inclus le sol de support, et d’en tenir compte avec le facteur FMr.
CHAUSSÉE 2 : Logiciel de dimensionnement des chaussées souples Guide de l’utilisateur
Service des chaussées 33
Tableau 8 : Coefficient structural approximatif d’après le niveau de fissuration
Adaptation du guide AASHTO (1993, p. III-105)
Coefficient structural Fissuration de la surface
Revêtement bitumineux
Fondation stabilisée
Peu ou pas de carrelage
Fissuration transversale de faible sévérité 0,35 à 0,40 0,20 à 0,35
< 10 % carrelage de faible sévérité
< 1 fissure transversale tous les 6 m (sévérité moyenne et élevée) 0,25 à 0,35 0,15 à 0,25
> 10 % carrelage de faible sévérité
< 10 % fissuration de fatigue de sévérité moyenne
> 1 fissure transversale tous les 3-6 m (sévérité moyenne et élevée)
0,20 à 0,30 0,15 à 0,20
> 10 % carrelage de sévérité moyenne
< 10 % carrelage de sévérité élevée
> 1 fissure transversale tous les 3 m (sévérité moyenne et élevée)
0,14 à 0,20 0,10 à 0,20
> 10 % carrelage de sévérité élevée
> 1 fissure transversale tous les 3 m (sévérité élevée) 0,08 à 0,15 0,08 à 0,15
Notes :
• Le remplacement des zones sévèrement fissurées est recommandé avant tout resurfaçage.
• Les taux de fissuration à considérer sont ceux qui restent à la suite des réparations.
• Carottage et essais recommandés pour évaluation de tous les matériaux et à plus forte raison
dans le cas des couches stabilisées.
• Les fondations ou sous-fondations granulaires dégradées ou contaminées par des particules fines
peuvent avoir un coefficient structural inférieur à 0,1 et un coefficient de drainage réduit.
• Le concepteur peut faire intervenir tout autre type de dégradation jugé approprié pour justifier
l’ajustement du coefficient structural d’une couche.
• Les essais de déflexion FWD réalisés au MTQ sur des chaussées abondamment fissurées dans
les pistes de roues conduisent en général vers des coefficients structuraux situés entre 0,25 et
0,35 pour le revêtement, et rarement en dessous de 0,2.
En plus des essais de laboratoire disponibles, la résilience des couches existantes peut être déterminée à
l’aide d’essais de déflexion (déflectomètre FWD) ou de divers essais de pénétration ou de résistance. Il
faut noter que les modules de résilience compatibles avec le guide AASHTO (1993) ne correspondent pas
nécessairement aux modules utilisés selon les méthodes d’analyse basées sur la théorie des couches
élastiques. Von Quintus et Killingsworth (1997a et 1997b) proposent des facteurs de correspondance à
cet effet.
CHAUSSÉE 2 : Logiciel de dimensionnement des chaussées souples Guide de l’utilisateur
Service des chaussées 34
Dans le cas du sol de support, l’Équation 9 (a ou b) est recommandée pour déduire une valeur compatible
avec un bassin de déflexion produit à la surface d’une chaussée bitumineuse.
a) ( ) 4,25/19,0022,00092,0894,40 91430501089476,6 dddrM −+−×= variante de Thompson (1989)
b) 2914914 0030607,042385,1608,172 ddM r +−= variante de Hall et Elliot (1992)
Équation 9 Norme d’essai ASTM D 4694 (FWD avec charge de 40 kN et diamètre de 300 mm)
d0, d305 et d914 : déflexions (µm) à 0; 305 et 914 mm du centre de la charge
Mr : module de résilience apparent du sol de support pour une contrainte déviatorique (σd = σ1 -
σ3) de l’ordre de 43 kPa.
La Figure 7 montre par ailleurs une série d’exemples de corrélation qui permettent d’estimer le module de
résilience d’un sol ou d’un matériau à partir de sa résistance exprimée selon l’indice de portance
californien (CBR). Dans le cas des sols cohérents, il est aussi possible de récupérer des données
d’études géotechniques à l’aide de l’Équation 10. Il faut par contre penser aux variations saisonnières
avant de comparer une mesure ponctuelle avec la valeur effective pour l’ensemble de l’année. Le logiciel
affiche le facteur d’ajustement saisonnier proposé (FAS) et s’en sert pour afficher une conversion du Mr
effectif du sol de support en valeur maximale d’été, ajoutant aussi l’équivalence pour l’indice CBR et la
résistance au cisaillement.
CHAUSSÉE 2 : Logiciel de dimensionnement des chaussées souples Guide de l’utilisateur
Service des chaussées 35
Figure 7 : Corrélation entre le module de résilience et l’indice 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 proposée
CBR ≈ Cu / 30 où Cu = résistance au cisaillement non drainée (kPa)
Équation 10 Normes d’essai pour le Cu (sols cohérents) :
scissomètre de chantier, norme BNQ-2501-200
scissomètre portatif (Serota et Jangle, 1972)
cône suédois, norme BNQ-2501-110
Norme d’essai pour le CBR : ASTM D 1883
CHAUSSÉE 2 : Logiciel de dimensionnement des chaussées souples Guide de l’utilisateur
Service des chaussées 36
10 - CALCUL DU GEL
10.1 Dimensionnement au gel et seuil de soulèvement admissible
Certains projets particuliers peuvent demander
un dimensionnement thermique conçu pour
empêcher le gel d’atteindre un point précis.
Cela peut être le cas par exemple lorsqu’il s’agit
d’isoler une conduite d’aqueduc ou de protéger
un sol extrêmement sensible (argile varvée ou
ayant un IL > 0,9). L’utilisateur peut dans ce cas
se servir de la profondeur du gel (Z) comme
critère de conception.
Par contre, dans la majorité des projets routiers, le dimensionnement au gel est dicté par le besoin d’éviter
l’endommagement du revêtement. Cet endommagement peut prendre la forme de fissures de gel
(lézardes) ou de déformations de la surface. Ces lézardes et déformations sont directement causées par
les soulèvements au gel, et plus particulièrement par les variations de soulèvements (soulèvements
différentiels). Le soulèvement (h) constitue un indicateur directement relié aux dommages ou à la
performance au gel.
L’analyse des soulèvements différentiels nécessite une analyse tridimensionnelle de la chaussée, alors
que les logiciels disponibles sont actuellement unidimensionnels. Il faudrait donc multiplier les analyses
pour plusieurs points distincts (idéalement pour chaque sondage ou chaque point de raccordement d’une
transition) et compiler les différents soulèvements obtenus. Il faut noter que le cahier des charges (CCDG,
2003, art. 13.3.4.7) tolère des déviations de profil de 5 mm sous une poutre rectiligne de 3 m pour
l’acceptation d’une nouvelle surface de revêtement bitumineux. Les suivis de comportement de
chaussées en service indiquent que le différentiel d’IRI entre l’été et l’hiver (ΔIRIhiver-été) se retrouve entre
0,3 et 0,7 m/km sur les chaussées neuves correctement construites. Le seuil exigé pour les contrats
assortis d’une garantie de performance est de 1 m/km.
Le défi ultime du concepteur consiste donc à estimer le confort de roulement hivernal et la fissuration du
revêtement à partir des variations de soulèvement entre les différents sondages ou points d’analyse. Il est
à tout le moins évident qu’un soulèvement globalement plus faible a plus de probabilité de conduire vers
des soulèvements différentiels plus faibles. Les Finlandais Gustavsson et autres (1999) considèrent qu’un
seuil de soulèvement global situé entre 30 et 100 mm constitue un préalable pour maintenir un niveau de
service acceptable et prévenir la fissuration du revêtement. Du côté des chercheurs de l’Université Laval,
CHAUSSÉE 2 : Logiciel de dimensionnement des chaussées souples Guide de l’utilisateur
Service des chaussées 37
Konrad (1998) estime que les soulèvements acceptables semblent se situer entre 30 et 60 mm selon le
type de chaussée, alors que Doré et autres (2005) proposent un abaque définissant un seuil modulé en
fonction de l’épaisseur de la fondation granulaire à la jonction d’une tranchée non gélive. L’expérience
accumulée depuis l’an 2000 à l’intérieur du Service des chaussées indique que les soulèvements
différentiels sont peu perceptibles lorsque le soulèvement global est limité à moins de 50 mm, et qu’ils
peuvent être problématiques avec des soulèvements de plus de 80 mm. La bibliothèque de référence du
logiciel propose donc un seuil par défaut variant de 50 à 70 mm, selon la classe de route.
