SÉMINAIRE DE MAÎTRISE - Université Laval · Simulateur Vitesse max = 6km/h Tps de passage = 1,5 s Confection d’échantillon et instrumentation (Juneau et pierre, 2008) Infra:

Effets des changements climatiques sur la performance à long terme des chaussées flexibles au Québec

Présenté par

Papa Masseck Thiam

Sous la direction de

Guy Doré : Directeur de recherche

Jean-Pascal Bilodeau : Co-directeur de recherche

SÉMINAIRE DE MAÎTRISE

Plan de présentation

o Mise en contexte

o Description et objectif du projet

o Méthodologie et résultat des essais

o Analyse des résultats et loi d’endommagement

o Conclusion

Mise en contexte

Mise en contexte (1)

o Évolution du climat:o Naturelle à Anthropique

o Augmentation des GES

o Manifestation des CC:o Fonte massive des neiges et océans

o des températures moyennes

o des précipitations

(GIEC, 2007)

(GIEC, 2007)

Mise en contexte (2)

o Plusieurs impacts des de précipitations sur l’environnement bâti dont:

o Et la performance à long terme des routes au Québec?

Sol d’infrastructure

Sous fondationfondation

Enrobé

Ornière structurale de l’infra = Endommagement à long termeCapacité portante Mr et εp = f (teneur en eau)

εp

Mise en contexte(3)

Concept de Mr

Module rigidité du sol Nbre d’application de charge

Relation Mr vs W

Concept de εp

Caractérise performance à long terme et ornièrage structural

Relation εp vs W

(Lekarp et al., 2000)

(Lekarp et al., 2000)(Lebeau, 2006)

Mécanisme d’Endommagement

Mise en contexte(4)

Quantifier la réduction de la performance à long terme des chaussées causée par les futures de Précipitation sur un horizon

défini

Conclusion revue littéraire

-Performance à long terme chaussée dictéepar ornièrage structural de l’infrastructure

-Critère de performance: N= f(Mr) et εp

-Mr et εp dépendent de la teneur en eau du sol(accéleration de l’endommagement)

-Lien entre futures de Précipitation et Wdans les sols?

Objectif du projet


o Mise en contexte

o Description du projet



o Conclusion

o Description du projet

Description du projet(1)

(MTQ, 2012)

Description du projet(2)

ΔW vs MrP vs ΔW Scénarios précipitation

Étape 1 Étape 2 Étape 3 Étape 4

Endommagement par εp relatif (simulateur)

Nbre d’application de

charges (N) relatif (triaxial)

Endommagement par εp relatif

(triaxial)

ΔW vs εp

(Triaxial)

ΔW vs εp(Simulateur)

3 zones

Horizon futur: 2010-2039

Horizon de référence: 1971-2000


o Mise en contexte




o Conclusion


Méthodologie et résultats(1)

Description de sols utilisés et sources

o 4 sols caractéristiques du contexte géologique du Québec

Parc des Laurentides, Qc

Saint-Alban, QC

Ste-Catherine-de-la-Jacques-Cartier, Qc

St-Augustin, Qc

o Till SM

o Sable SP

o Argile CH

o Argile CL

o Till SM

o Sable SP

o Argile CH

o Argile CL

(SM)

(CL)

(SP)

(CH)


Étape 1: Relation P vs W

o Chaussées instrumentées pour acquisition de données de W

o P des stations respectives utilisées

o Diversification des sols (argile, sable, MG) dans leur type et provenance

o Rapport imminent W= f(P)

Ex: Données sur argile (source: Hwy 520, Manitoba)

0

2

4

6

8

10

12

0

10

20

30

40

50

60

juin-03 janv.-04 août-04 févr.-05 sept.-05 mars-06 Pré

cip

itat

ion

mo

yen

ne

s m

en

sue

lles

(mm

)

Ten

eu

r e

n e

au v

olu

mé

triq

ue

(%

)

Périodes mensuelles

PrecipitationmensuellesW à 0,6m deprofondeurWà 0,8 m deprofondeurW à 1m deprofondeurW à 1,2m deprofondeurW à 1,4 mProfondeurW à 1,6 m deprofondeur

-20

-15

-10

-5

0

5

10

15

0 2 4 6 8 10 12

ΔW

(vo

mu

létr

iqu

es

en

%)

Précipitations moyennes mensuelles (mm)