L'usage des critères de protection au gel de 1994 (chapitre 11) est recommandé pour baliser les
épaisseurs minimales (protection partielle) et maximales (profondeur P pour transition, Norme II-1.8,
Tableau 1.8-1) de la chaussée en complémentarité avec le critère de soulèvement admissible. Ce dernier
est toutefois le seul à pouvoir servir lorsque la zone soumise aux cycles de gel et de dégel se retrouve en
présence d'un isolant thermique, d'un sol argileux varvé ou ayant un indice de liquidité élevé (IL ≥ 0,9), ou
de plusieurs couches de sol de gélivité différente.
10.2 Description du modèle mathématique
Le calcul du gel est basé sur le modèle SSR, mis au point en Finlande par Saarelainen (1992). Il consiste
à calculer la profondeur du gel (Z) et le soulèvement (h). Le calcul de la profondeur du gel se base sur
l’équilibre du bilan thermique au front de gel. L’équation décrivant l’équilibre des flux de chaleur (W/m²) au
front de gel est la suivante :
qm = qp + qf + qs
Équation 11
où :
qm = kf grad T- : flux de chaleur qui s’échappe du front de gel vers la surface, en traversant la
couche gelée, W/m²
qp = ku grad T+ : flux de chaleur du sol non gelé vers le front de gel (flux géothermique), W/m²
qf = L dz0 / dt : flux de chaleur généré par le changement de phase de l’eau interstitielle lorsqu’elle
se transforme en glace, W/m²
qs = Lw SP grad T- : flux de chaleur généré par l’eau supplémentaire de ségrégation au moment
de la formation de lentilles de glace, W/m²
dz0 : pénétration du front de gel durant un incrément de temps dt, m
SP : potentiel de ségrégation, m²/°Kh
Lw : chaleur latente de fusion de l’eau = 92 778 Wh/m3
CHAUSSÉE 2 : Logiciel de dimensionnement des chaussées souples Guide de l’utilisateur
Service des chaussées 38
kf : conductivité thermique du sol gelé, au front de gel, W/°Cm
ku : conductivité thermique du sol non gelé, au front de gel, W/°Cm
L : chaleur latente de fusion du sol gelé, au front de gel, Wh/m³
Rfz = Σ(zi/kfi) : résistance thermique des couches gelées, m²K/W
zi : épaisseur de la sous-couche gelée i, m
kfi : conductivité thermique de la sous-couche gelée i, W/°Cm
grad T+ ≈ 1,16·S·(0,43·Tma + 1) : gradient géothermique (estimation empirique), °C/m
Tma : température moyenne annuelle de l’air (°C)
S : coefficient d’intensité qui prend la valeur de 1,0 en novembre et décroît pour atteindre
0,7 en avril.
grad T- = (Tf-Tp) / z*: gradient de température du sol gelé au front de ségrégation, °C/m
Tf : température de congélation, °C
Tp : température à la surface du sol au temps dt, °C
z* = kf · Rfz + 0,5 dz0
L’équation doit être résolue de façon itérative pour déterminer l’avancée du front de gel (dz0) permettant
de maintenir l’équilibre des flux thermiques. Le calcul du soulèvement se fait ensuite suivant deux
composantes :
• Le soulèvement dû à l’augmentation de volume de l’eau lorsqu’elle se transforme en glace, m;
000 )(/ dznSrdVidzwdVidh wdf ⋅⋅⋅≈⋅⋅= ρρ
Équation 12 où : dVi : gonflement du volume interstitiel : dVi = (Sr – SrCritique) (Limité de 0 à 0,09)
Sr : saturation en eau (décimal)
SrCritique : seuil de déclenchement du gonflement interstitiel (Typiquement 0,85 à 0,9)
wf : teneur en eau gelée, kg/kg;
ρd : masse volumique sèche du sol gelé, t/m³;
ρw : masse volumique de l’eau, t/m³.
• Le soulèvement dû à la formation des lentilles de glace, m;
)/()(09,109,1 fzfzpfs RkdtTTSPdtgradTSPdh −== −
où SP : potentiel de ségrégation, m²/°CH
Équation 13
CHAUSSÉE 2 : Logiciel de dimensionnement des chaussées souples Guide de l’utilisateur
Service des chaussées 39
Le calcul doit se répéter pour chaque donnée de température (Tp) comprise dans l’hiver. On doit alors
incrémenter la profondeur du gel et le soulèvement à chaque boucle en plus de corriger la profondeur du
gel (Z) en fonction du soulèvement :
)();( 0 dhhdhdhdh s Σ=+= )dz(z);dhdz(dz 0 Σ=+=
Équation 14
10.3 – Gélivité (SP)
Le soulèvement au gel d’un sol peut se diviser en deux composantes fondamentales :
• le soulèvement causé par le gonflement de l’eau interstitielle (ho);
• le soulèvement de ségrégation issu de la formation des lentilles de glace (hs).
Le gonflement interstitiel (ho) est dû à l’augmentation de volume de l’eau lorsqu’elle se transforme en
glace. Cela se produit uniquement pour les sols saturés ou quasi saturés, soit lorsque le degré de
saturation (Sr) est supérieur à un seuil critique de l’ordre de 85 à 90 %. Ce phénomène se produit dans
tous les sols saturés même si leur indice SP est nul.
L’indice de gélivité d’un sol quantifie sa propension à former des lentilles de glace sous l’effet du gel. Le
potentiel de ségrégation (SP) quantifie ce phénomène (Konrad et Morgenstern, 1980; Info DLC, 2002). Ce
paramètre varie en fonction l’état de contrainte du sol. Plus précisément, le potentiel de ségrégation est
calculé à partir de la valeur sans surcharge (SP0) et du coefficient de surcharge (a), en utilisant la relation
suivante :
SP = SP0 e –a·σ où σ est la surcharge appliquée sur le sol (en MPa).
Équation 15
À l’intérieur du logiciel, l’affichage du coefficient de surcharge ne se fait que lorsque la valeur SP0 est
supérieure à zéro.
CHAUSSÉE 2 : Logiciel de dimensionnement des chaussées souples Guide de l’utilisateur
Service des chaussées 40
Tableau 9 : Échelle de gélivité
Le Tableau 9 présente des équivalences de gélivité pour faciliter les conversions entre les systèmes les
plus courants. Le logiciel travaille en mm²/°C·heure et contient une bibliothèque de valeurs initiales en
fonction du type de sol. La valeur réelle pour un même type de sol peut par contre être très variable
comme en témoigne la Figure 8, adaptée de la charte du Laboratoire de recherche en région froide
(CRREL) du Corps des ingénieurs de l’armée américaine (USACE). Cette figure montre que les silts (ML
et ML-CL) peuvent présenter un indice de gélivité très élevé.
Figure 8 : Charte du CRREL convertie pour l’indice 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 (IP<12)
ML-CL
GPSW
GW-GC
GM-GCCL (IP>12)
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
1 10 100
Pourcentage de particules inférieures à 20µm
SPo,
mm
²/H°C
Adapté à partir de la charte du CRREL
10.3.1 Indice de gélivité sans surcharge (SP0)
La Figure 8 montre que la classification unifiée ne permet pas une évaluation précise de la gélivité. Voici
les différentes approches qui permettent de déterminer l’indice de gélivité, en ordre décroissant de
précision. Plusieurs de ces approches peuvent aussi être combinées pour plus de fiabilité.
Gélivité SP CRREL, 1981 indice de soulèvementmm²/°C·heure mm²/°C·jours (x10-5)mm²/°Csec mm/jour Δh / hgel
Négligeable < 0,5 < 12 < 14 < 0,5 < 0,01Faible 0,5 à 1,5 12 à 35 14 à 40 0,5 à 2 0,01 à 0,04Moyenne 1,5 à 3 35 à 75 40 à 87 2 à 4 0,04 à 0,08Élevée 3 à 8 75 à 200 87 à 230 4 à 8 0,08 à 0,20Très élevée > 8 > 200 > 230 > 8 > 0,2
CHAUSSÉE 2 : Logiciel de dimensionnement des chaussées souples Guide de l’utilisateur
Service des chaussées 41
L’approche fondamentale pour déterminer la gélivité d’un échantillon de sol consiste à réaliser un essai de
congélation (méthode d’essai LC 22-331), lequel peut être fait par le Service des matériaux du ministère
des Transports dans un délai d’environ une semaine.
Une autre approche très performante consiste à mesurer in situ les profondeurs du gel et les
soulèvements, et à étalonner le logiciel de façon à ce qu’il reproduise fidèlement les mesures prises sur le
terrain. La section 10.8 décrit les fonctions spéciales prévues dans le logiciel pour permettre de procéder
de cette façon.
La troisième approche consiste à utiliser une corrélation empirique, proposée par Konrad (2005), à partir
des essais de caractérisation habituels auxquels on ajoute une caractérisation des particules fines par
sédimentométrie et un essai au bleu de méthylène. Cette approche est résumée à la Figure 9 et détaillée
en annexe sous la forme d’instructions de travail à l’intention des personnes en charge des études de
sols. Cette approche caractérise spécifiquement le potentiel de ségrégation de la fraction fine. Les sols
avec une matrice de particules grossières peuvent être moins gélifs (voir Figure 8).
Figure 9 : Estimation indirecte de la gélivité 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/S
P 0 re
f
non-argileuse argileuse gmdSs FFref /95,25log78,1195,25 2
50 ≤⋅−=µmPµmPVBSs
80400··9,20=
VB = valeur au bleu de méthylène (norme BNQ-2560-255)d50 FF = diamètre médian des particules fines (<75µm), à partir d'un essai de tamisage, lavage et sédimentation-hydromètre (ASTM D422)wL = limite de liquidité déterminée au cône suédois (CAN/BNQ 2501-092-M-86)
w / wL = 0,7 ± 0,1
w / wL > 0,8
Réf.: Konrad J.-M. (2005) "Estimation of the segregation potential of fine-grained soils using the frost heave response of two reference soils" Can. Geotech. J. 42:38-50.
hrsCmmdSP FFref ·/4,20log67,94,20 2500 °≤⋅−=
Minéralogie (prédominance)
La Figure 10 montre une approche similaire pour le cas où l’essai au bleu de méthylène ne serait pas
disponible. De par la dispersion des points, cette dernière s’avère imprécise lorsque le facteur de fines
(Rf) est supérieur à 30.
CHAUSSÉE 2 : Logiciel de dimensionnement des chaussées souples Guide de l’utilisateur
Service des chaussées 42
Figure 10 : Estimation indirecte de la gélivité (d’après 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
²/H°C
)Knutsson et al. (1985) (Essais in-situ)Silt d'Ojeby (Labo) (Knutsson et al., 1985)Silt d'Agassiz (labo grande échelle) (Knutsson et al., 1985)Rieke et al. (1983) (Laboratoire)Vallée Mackenzie (Penner et Ueda 1978)Till de La Grande (Paré 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 Lµmµmµmf wPPPR ⋅⋅⋅=
IL≥0,9
10.3.2 Coefficient de surcharge (a)
Le coefficient de surcharge varie typiquement entre 1 et 20 MPa-1 et peut être mesuré sur demande
pendant l’essai de congélation LC 22-331. La Figure 11 montre que le gonflement au gel des sols plus
grossiers tend à être plus sensible à la surcharge. La relation suivante, proposée par Konrad (2005),
permet de tirer un constat similaire pour différents assemblages de particules fines :
45,0
505 FFda ⋅≈
Équation 16
où d50FF : diamètre moyen des particules fines (passant 80µm)
La Figure 12, qui n’est qu’une représentation graphique de l’Équation 15, montre l’effet du coefficient de
surcharge sur l’indice SP. On peut y lire par exemple qu’un coefficient de 10 MPa-1 a pour effet de réduire
la gélivité de 40 % sous une contrainte de 50 kPa, c’est-à-dire lorsque le sol est surmonté d’une structure
de chaussée d’environ 2 m d’épaisseur totale.
CHAUSSÉE 2 : Logiciel de dimensionnement des chaussées souples Guide de l’utilisateur
Service des chaussées 43
Figure 11 : Valeurs typiques du coefficient de surcharge en fonction de la teneur en argile (Adapté de Knutsson et autres 1985)
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90Teneur en argile (% < 2 µm)
a (M
Pa-1
)Essais labo. (Jessberger et al., 1989)Essais in-situ (Knutsson et al., 1985)Essais labo. (Knutsson et al., 1985)Mackenzie valley soils (Penner et Ueda, 1978)Silt de Calgary (Konrad et Morgenstern, 1983)Till de La Grande (Paré et al., 1978)
Figure 12 : Effet du coeficient de surcharge sur la gélivité
0,0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1,0
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
coefficient a
Fact
eur d
e co
rrec
tion
: SP
/ SP o
= e
-a σ
25
35
50
75
100
150
250
Contrainte verticale σ (kPa) :
CHAUSSÉE 2 : Logiciel de dimensionnement des chaussées souples Guide de l’utilisateur
Service des chaussées 44
10.3.3 Sol argileux varvé ou ayant un indice de liquidité élevé (IL ≥ 0,9)
L’indice de liquidité d’un sol se définit par IL = (w-wp)/(wL-wp). Les sols dont l’indice de liquidité avoisine
une valeur de 0,9 et plus sont très structurés et gorgés d’eau. Ce sont des sols qui n’ont jamais connu de
cycle de gel-dégel depuis leur déposition initiale. Ils sont relativement fréquents dans les déblais argileux
du Québec, en dessous de la croûte de surface. De tels sols ont un indice de gélivité extrêmement élevé
(SP0 ≈ 16 à 20 mm/H°C), et occasionnent des tassements importants durant leur premier dégel.
Le tassement au premier dégel est de l’ordre de 30 %, sous une charge de 25 kPa (Bergeron, 1991).
Cette problématique peut justifier le dimensionnement d’une protection totale contre le gel. Il faut noter
qu’avec ce tassement, le premier cycle de gel-dégel fait baisser sensiblement l’indice de liquidité. Le
potentiel de ségrégation peut se trouver réduit de moitié après le premier cycle de gel-dégel, et tend à se
stabiliser à environ 25 % de sa valeur initiale après quatre cycles. Les premiers cycles de gel-dégel ont
donc pour effet de stabiliser le sol, et démarrent en quelque sorte la formation d’une nouvelle croûte de
surface.
Pour cette raison, il est recommandé de laisser geler ces sols durant un hiver avant de construire le
revêtement d’une chaussée. Il faut alors prévoir de déneiger la surface durant l’hiver, et idéalement de
charger la structure granulaire au plus tôt durant le printemps ou le dégel.
10.4 – Conductivité thermique (K)
La conductivité thermique (K) est une constante qui caractérise le comportement des matériaux au
moment du transfert de chaleur par conduction, c'est-à-dire sans déplacement appréciable de matière.
Elle représente la chaleur transférée par unité de surface, dans une unité de temps sous un gradient de
température (W/m°C).
La valeur pour un sol dépend de la conductivité de chacun de ses constituants (minéraux, eau, glace, air,
bitume, etc.) et de leur proportion volumétrique respective. On sépare la conductivité thermique du sol non
gelé (Ku) de celle du sol gelé (Kf) à cause de la différence importante séparant l’eau (Kw=0,6) de la glace
(Kg=2,24).
La conductivité thermique se mesure directement en laboratoire, mais l’utilisation d’un modèle empirique
est en pratique jugée satisfaisante. Le logiciel CHAUSSÉE 2 supporte une série de modèles dont celui de
Kerstern (1949) qui est le plus connu et le plus répandu. La bibliothèque de données par défaut contient
CHAUSSÉE 2 : Logiciel de dimensionnement des chaussées souples Guide de l’utilisateur
Service des chaussées 45
toutefois une configuration axée sur les modèles de Côté et Konrad (2005a et 2005b) qui sont dorénavant
jugés comme étant mieux adaptés et plus précis.