Argile Manitoba à -0,6m

Argile (Manitoba) à -0,8m

Argile Manitoba à -1m

Sable Saint Celestin

SERUL

Périodes entre Mars et Novembre

∆W(%)=0,9227P-0,1092

Corrélation:∆W.(à P=X)= W(à P=x+1) – k

où k = faible précipitation sur longue période

o Faible corrélation mais tendance à la hausse


Étape 2: Essai de Module réversible sur les 4 sols (méthodologie)

o Permet de mesurer rigidité du sol (lien Mr vs W)

o Effectué conformément à la norme de l’AASHTO T307-99

o Deux condition environnementales: État Optimal et Saturé

o Échantillons de dimensions 150mm x 300mm

o 3 paliers de confinement des échantillons

Différentes étapes de l’essai

(1) (2) (4)(3) (5)

Équipements utilisés


Étape 2: Essai de Module réversible sur les 4 sols (Résultats)

o Till SM

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

0 20 40 60 80

Mr

(MP

a)

σd (kPa)

σ3= 41,47 kPa état optiumσ3=41,47 kPa État Saturé

σ3=27,68 kPa État Optimumσ3=27,68 kPa État Saturé

σ3=13,82 kPa État optimumσ3=13,82 kPa État Saturé

Modèle de prédiction de Mr (suggéré par le MEPDG)

SolsK1 opt (Uzan) K2 Opt (Uzan) K3 opt (Uzan) θopt σd opt Ks W opt volumetrique R2 modèle Uzan

- - - MPa MPa - % État OptimumTill SM 1,37 1,17 -0,64

-

-1,20 0,11 0,95Sable SP 1,08 0,87 -0,38 -0,79 0,16 0,97Argile CL 2,16 0,10 -0,37 -10,55 0,23 0,97Argile CH 3,81 0,07 -0,41 -7,92 0,28 0,89

Mr = K1opt (Uzan)

Paθ

Pa

K2 opt (Uzan ) σ d

Pa

K3opt (Uzan )

× 10Ks W −Wopt( )

Mr (Uzan) à l’optimum

K1, K2, K3, Ks : Paramètres de régression du modèle

Mr = K1Pa

θ

Pa

K2 σ d

Pa

K3

Modèle de Uzan (1985):

Modèle initial MEPDG: Mr = 10Ks W −Wopt( )

0

100

200

300

400

500

600

700

800

0 200 400 600 800

Mr

Cal

culé

(M

Pa)

Mr mesuré (MPa)

Mr mesuré vs MrCalculé à l'étatsaturé

Mr mesuré vs Mrcalculé à l'étatOptimum

Illustration fiabilité du modèle (Till SM)


Étape 2: Essai de déformation permanente sur les 4 sols (méthodologie)

o Permet de décrire le comportement en déformation permanente (Lien εp v W)


o Échantillons de dimensions 100mm x 200mm

o σd= 20kPa et σ3= 15kPa (simulation sur Winjuléa)

o 50000 cycles par palier environnemental

o Chargement de type Haversine (200ms de chargement et 800ms de repos


(1) (2) (3) (4) (5)


Étape 2: Essai déformation permanente sur les 4 sols (Résultats)

0

5000

10000

15000

20000

25000

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

5000

0 20000 40000 60000 80000 100000 120000

εp (

Mic

ro d

efo

rmat

ion

) fo

r C

H,S

M, S

P, C

L

Cycle N

Argile CH

Till SM

Sable SP

Argile CL

Légende des axes:Gauche: CH,SM, SPDroite: CL

État optimal État saturé

Analyse des résultats de l’essai

Utilisation du modèle de Dresden : ε p = AN

1000

B

B: taux de εpA: Déformation à 1000 cyclesN: Nbre de cycle

Lien entre B et W pour chaque sol

o B à 50000 cycles par condition environnementaleo Relation linéaire en fonction de la W

Type de sol Argile CL Argile CH Till SM Sable SP

W volumétriqueOptimum Saturé Optimum Saturé Optimum Saturé Optimum Saturé

28,84% 34,43% 25,06% 43,25% 13,32% 19,75% 17,18% 35,08%

Corrélation 0,99 0,98 0,99 0,90 0,99 0,97 0,99 0,99

Paramètre A 694,6 18146,0 405,8 2276,4 932,7 218,4 1150,1 366,6

Paramètre B 0,17 0,03 0,17 0,14 0,06 0,11 0,06 0,32


Étape 2: Essai au simulateur de charge routier (Description)

o Décrit le comportement en déformation permanente (Lien εp v W) (validation de l’essai triaxial)

o Simule à petite echelle le comportement de chaussée (rotation de σ) (sol d’infrastructure)

o Validation de l’essai de déformation permanente

o L=2,75m, l=1,25m, h=2,5m

Simulateur Vitesse max = 6km/h

Tps de passage = 1,5 s

Confection d’échantillon et instrumentation

(Juneau et pierre, 2008)