10.4.1 Conductivité thermique (Ks) et masse volumique des particules solides (ρs)
Le modèle de Côté et Konrad (2005a et 2005b) permet de tenir compte de la conductivité thermique des
grains solides (Ks) lorsqu’on connaît leur composition minéralogique. La masse volumique des solides
(ρs) permet quant à elle de préciser les calculs de porosité et de saturation au moment de séparer les
différents constituants du matériau (minéraux, eau, glace, air, bitume).
Ces deux paramètres sont accessibles en mode d’utilisation de niveau Approfondi, lorsqu’on appuie sur
les boutons gris situés sous les colonnes Ku et ρd du module GEL. Le Tableau 10 présente une liste de
valeurs de conductivité thermique (Ks) et de masse volumique (ρs) qui permet de tenir compte de la
minéralogie des particules solides. Il est utile de savoir que près des deux tiers des pierres concassées du
Québec sont de nature calcaire. Il faut noter par contre que les dolomies, grès, quartzites et autres roches
riches en quartz auront tendance à augmenter la pénétration du gel. Il est aussi possible d’utiliser
l’approximation de Johansen (1975) lorsque la fraction en quartz (q) est connue (Équation 17). Une
moyenne géométrique peut aussi être faite à l’extérieur du logiciel pour déterminer un Ks qui tienne
compte de tous les minéraux. (Consulter Côté et Konrad, 2005)
sK 7,72 1−= lorsque q > 0,2 ( ) qq
sK 7,73 1−= lorsque q ≤ 0,2
Équation 17
Tableau 10 : Conductivité thermique et masse volumique des particules solides Matériau ρs ks
t/m³ W/m°C
Roches Anorthosite 2,73 1,8 Basalte 2,90 1,7 Diabase 2,98 2,3
* Dolomie 2,90 3,8 * Dolomie (St-Eustache) 2,85 3,3 Gabbro 2,92 2,2 Gabbro (St-Joseph-de-Beauce) 2,95 2,2 Gneiss 2,75 2,6 Granodiorite 2,73 2,6 Granite 2,75 2,5 Granite (Valcartier) 2,75 2,6 Granite (Lac-St-Charles) 2,65 2,6 Calcaire 2,70 2,5 Calcaire (St-Marc-des-Carrières) 2,67 2,3
* Marbre 2,80 3,2 * Péridotite 2,95 3,6
CHAUSSÉE 2 : Logiciel de dimensionnement des chaussées souples Guide de l’utilisateur
Service des chaussées 46
* Quartz monzonite (34 % quartz) 2,68 3,0 * Quartzite 2,65 5,0 * Quartzite (Rimouski) 2,65 5,0 * Grès 2,80 3,0 * Grès (St-Anaclet) 2,67 3,4 Schiste 2,65 1,5 Shale 2,65 2,0 Syénite 2,80 2,0 Syénite (Mont St-Hilaire) 2,73 1,6 Tonalite (28 % quartz) 2,77 2,6 Trap rock 2,90 2,0
Sols et matières organiques Charbon 1,35 0,26 Tourbe 1,50 0,25 Silt et argile (Québec) 2,75 2,90 Sable du Bouclier laurentien 2,65 4,00 Sable des Appalaches 2,67 3,55
10.5 – Chaleur latente de fusion (Lf)
La chaleur latente de fusion est la quantité d'énergie nécessaire à une quantité de matière pour qu'elle
passe de l'état solide à l’état liquide, ou la quantité d’énergie dégagée au cours du processus inverse.
Cette transformation a lieu à température et pression constantes. La chaleur latente de fusion de l’eau
(Lw) est de 334MJ/m³ (92778 Wh/m³). Le logiciel CHAUSSÉE 2 calcule la valeur Lf à considérer pour
chaque couche en fonction de la quantité d’eau qui gèle dans le sol :
wdwff LwL ρρ⋅= )(
Équation 18
10.6 – Masses volumiques et volumétrie
Le module GEL considère les matériaux comme un milieu poreux composé d’un assemblage de
particules solides, d’eau, de glace, d’air et de bitume. Les paramètres classiques d’ingénierie et de
mécanique des sols sont retenus à la place du volume d’occupation de chaque constituant.
Tableau 11 : Variables et constantes associées aux constituants des matériaux
solides bitume eau glace air
ρs ρb = 1,02 Masse volumique ρw = 1 ρi = ρw / 1,09 ρa = 0
ρd
Proportion 1-n Vbe
wu wf n·(1-Sr)
Les intrants au logiciel sont les suivants :
CHAUSSÉE 2 : Logiciel de dimensionnement des chaussées souples Guide de l’utilisateur
Service des chaussées 47
ρd = masse volumique sèche (tonnes/m³) (solides + bitume vs volume total)
ρs = masse volumique des particules solides (tonnes/m³)
w = teneur en eau, lorsque le sol n’est pas gelé (kg eau/kg solides)
Vbe = volume de bitume effectif, excluant le volume de bitume absorbé par les granulats et
exprimé en pourcentage par rapport au volume sans vides interstitiels (Langlois, 2003).
Les calculs affichés sont les suivants :
n = porosité (proportion du volume interstitiel total : air + eau)
)(1
sbbes
d
Vn
ρρρρ
−+−=
Équation 19
Sr = saturation (proportion du volume interstitiel occupé par l’eau)
1≤⋅⋅
=w
d
nw
Srρρ
Équation 20
wu = teneur en eau non gelée (kg/kg) (voir l’Équation 21)
wf = teneur en eau gelée (kg/kg) (voir l’Équation 21)
Par ailleurs, la somme des fractions volumiques de chaque constituant doit physiquement être toujours
égale à 1 (100 % du volume total). Cela implique que la porosité et le degré de saturation calculés doivent
être compris entre 0 et 100 % et que la masse volumique sèche doit être compatible avec la masse
volumique des particules solides. Les matériaux sont aussi soumis à d’autres contraintes physiques
comme une plage de porosité limitée par la granulométrie et la forme des particules. Le logiciel fait ces
vérifications et colorie les cases problématiques en orange lorsqu’une combinaison de données paraît
clairement irréaliste. L’utilisateur doit alors ajuster au moins un de ces paramètres pour rétablir la situation
de façon à éteindre les lumières orange.
10.7 - Surface spécifique (Ss) et teneur en eau gelée (wf) ou non gelée (wu)
La subdivision de la teneur en eau (W) en portions gelée et non gelée (Wf et Wu) s’applique au sol en
condition gelée. Ce n’est pas nécessairement toute l’eau contenue dans un sol qui gèle lorsque sa
température descend sous le point de congélation. Le film d’eau adsorbée que l’on trouve dans les sols
fins est plus difficile à geler que l’eau libre. La quantité d’eau gelée dépend de la surface spécifique du sol
CHAUSSÉE 2 : Logiciel de dimensionnement des chaussées souples Guide de l’utilisateur
Service des chaussées 48
(Ss) et de sa température. Le logiciel CHAUSSÉE 2 utilise à 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 −=
Équation 21
Une température fixe de - 3°C est utilisée pour les sols gelés, considérant que seuls les sols de support
possèdent un film d’eau adsorbée significatif. Les teneurs en eau gelée et non gelée interviennent dans le
calcul de la conductivité thermique du sol gelé (Kf), dans le calcul de la chaleur latente de fusion (Lf) ainsi
que dans le calcul du gonflement interstitiel (h0).
La surface spécifique et la teneur en eau non gelée sont visibles en mode d’utilisation de niveau
Approfondi, lorsqu’on appuie sur le bouton situé sous la colonne des teneurs en eau. Il ne faut pas
confondre la surface spécifique du sol (Ss) utilisée à cet endroit et la surface spécifique des particules
fines (SsFF) pouvant servir au calcul de l’indice de gélivité (SP0). Il est possible de basculer entre la teneur
en eau non gelée massique (Wu) et volumique (Qu) lorsqu’on clique sur l’étiquette de titre de cette
colonne.
10.8 - Étalonnage du calcul avec des mesures de terrain
Le code de calcul du logiciel et la bibliothèque de paramètres par défaut ont été minutieusement préparés
et validés pour réduire les imprécisions dans les limites du possible. La simulation théorique peut tout de
même présenter certains écarts avec la réalité d’un site donné.
Il est possible d’effectuer un étalonnage spécifique à partir du comportement réel sur le terrain. Il s’agit
dans ce cas d’entrer toutes les informations connues sur les matériaux et sur le climat (voir section 8.2.2),
et de déduire les inconnues par tâtonnement de façon que la simulation reproduise fidèlement des
mesures de profondeur du gel et de soulèvement. On désigne ce procédé sous le nom de calcul inverse
ou rétrocalcul. Cela permet d’augmenter la fiabilité des calculs ultérieurs, où l’on modifie les données
climatiques et la structure de la chaussée en fonction des scénarios d’intervention envisagés.
En plus d’allouer la modification des paramètres, le logiciel permet d’afficher les résultats en parallèle
avec des mesures de profondeur du gel et de soulèvement. Cet affichage se fait à l’intérieur du graphe,
visible lorsqu’on active la case « Graphe » située dans le coin inférieur gauche de l’onglet GEL. Ce
CHAUSSÉE 2 : Logiciel de dimensionnement des chaussées souples Guide de l’utilisateur
Service des chaussées 49
graphe (Figure 13) affiche les données de températures de l’hiver simulé, la ligne de pénétration du gel,
ainsi que le soulèvement de la surface et de toutes les interfaces des couches de la chaussée. Un bouton
muni de deux petites flèches situé au centre de la barre grise sous le graphique permet aussi d’afficher un
tableau déroulant pouvant contenir les mesures de profondeur du gel et de soulèvement. Les mesures,
inscrites par l’utilisateur à l’intérieur de ce tableau, s’affichent sur le graphe sous la forme de points
discontinus, permettant de visualiser l’arrimage entre les mesures réelles et la simulation théorique. La
section 8.2.2 explique comment entrer et choisir les données de températures pour l’hiver durant lequel
les mesures ont été prises. Un autre bouton situé à gauche de la barre grise permet d’alterner entre le
tableau de saisie des mesures et le tableau de rapport journalier du modèle de calcul.
Figure 13 : Graphe d’affichage du module GEL
CHAUSSÉE 2 : Logiciel de dimensionnement des chaussées souples Guide de l’utilisateur
Service des chaussées 50
11 - CRITÈRE DE GEL DE 1994
L'usage des critères de protection au gel de
1994 est recommandé pour baliser les
épaisseurs de la chaussée en complémentarité
avec le critère de soulèvement admissible issu
du chapitre précédent.
Le critère de protection partielle fournit
l’épaisseur totale minimale de la structure de
chaussée. La règle de détermination des
profondeurs « P » pour transitions, Norme II-1.8
(Tableau 1.8-1), y est aussi mise en parallèle
pour fins de comparaison. Cette profondeur P n’est pas encore une protection totale, mais l’expérience
indique qu’elle est suffisante pour remédier à pratiquement tous les problèmes de soulèvements
différentiels, y inclus par exemple les sols hétérogènes et les situations délicates où il faut raccorder la
chaussée sur un point fixe comme une coupe de roc ou un ouvrage d’art. Une protection plus grande peut
toutefois être nécessaire en présence d’une argile varvée ou ayant un indice de liquidité élevé (IL ≥ 0,9).
Le critère de gel de 1994 conduit vers une protection partielle, considérant qu’une protection totale serait
trop coûteuse avec les grandes profondeurs atteintes par le gel dans l’ensemble du Québec. Ce critère
consiste en une règle d’expérience, établie à partir de la méthode de protection contre le gel de Travaux
Publics Canada (1992). Il s’agit d’une courbe, initialement développée au début des années 50,
permettant d’estimer une protection partielle correspondant à environs la moitié de la profondeur de
pénétration du gel (Armstrong et al., 1963). Ce critère s’avère depuis longtemps efficace pour permettre
de récolter un comportement au gel raisonnablement acceptable pour la plupart des cas (Rioux, 1999).
L’adaptation du MTQ reprend une variante de cette courbe de base (Figure 14) qui précise l’épaisseur
totale de chaussée exigée en fonction de l’indice de gel normal. Le résultat de cette courbe est ensuite
multiplié par un facteur en fonction du type de route (FR) et un facteur en fonction du type de sol (FS). La
méthode prévoit aussi la possibilité de réduire l’épaisseur de 15 % lorsque des conditions favorables
existent sur le site (infrastructure en remblai, nappe d’eau éloignée, etc.).
CHAUSSÉE 2 : Logiciel de dimensionnement des chaussées souples Guide de l’utilisateur
Service des chaussées 51
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)
Épai
sseu
r tot
ale
de la
str
uctu
re d
e ch
auss
ée (m
m)
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 1,00Régionale et 0,90collectriceLocale 0,80
Protection requise = P base x FS x FR
Courbe de base
- La protection nécessaire peut être réduite d'environ 15 p.100d l conditions favorables (infrastructure en remblai, nappe d'eauél i é t )- Le SMfin correspond à un sable silteux classifié SM avec plus de 30
100 d particules fines passant le tamis 80
Protection contre le gel
L’expérience indique que la Figure 14 conduit à des comportements au gel qui étaient jugés acceptables
dans la majorité des cas, avec des périodes de conception de 15-20 ans. Elle ne fournit, par contre,
aucune indication sur les soulèvements au gel. La protection est qualifiée de partielle étant donné qu’elle
indique une épaisseur de chaussée inférieure à la profondeur de pénétration du gel. Le tableau suivant
indique le pourcentage de protection typique qu’on peut déduire lorsqu’on divise l’épaisseur de la
chaussée par la profondeur du gel.
Tableau 12 : Pourcentages de protection contre le gel (méthode 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 très sensibles au gel, mais de faible étendue,
elles doivent être déblayées pendant les travaux de construction, sur une profondeur d’au moins un
mètre, mais de préférence, sur toute la profondeur de pénétration du gel. Les matériaux de remblai
utilisés doivent être de nature semblable à ceux du sol environnant. Des transitions doivent être réalisées
CHAUSSÉE 2 : Logiciel de dimensionnement des chaussées souples Guide de l’utilisateur
Service des chaussées 52
lorsqu’il se produit un changement dans la gélivité du sol de support pouvant causer des soulèvements
différentiels1.
Une étude plus approfondie est nécessaire dans les zones en déblai lorsque l'infrastructure est constituée
de sols argileux humides présentant un indice de liquidité (IL) supérieur à 0,9, ou lorsque des argiles
varvées sont présentes dans les sols d'infrastructure.
Notons que si des risques de remontée de particules fines en provenance des sols d'infrastructure
existent en raison de la granulométrie des matériaux de sous-fondation, une couche anticontaminante ou
une membrane géotextile peut être nécessaire au-dessus des sols d'infrastructure.
La protection contre le gel peut être omise pour certaines routes temporaires, ou lorsque le sol de support
est composé de sable ou de gravier contenant moins de 10 % de matériau passant le tamis de 80µm.
1 Une case « Sol homogène » a été ajoutée dans le logiciel CHAUSSÉE 2 pour rendre cette directive plus évidente. La courbe de profondeur P, pour transitions, devient alors effective.
CHAUSSÉE 2 : Logiciel de dimensionnement des chaussées souples Guide de l’utilisateur
Service des chaussées 53
12 - NORME POUR LES ROUTES À FAIBLE TRAFIC
Dans le cas des routes à faible trafic, il est possible d’utiliser les tableaux 2.4-1 à 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 projeté < 5 000
- Véhicules lourds / jour / voie < 250
- ÉCAS / an / voie < 150 000
Il n’y a quand même aucune contre-indication à utiliser le logiciel CHAUSSÉE lorsque cette situation se
présente. Les deux méthodes peuvent toutefois conduire à un résultat différent. Le logiciel permet de tenir
compte d’un plus grand nombre de variables particulières au projet, ce qui permet une conception plus
optimisée. Il faut aussi noter que la norme est calculée avec le logiciel CHAUSSÉE. Cela implique qu’il
peut y avoir des périodes de transition durant lesquelles la mise à jour du logiciel est en avance.