Infra: 185 mm

SF: 185 mm

F: 140 mm

EB: 50mm: Prise de mesure

Cycle

1 0

2 50

3 100

4 200

5 350

6 500

7 1000

8 2000

9 3500

10 5000

11 10000

12 20000

13 30000

14 40000

15 50000


Étape 2: Essai au simulateur de charge routier (Méthodologie)


o Pression dans le ballon= 25 PSI et pression dans le pneu=80 PSI (simulation sur Winjuléa)

o 50000 cycles par palier environnemental

o Réalisation sur Till SM et argile CL


(1) (2) (3) (4) (5) (6)


Étape 2: Essai déformation permanente sur les 4 sols (Résultats)

Analyse des résultats de l’essai

Utilisation du modèle de Dresden : ε p = AN

1000

B

B: taux de εpA: Déformation à 1000 cyclesN: Nbre de cycle

Lien entre B et W pour chaque sol

o B à 50000 cycles par condition environnementaleo Relation linéaire en fonction de la W

0,0%

0,5%

1,0%

1,5%

2,0%

2,5%

3,0%

3,5%

4,0%

4,5%

0 20000 40000 60000 80000 100000 120000

Dé

form

atio

n p

erm

ane

nte

(%

)

Cycle N

Argile CL Étatoptimum et saturé

Till SM étatoptimum et saturé

État optimum État Saturé

Type de sol Argile CL Till SM

W Volumétrique (%)

Optimum Saturé Optimum Saturé

29,0% 36,7% 13,4% 26,7%

Correlation 0,92 0,84 0,92 0,97

Paramètre A 0,0016 0,0037 0,0037 0,0021

Paramètre B 0,5885 0,6491 0,1891 0,4118


o Mise en contexte




o Conclusion


Analyse des résultats et loi d’endommagement(1)

Moyennes de précipitations actuelles

(MTQ, 2012)

Région d’étudeo Référence des scénarios climatiques

o Moyennes effectuées sur 30 ans

o Période de référence de 1971 à 2000

o 3 zones étudiées entre Mars et Novembre

Zone 1 85,4 mm

Zone 2 74,3 mm

Zone 3 72,7 mm

Zone 1

Zone 2

Zone 3

85,4 mm72,7 mm

74,3 mm

Ptotal=232,4mm


(MTQ, 2012)

Moyennes de précipitations futures

o Établis par Ouranos (2012)

o Périodes future d’analyse : 2010- 2039 (référence de 1971-2000)

o 3 zones étudiées entre Mars et Novembre

o 10 scénarios de MRCC effectués

o 2 scénarios retenus : un scénario optimiste et un scénario pessimiste d’ de Précipitations pour chaque zone

Optimiste

Pessimiste

Zone 1 6,39% 0,67%

Zone 2 7,40% -0,10%

Zone 3 8,45% 2,17%

Zone 1

Zone 2

Zone 3

0,67%

2,17%

-0,10%

Total: 2,74 % Pessimiste

zone 1

zone 2

zone 3

6,39%

7,40%

8,45%

Total: 22,24 %

Optimiste


Résumé des scénarios de d’augmentation de précipitation

Période de référence (1971-2000)

Zone 1

Zone 2

Zone 3

85,4 mm72,7 mm

74,3 mm

Ptotal=232,4mm

Période future (2010-2039)

Scénario optimiste

Scénario pessimiste

90,905

79,757

78,863

Optimiste: Total = 249,5 mm

Zone 1

Zone 2

Zone 3

86,023

74,187

74,293

Pessimiste: total= 234,4 mm

Zone 1

Zone 2

Zone 3


Analyse du dommage

Deux paramètres: N (essai triaxial de Mr) et B (Essai triaxial εp et essai simulateur εp )

N (ECAS): Nbre de charges axiales admissibles dans la chaussée

o Loi d’endommagement de l’Asphalt Instituteo εz : déformation au dessus de l’infra (fonction de Mr)o εz :obtenu par simulation Winjuléa

o Pour chaussée nationale et charge standard

B: Taux de déformation permanente o Modèle de Dresden

N = 106 ε z

482

−4,48

Durée de vie relative entre horizon futur et référence

N futur

N référence

(essai M r)

BRéférence

B futur

(essai triaxial)

BRéférence

B futur

(essai sim ulateur)

Démarches de l’analyse du Dommage

P vs ∆W

∆W vs Mr(triaxial)

∆W vs B (triaxial et

simulateur)

Scénario ∆P

B

NLoi d’endommagement

Modèle de Dresden

P

∆W

∆W

o zone 1 (Endommagement relatif)