L’outil ÉCAS du logiciel peut aussi être utilisé pour effectuer le calcul du « DJMA projeté » ainsi que du
« DJMA projeté et corrigé » comme définis dans le tableau 2.4-4 de cette norme.
La norme est publiée en ligne sur le site Internet suivant (Tome II, Construction routière, chapitre 2) :
http://www.publicationsduquebec.gouv.qc.ca/produits/ouvrage_routier.fr.html
La norme ne peut pas être utilisée lorsque le sol de support est composé d’une argile varvée ou lorsqu’il
est composé d’un sol argileux ayant un indice de liquidité élevé (IL ≥ 0,9).
13 - RÉFÉRENCES BIBLIOGRAPHIQUES
Principaux liens utiles du ministère 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..
CHAUSSÉE 2 : Logiciel de dimensionnement des chaussées souples Guide de l’utilisateur
Service des chaussées 54
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.
4. BOUSSINESQ, J. (1885) "Application des potentiels à l'étude de l'équilibre et du mouvement des
solides élastiques." Gauthier Villars, Paris, France.
5. CAMTECH CONSULTANTS INC. (2001) « Étude d’impact des restrictions de charge en période de
dégel sur l’économie du Québec », CAMTECH consultants inc., Groupe Conseil Génivar.
6. ANDERSON, D.M., et A.R.TICE (1972). « Predicting unfrozen water contents in frozen soils from
surface area measurements », Highway Research Record, 393, 12-18.
7. BERGERON, G. (1991). « Effet des cycles de gel-dégel sur la capacité portante et la structure
interne d’un sol argileux », mémoire de maîtrise, Université Laval.
8. CORBIN G., et G. GONTHIER (1998). « Étude d’impact des nouvelles normes de charges et
dimensions de 1998 sur le camionnage lourd au Québec », Ministère des Transports,
Gouvernement du Québec, décembre 1998.
9. CÔTÉ, J., et J.-M. KONRAD (2005a). « Thermal conductivity of base-course materials » NRC
Canada, Canadian Geotechnical Journal, n°42, p. 61-78 : http://pubs.nrc-cnrc.gc.ca/cgi-
bin/rp/rp2_abst_e?cgj_t04-081_42_ys_yf_cgj1-05
10. CÔTÉ, J., et J.-M. KONRAD (2005b). "« A generalized thermal conductivity model for soils and
construction materials », NRC Canada, Canadian Geotechnical Journal, n°42, p. 443-458 :
http://pubs.nrc-cnrc.gc.ca/cgi-bin/rp/rp2_abst_e?cgj_t04-106_42_ns_nf_cgj2-05
11. DARTER, M.I., et autres (1985). Portland Cement Concrete Pavement Evaluation System
(COPES), NCHRP Report 277, Transportation Research Board.
12. DORÉ, G., et autres (2005). « Méthode de conception des chaussées en milieu municipal :
développement de critères et application dans une méthode mécanisto-empirique », Congrès Infra
2005, Montréal, Québec.
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14. GUSTAVSSON, H., E. SLUNGA et S. SAARELAINEN. (1999). « Finnish frost design concept of
roads », Geotechnical engineering for transportation infrastructure. Proceedings of the 12th
European conference on soil mechanics and geotechnical engineering, Amsterdam, June 2: 1359-
1366.
15. HALL, K. D., et R. P. ELLIOT. (1992). « ROADHOG - A Flexible Pavement Overlay Design
Procedure ».Transportation Research Record, Washington DC, TRB.1374, p. 9-18.
16. Info DLC (2002). « Le potentiel de ségrégation et la gélivité des sols » Bulletin d’information
technique, vol. 7, n° 2, février 2002, Ministère des Transports du Québec.
17. Info DLC (2003). « Prise en compte du givrage dans la conception des chaussées comprenant un
isolant thermique », Bulletin d’information technique, vol. 8, n° 12, décembre, Ministère des
Transports du Québec.
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19. KERSTERN, M.S. (1949) « Laboratory research for the determination of the thermal properties of
soils » Research Laboratory Investigations, Engineering Experiment Station, University of
Minnesota, Minneapolis, Technical report 23.
20. KNUTSSON S., L. DOMASCHUK et N. CHANDLER (1985). « Analysis of large scale laboratory
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21. KONRAD, J.-M. (1998). « Méthodologie pour la conception de chaussées urbaines sur sols gélifs »
Revue Géoglobe, Automne 1998, pp. 12-15.
22. KONRAD, J.-M. (2005). « Estimation of the segregation potential of fine-grained soils using the frost
heave response of two reference soils » Can. Geotech. Journal, 42, p. 38-50: http://pubs.nrc-
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23. KONRAD, J.M., et N.R. MORGENSTERN (1980). « A mechanistic theory of ice lens formation in
fine-grained soils », Canadian Geotechnical Journal, Vol. 17, p 473-486.
24. KONRAD, J.M., et N.R. MORGENSTERN (1983). « Frost susceptibility of soils in terms of their
segregation potential », Proceedings of the 4th Intl. Conference on Permafrost, University of Alaska
and National Academy of Sciences, National Academy Press, Washington DC.
25. LADANY, B. (1996). « La conception et la réhabilitation des infrastructures de transport en régions
nordiques », Études et Recherches en transport, Transports Québec.
26. LANGLOIS, P. (2003). « Enrobés. Formulation selon la méthode LC ». Gouvernement du Québec.
27. MEEUS, J. (1991). Astronomical Algorithms. William-Bell Inc..
28. Normes – Ouvrages routiers (Tomes I à VII), Les Publications du Québec. Documentation en ligne
sur Internet : http://www.publicationsduquebec.gouv.qc.ca/produits/ouvrage_routier.fr.html
29. RIEKE R.D., T.S. VINSON et D.W. MAGEAU (1983). « The role of specific surface area and related
index properties in the frost heave susceptibility of soils », 4th Intl. Conference on Permafrost,
Fairbanks, Alaska.
30. RIOUX, N. (1999). « Impacts du gel sur les chaussées au Québec », Revue Innovation Transport,
no 4, p. 13-6 (février).
31. SAARELAINEN, S. (1992). « Modelling frost heaving and frost penetration in soils at some
observation sites in Finland. The SSR model », Espoo 1992, VTT, VTT publications 95, Technical
research centre of Finland, 120 p.
32. SAVARD Y., et autres (2004). « Amélioration de la performance des chaussées souples 1992-2002
(construction ou reconstruction) », 39e Congrès annuel de l’ l’Association québécoise du transport et
des routes (AQTR), Québec, Canada.
33. SEROTA, S., et A. JANGLE (1972). « A Direct Reading Pocket shear vane, Transaction of the
American Society of Agricultural Engineers », Civil Engineering, no 42, p. 73-76.
CHAUSSÉE 2 : Logiciel de dimensionnement des chaussées souples Guide de l’utilisateur
Service des chaussées 56
34. SERVICE DES CHAUSSÉES (1995). « Dimensionnement structural des chaussées ». Notes de
cours, ministère des Transports du Québec (mars).
35. ST-LAURENT, D. et P. LANGLOIS (2006). « Potentiel pour des chaussées bitumineuses à durée de
vie prolongée », 41e congrès annuel de l’Association québécoise du transport et des routes (AQTR)
(avril).
36. THOMPSON, M. R. (1989). « ILLI-PAVE Based NDT Analysis Procedures. Nondestructive Testing
of Pavements and Backcalculation of Moduli », ASTM STP 1026. Eds. A. J. Bush III et G. Y. Baladi.
Philadelphia, p. 487-501.
37. TRANSPORTS QUÉBEC (1994). Normes – Ouvrages routiers, Construction routière. Tome II,
chapitre 2, « Structures de chaussées », Les Publications du Québec.
38. Travaux publics Canada (1992) « Manual of pavement structural design ASG-19 (AK-68-12) Manuel
sur la conception des chaussées » Service Architecture et Génie, Transport aérien, Canada.
39. VON QUINTUS H., et B. KILLINGSWORTH (1997a). « Design Pamphlet for the Determination of
Layered Elastic Moduli in Support of the 1993 AASHTO Guide for the Design of Pavement
Structures », publication no. FHWA-RD-97-077.
40. VON QUINTUS H., et B. KILLINGSWORTH (1997b). « Design Pamphlet for the Determination of
Design Subgrade in Support of the 1993 », publication no. FHWA-RD-97-083.
14 - POUR COMMUNIQUER AVEC NOUS
Vous pouvez joindre le Service des chaussées à l’adresse suivante pour toute information additionnelle.
Nous vous invitons à nous faire connaître vos commentaires et suggestions.
Service des chaussées
Ministère des Transports du Québec
930, chemin Sainte-Foy, 5e étage
Québec (Québec) G1S 4X9
Téléphone : 418 644-0890
Télécopie : 418 646-6195
Courriel : [email protected]
Site Internet : http://www.mtq.gouv.qc.ca
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ANNEXE I
Recyclage à froid des enrobés (RFE)
CHAUSSÉE 2 : Logiciel de dimensionnement des chaussées souples Guide de l’utilisateur
Service des chaussées 58
ANNEXE I - RECYCLAGE À FROID DES ENROBÉS (RFE)
Le recyclage à froid des enrobés se fait généralement sur une épaisseur de l’ordre de 100 mm (de 85 à
110 mm). Il reste normalement une épaisseur d’enrobé fissuré en dessous de la couche recyclée. Il est
recommandé de réaliser les travaux de façon que l’épaisseur non fissurée (nf), qui représente l’épaisseur
recyclée plus l’épaisseur du recouvrement, soit supérieure à au moins deux fois l'épaisseur d'enrobé
fissuré (f) laissé en place. Cela implique la réalisation d’un planage lorsque l’épaisseur en place est trop
élevée. L’objectif de ce critère (rapport nf / f > 2) est de réduire la vitesse de remontée des anciennes
fissures. Cette problématique est telle qu’il est inutile de prévoir une période de conception supérieure à
20 ans.
L’épaisseur de recouvrement bitumineux doit respecter l’épaisseur minimale indiquée dans la Figure A 1
en supplément de l’épaisseur calculée par le logiciel (méthode de l’AASHTO).
Figure A 1 : Enrobé à chaud requis au-dessus d’un enrobé recyclé à froid de 100 mm (critère de fatigue) (Théorie des couches élastiques, interfaces bien collés)
50
60
70
80
90
100
110
120
130
140
150
160
170
180
190
200
1 10 100
W18 (millions d'ECAS)
Enro
bé re
quis
au
dess
us d
e l'E
RF
(mm
)
0 mm d'enrobé fissuré laissé en place sous l'ERF20 mm d'enrobé fissuré laissé en place sous l'ERF50 mm d'enrobé fissuré laissé en place sous l'ERF75 mm d'enrobé fissuré laissé en place sous l'ERF100 mm d'enrobé fissuré laissé en place sous l'ERFLimite minimale du nf / f = 2
Note: Ce critère de fatigue doit être vérifié en supplément de la méthode du nombre structural SN
Structure de la chausséeH E v
1 axe y 5000 0.302 100 2400 0.303 courbes 1500 0.304 375 250 0.355 500 125 0.356 75 0.40
CHAUSSÉE 2 : Logiciel de dimensionnement des chaussées souples Guide de l’utilisateur
Service des chaussées 59
ANNEXE II
Caractérisation de sol en laboratoire Instructions pour évaluer la gélivité
CHAUSSÉE 2 : Logiciel de dimensionnement des chaussées souples Guide de l’utilisateur
Service des chaussées 60
Caractérisation de sol en laboratoire Instructions pour évaluer la gélivité
Domaine d’application Sur les sols d’infrastructure présentant plus de 30 % de particules fines (< 80µm), ou bien aux endroits
spécifiés par le demandeur.
Lorsque la quantité de particules passant le tamis requis est insuffisant pour un essai en particulier, il
devrait être envisagé de combiner deux échantillons de sol identique. Une telle action doit être
mentionnée dans le rapport.
Méthode 1 : Détermination du potentiel de ségrégation (SP0) à l’aide d’un essai de congélation Méthode d’essai LC 22-331
Cet essai est disponible au Service des matériaux d’infrastructures (SMI) du ministère des Transports et
demande un délai minimum d’une semaine. Cette méthode est recommandée à titre d’approche la plus
fiable. L’essai est applicable sur tout échantillon de plus de 2,5 kg passant le tamis de 5 mm. La
réalisation sur un échantillon non-remanié constitue l’évaluation plus représentative (100 mm de diamètre
par 120 mm de hauteur).
Il est aussi possible de mesurer le coefficient de surcharge (a), sur demande, lorsque plus d’un échantillon
est disponible. Dans le cas contraire, il faudra poser un coefficient par défaut en se basant sur la
granulométrie. (Voir la méthode 2) Il est recommandé de mesurer le SP avec un essai réalisé sous une
surcharge près de celle anticipée sur le terrain. Par exemple, une surcharge (σ) de l’ordre de 0,02 MPa
(20 kPa) peut être appropriée si on prévoit construire une structure de chaussée d’environs un mètre
d’épaisseur au dessus du sol. Le logiciel CHAUSSÉE utilise la valeur sans surcharge (SP0) qu’on peut
obtenir avec l’équation suivante :
σ⋅⋅= aeSPSP0
Personne-ressource au SMI : Claude Robert au Service des matériaux d’infrastructures, 2700 rue
Einstein, Québec (Québec), G1P 3W8, (tél. : 418 644-0181, poste 2232).
CHAUSSÉE 2 : Logiciel de dimensionnement des chaussées souples Guide de l’utilisateur
Service des chaussées 61
Méthode 2 : Corrélation empirique pour la fraction fine Cette approche simplifiée est à la portée de tous les laboratoires de sols. Elle vise spécifiquement la
fraction fine et les sols avec une matrice de particules grossières peuvent s’avérer moins gélifs. Il est
recommandé de transmettre quelques échantillons témoins au SMI pour évaluation parallèle et base de
données.
2.1- Teneur en eau naturelle Méthode d’essai CAN/BNQ 2501-170
2.2- Granulométrie du sol et sédimentométrie des particules fines Méthode d’essai BNQ 2501-025
Pour la sédimentométrie, fournir le pourcentage correspondant aux diamètres équivalents à 20, 5, 2 et
1 micromètres. Calculer le diamètre moyen « d50 FF » en micromètres de la fraction fine (passant 80µm).
La densité relative des particules se mesure suivant la méthode d’essai CAN/BNQ 2501-070, laquelle
peut être limitée à un seul essai par couche géologique sur un site donné. S’il est impossible de la
mesurer, la valeur par défaut prescrite en l’absence d’expérience locale plus appropriée est de 2,73.
2.3- Limite de liquidité au cône suédois et limite de plasticité Méthode d’essai CAN/BNQ 2501-092
Il est préférable d’effectuer la méthode de détermination de la limite de liquidité à points multiples, si la
quantité de sol le permet.
En présence d’un sol non plastique : inscrire cette information pour la limite de plasticité (wp = n.p.) et
réaliser tout de même l’essai pour déterminer la limite de liquidité.
Calculer l’indice de liquidité [ IL = (w-wp)/(wL-wp) ] et faire ressortir au rapport la présence de tout
échantillon dont l’indice IL est supérieur ou égal à 0,9. Ce sont des sols extrêmement gélifs et pouvant
produire des tassements importants au cours des premiers cycles de gel-dégel.