73,4%

93,6% 93,8%

80,68%

92,91%

76,09%

89,49%96,13%

72,25%

108,14%

0%

20%

40%

60%

80%

100%

Mr (N futur/N actuel) Def. Perm (B actuel/Bfutur) Simulateur (B actuel/Bfutur)

Du

rée

de

vie

re

lati

ve (

%)

Zone 1: (Scénario Optimiste de ΔP)

P1971-2000=85,5 mmP 2010-2039 =90,9 mm

Till SM

Sable SP

Argile CL

Argile CH

96,72% 99,29% 99,31%97,72% 99,20%97,12% 98,78% 99,58%96,61%100,80%

0%

50%

100%


Du

rée

de

vie

re

lati

ve (

%)


P1971-2000=85,5 mmP2010-2039 =86,0 mm

Till SM

Sable SP

Argile CL

Argile CH

o Zone 2 (endommagement relatif)


71,11%

92,63% 92,90%

79,39%

91,65%

74,83%

86,52%

95,76%

71,24%

92,96%

0%

20%

40%

60%

80%

100%


Du

rée

de

vie

re

lati

ve (

%)


P1971-2000=74,3 mmP2010-2039 =79,8 mm

Till SM

Sable SP

Argile CL

Argile CH

100,72% 100,11% 100,11%100,32% 100,13%100,41% 100,22% 100,06%100,47% 100,10%

0%

20%

40%

60%

80%

100%


Du

rée

de

vie

re

lati

ve (

%)


P1971-2000=74,3 mmP 2010-2039 =74,2 mm

Till SM

Sable SP

Argile CL

Argile CH

o Zone 3 (endommagement relatif)


67,85%

91,66% 91,97%

77,16%

90,53%

72,42%

84,59%

95,23%

0%

20%

40%

60%

80%

100%


Du

rée

de

vie

re

lati

ve (

%)


P1971-2000=72,7 mm P 2010-2039 =78,9 mm

Till SM

Sable SP

Argile CL

Argile CH

90,34%

97,72% 97,81%93,47%

97,39%91,90%

95,54%98,73%

90,66%

97,83%

0%

20%

40%

60%

80%

100%


Du

rée

de

vie

re

lati

ve (

%)


P1971-2000=72,7 mm P2010-2039 =74,3 mm

Till SM

Sable SP

Argile CL

Argile CH


o Mise en contexte




o Conclusiono Conclusion

Conclusion(1)

des précipitations mensuelles entre -0,10% et 8,45% sur un horizon de 2010-2039o Pour des scénarios optimiste et pessimiste

Objectif: Quantifier réduction de vie utile causée par ces augmentationso Lien P vs ∆W et ∆W vs Prop. Mécaniques(Mr, εp)

Endommagement, caractérisé par N (fonction de Mr) et εp, avec expérimentationo

Résultats obtenus dans les 3 trois zones de la région d’étude

N futur

Nréférence

(essai Mr) BRéférence

B futur

(essai triaxial) BRéférence

B futur

(essai simulateur)

Till SM Sable SP Argile CL Argile CH

Nfutur/Nactuel

(Triaxial)67,9%-100,7%

77,2%-100,3%

74,4%-91,9%68,4%-100,5%

Bactuel/Bfutur

(triaxial)91,7%-100,1%

90,5%-100,1%

84,6%-100,2%

92,9%-100,1%

Bactuel/Bfutur

(simulateur)91,9%-100,1%

-95,2%-100,1%

-

Conclusion(2)

Quelques incertitudes!

o Améliorations futures

1. Corrélation et données pour Relation P vs ΔW

2. Modèle linéaire de εp

3. Incertitude dans les scénarios climatiques1. Horizon utilisé

2. Nombre de scénarios

3. Périodes mensuelles dans l’année

-10

-5

0

5

10

15

20

25

Au

gme

nta

tio

n d

es

pré

cip

itat

ion

s (%

)

deltas moyens de précipitation, de Mars à Novembre, 1971-90 vs 2046-65

zone 1 zone2 zone 3

acuagr

afx

agr agx

adc

Conclusion(3)

o Solutions tangibles

o Utilisation de matériaux moins sensibles à l’eau

o L’adaptation de meilleurs systèmes de drainage

Remerciements

o Guy Doréo Jean-Pascal Bilodeauo Pierre Perrono Marie France Sotilleo Christian Juneauo André Lapierreo Jolyo Rayelleo Mes parentso Tous les partenaires de la chaireo Tous ce que j’aurais oublié (et qui me pardonneront)

QUESTIONS

Documents

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