2.4- Valeur au bleu de méthylène (VB) Méthode d’essai BNQ 2560-255 (passant 400µm)
2.5- Calcul de la gélivité des particules fines (SP0 et a)
refSPrSP 00 ⋅= et 45,0505 FFda ⋅=
CHAUSSÉE 2 : Logiciel de dimensionnement des chaussées souples Guide de l’utilisateur
Service des chaussées 62
où :
SP0 = potentiel de ségrégation sans surcharge (mm²/H°C)
a = coefficient de surcharge (MPa-1)
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛=⎟
⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛=
Lrefs
s
ref ww
SS
fSPSP
r ,0
0 (Déduire r sur la figure suivante)
µmPµmPVBSs
80400··9,20= = surface spécifique (m²/g)
gmdSs FFref /95,25log78,1195,25 250 ≤⋅−= (Limiter cette valeur à 25,95, maximum)
hrsCmmdSP FFref ·/4,20log67,94,20 2500 °≤⋅−= (Limiter cette valeur à 20,4, maximum)
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
r = S
P 0/S
P 0 re
f
non-argileuse argileuse
w / wL = 0,7 ± 0,1
w / wL > 0,8
Minéralogie (prédominance)
Référence : KONRAD J.-M. (2005). « Estimation of the segregation potential of fine-
grained soils using the frost heave response of two reference soils». Can. Geotech.
Journal, 42, p. 38-50.
CHAUSSÉE 2 : Logiciel de dimensionnement des chaussées souples Guide de l’utilisateur
Service des chaussées 63
ANNEXE III
Isolation des chaussées
CHAUSSÉE 2 : Logiciel de dimensionnement des chaussées souples Guide de l’utilisateur
Service des chaussées 64
ANNEXE III – ISOLATION DES CHAUSSÉES Références complémentaires Il faut consulter les normes et directives suivantes concernant l’utilisation des couches isolantes en
polystyrène.
• Norme 14301 « Polystyrène pour construction routière »
• Norme « Structures de chaussées », tome II, chap. 2.6
• CCDG, chapitre 19.9
Le devis type « Isolation des chaussées » (ci-joint) est recommandé en attendant la mise à jour de ces
documents. Ce dernier prévoit notamment l’amélioration de la zone de transition ainsi que l’admissibilité
du polystyrène expansé lorsque la vérification structurale est jugée satisfaisante.
Le Guide de préparation des projets routiers (Annexe TSC-04) présente aussi des informations
complémentaires, ainsi que des abaques de calculs utiles pour le dimensionnement d’une protection
totale, y inclus l’isolation d’une conduite enfouie sous une chaussée.
Protection contre le givrage La protection contre le givrage implique la mise en place d’un recouvrement granulaire minimum de
450 mm. La précision de cette recommandation peut être améliorée à l’aide des informations contenues
dans le bulletin Info DLC de décembre 2003 :
http://www1.mtq.gouv.qc.ca/fr/publications/reseau/infodlc/2003-2004/03-12.pdf
Il est de mise d’éviter de commencer ou de terminer la mise en place d’un isolant dans les zones de
conduite plus délicates telles que les zones de freinage (p. ex. : à moins de 100 m d’une intersection ou
d’un passage à niveau), les pentes abruptes, le sommet des côtes, et à moins de 50 m des courbes. Une
solution acceptable pour ces situations pourrait être d’augmenter le recouvrement granulaire d’au moins
150 mm.
CHAUSSÉE 2 : Logiciel de dimensionnement des chaussées souples Guide de l’utilisateur
Service des chaussées 65
Vérification structurale Le polystyrène utilisé en construction routière doit posséder une résistance en compression (Rc)
suffisante pour bien résister aux charges de trafic. Les dommages infligés au polystyrène sont considérés
comme négligeables pour des contraintes inférieures à 10 % de la résistance en compression.
Cela implique l’utilisation de polystyrènes à haute densité. Les panneaux extrudés dont la résistance en
compression (Rc) atteint plus de 400 kPa résistent sans problème à toutes les situations routières
normales, en considérant la protection granulaire de 450 mm imposée contre le givrage. Il est possible
qu’une spécification de résistance (Rc) de 250 kPa soit aussi acceptable, mais cela à condition que
l’épaisseur de protection (granulaire + enrobé) s’avère suffisante. Un tel relâchement de l’exigence permet
de réduire les coûts de l’isolant et ouvre l’admissibilité aux polystyrènes expansés.
La contrainte transmise à l’isolant peut être évaluée à l’aide de la théorie des couches élastiques, ce qui
nécessite un logiciel à cette fin. L’Équation 22 (Boussinesq, 1885) donne aussi une estimation
raisonnable de l’épaisseur minimale de protection requise. Ce calcul doit être fait en dehors du logiciel
CHAUSSÉE.
[ ] 1)/(1)/(
3/2min −−= −
oa
oPZσσσπ
Équation 22
où : Zmin= épaisseur minimale de protection (m)
(Considérer que 1 mm de BB équivaut à 2 mm de granulaire)
P = charge sur roue (40 kN)
σ0 = pression de contact pneu-chaussée (700 kPa)
σa = pression admissible (environ 10 % de la résistance en compression de l’isolant, kPa)
Les polystyrènes ont un module de résilience très faible (≤ 15 MPa). Pour cette raison, une étude
particulière est requise pour les utilisations à grandes épaisseurs comme dans le cas des remblais
allégés.
Amélioration de la zone de transition La plus grande difficulté d’un projet d’isolation consiste à bien réussir les transitions, étant donné le
contraste potentiel entre une zone isolée (aucun effet de gel) et la route normale existante. La situation
idéale consiste à éliminer le besoin d’une transition en terminant l’isolation sur un affleurement rocheux ou
CHAUSSÉE 2 : Logiciel de dimensionnement des chaussées souples Guide de l’utilisateur
Service des chaussées 66
à la jonction d’un autre point fixe tel qu’un ouvrage d’art. Sinon, il est recommandé de terminer l’isolation
dans un secteur en remblai plutôt qu’en déblai.
L’expérience indique que le dessin normalisé DN-II-2-010 est souvent peu satisfaisant. Le problème se
situe principalement à la jonction entre l’épaisseur minimale de 25 mm et le secteur non isolé. Il s’agit
donc de concevoir une zone tampon supplémentaire pour atténuer la différence de régime thermique à ce
point de jonction. L’amélioration peut se faire de diverses manières (transition en terrassement
conventionnel, fabrication de panneaux d’épaisseur inférieure à 15 mm, etc.) L’approche la plus simple
semble l’utilisation de panneaux perforés pour une capacité isolante réduite. Le devis type ci-joint propose
un dessin amélioré en ce sens pour les extrémités des secteurs isolés. L’insertion d’un patron de
perforation unique, avec une surface trouée à environ 23 %, permet d’atténuer de moitié le différentiel de
soulèvement au point de jonction et constitue une amélioration importante. L’insertion de zones
d’atténuations additionnelles, telles que la variante indiquée avec deux patrons de perforation distincts,
pourrait cependant s’avérer préférable pour les cas de gélivité jugés plus sévères.
Service des chaussées 67
DEVIS TECHNIQUE SPÉCIAL PROTECTION CONTRE LE GEL À L’AIDE D’UN ISOLANT
THERMIQUE EN POLYSTYRÈNE (SUR UNE ROUTE EXISTANTE)
Le document intitulé « Clause type relative à la protection contre le gel d'une route existante à l'aide d'un isolant thermique en polystyrène » est maintenant hébergé et maintenu à jour sur le site Internet du Ministère :
www.mtq.gouv.qc.ca
Voir à la section Entreprises − Zone des fournisseurs − Contrats − Documents contractuels
V-0574 (2016-11)
Fiche d’évaluation – Formation – Perfectionnement
Ministère des Transports, de la Mobilité durable et de l’Électrification des transports
Titre de la formation (sans acronyme) Organisme du formateur (sans acronyme)
Qu’avez-vous le plus aimé de la formation ?
Qu’avez-vous le moins aimé de la formation ?
Autres suggestions ou commentaires
Direction et service du participant
Pour chaque énoncé, cochez votre niveau d’appréciation.
Pertinence de l’information
Dynamisme des animateurs
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Durée de la présentation
Applicable au quotidien
Méthode (présentation et exercices)
Documentation fournie
Salle
Clarté de l’information
Date de l’activité (1re journée) (Année-Mois-Jour)
Oui Non
Objectifs et contenu
Présentation
Logistique
Formation à recommander
Très insatisfa
isant
Insatisfaisant
Satisfaisant
Très satisfa
isant
Sans objet
1
2
3
Éléments de la présentation
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