Construction d’une chaussée mince en béton à Stanstead, une première au

Canada! Guillaume Lemieux, ing., M.Sc.A

Directeur - Commercialisation Ciment et Services Techniques

glemieux@cqi.ca

76e Congrès de l’ACRGTQ - Le 23 janvier 2020

Aperçu de la présentation

• Conception historique des chaussées de

béton

• Chaussées de béton minces Optipave2

• Projet de Stanstead

• Projets futurs

CONCEPTION HISTORIQUE DES

CHAUSSÉES DE BÉTON

LES CHAUSSÉES DE BÉTON SONT GÉNÉRALEMENT

DIMENSIONNÉES EN FONCTION DE CE FACTEUR

• Le modèle simplifié de Westergaard est le plus connu

• Modèle simplifé avec dalle chargées en bordure:

• La fissuration de bas en haut au centre de la dalle, lorsque la charge est au bord, fut le mode de défaillance enseigné pendant environ le premier siècle de la conception des chaussées en béton

Fissuration de bas en haut à mi-dalle Fissure du coin de haut en bas

L’ESPACEMENT TYPIQUE (HISTORIQUE) DES JOINTS DANS LES CHAUSSÉES DE BÉTON

EST D’ABORD FONCTIONNEL

LES DALLES DE BÉTON NE SONT PAS

PLATES!

« Le retroussement et le gauchissement sont principalement dus

à la différence de retrait de séchage entre les surfaces

supérieure et inférieure des dalles. Les effets du retrait, du

retroussement et du gauchissement dus à la perte d'humidité à

la surface de la dalle sont souvent négligés par les

concepteurs, bien que ces contraintes puissent être assez

élevées »

RETROUSSEMENT ET GAUCHISSEMENT

ACI 330.2R-17, Guide to the Design and Construction of Concrete Site Paving for Industrial and Trucking Facilities

DES RELEVÉS ONT DÉMONTRÉ LES

IMPACTS

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

0 10 20 30 40 50

Traffic, million ESALs

Percen

t sl

ab

cra

ck

ing 6,1 m (21 pi)

5,5 m (18 pi)

5,2 m (17 pi)

4,6 m (15 pi)

Basé sur des données empiriques On prévient la fissuration de bas en haut avec l’épaisseur de la dalle Dimensionnement selon des données de performance en place Méthode risquée et peu transposable

Traffic, million ECAS

Po

urc

en

tage

de

dal

les

fiss

uré

es

LES CHAUSSÉES DE BÉTON

MINCES OPTIPAVE 2

QUE SE PASSE-T-IL LORSQU’ON RÉDUIT

L’ESPACEMENT DES JOINTS DE 50%?

– Répartition des charges sur un plus grand nombre de dalles

– Amélioration du transfert de charge

– Réduction du gauchissement de 80%

Design Pavement ME

Dalle = 3,7 m x 4,5 m

Contrainte max sup.= 2.5 MPa Épaisseur = 250 mm

Design OptiPave 2™

Dalle = 1,8 m x 1,8m

Contrainte max sup.= 2.5 MPa Épaisseur = 160 mm

MOINS DE BÉTON POUR SUPPORTER LA MÊME

CHARGES

OptiPave a été développé par Juan Pablo Covarrubias V. en utilisant la méthode et les modèles du MEPDG et en collaboration avec Drs. Lev Khazanovich, Jeff Roesler, et Dan Zollinger

OPTIPAVE 2

Prémisses de conception: • Faible espacement des joints

pour faciliter les sections

minces

• Joints typiquement non scellés

• Lame de scie mince (2 mm)

• Fondation granulaire avec

moins de 8% de fines pour

limiter l’érosion

• Une séparation avec un

géotextile est bénéfique

• Prend en considération les

bénéfices des fibres dans le

béton

COMPARAISON DE MÉTHODES DE

CONCEPTION DES CHAUSSÉES DE BÉTON

100

125

150

175

200

225

250

4

5

6

7

8

9

10

AASHTO 93 AASHTO ME

StreetPave StreetPave w/Fibers

OptiPave OptiPave w/Fibers

Épais

seur

requis

e,

mm

Épais

seur

requis

e,

po.

Macro fibres synthétiques ou d’acier

500 camions/jour, gel-dégel, faible support, et mêmes données

RÔLE DES MACROFIBRES DANS LES

DALLES DE BÉTON

• Sans fibre • Avec fibres

Gain de résistance résiduelle et effet sur la fissuration bas-haut

POURQUOI C’EST ADAPTÉ AU

CONTEXTE QUÉBÉCOIS ?

• Surdimensionnement systématique

des fondations dû aux critères de gel

• Nécessite peu de mobilisation pour les

applications de stationnement

• Bétons relativement faciles à réaliser

(32 MPa fibré avec air)

• Les exigences du CCDG surpasse où

sont égales à celle du guide

• Volonté de réduire les ilôts de chaleur

en milieu urbain

• Partenariat entre PNA et Ciment

Québec pour ingénierie, construction et

garantie

The Confederation Bridge, PEI-N.B. Architect: Jean M. Muller

PROJET DE CHAUSSÉE DE BÉTON

MINCE DE STANSTEAD

• Conception initialement suggérée

– 250 mm de béton C-1

– Barres 15M @ 300 mm

– 300 mm de MG-20

– Possibilité d’isolant sous la dalle

PROJET DE CHAUSSÉE DE BÉTON MINCE

DE STANSTEAD

ANALYSE GÉOTECHNIQUE

• 3 sondages réalisés par Englobe en juillet 2019 – 150 mm granulaire

– 450 – 850 mm • Remblais sablo-silteux (SM ou SC)

– Sol naturel 600 – 1000 mm • CL-ML avec IL inf. 0,9

– Aucune eau souterraine mesurée sur plus de 2,2 m (favorable)

• Épaisseur de la structure de chaussée selon Critère 1994 de Chaussée 2 : 675 mm

CONCEPTION OPTIPAVE 2 - INTRANTS • Camions chargés par an ± 3000 • Durée: 30 ans • Croissance 2% • Béton CSA C-2 fibré

– Granulat calcaire – F’c: 32 MPa – Flexion à 28 jours: 5.0 MPa – Re3 (ASTM C 1609): 20%

• Fondation granulaire: – 400 mm de MG-20 MTQ

• Membrane géotextile entre infra et fondation

• Espacement des joints transversaux: 1,8 m

• Espacement du joint longitudinal: 2,4 m

• Conception fournie par PNA (opérateur du brevet Optipave): – 100 mm de béton avec macrofibre (20% de résistance résiduelle) – 400 mm de MG-20 – Géotextile

• Conception finale (23 900$ - plus bas soumissionnaire): – 125 mm de béton avec macrofibre (20% de résistance résiduelle) – 625 mm de MG-20 – Géotextile

• Conception initialement suggérée (35 000$ - Estimation 2017): – 250 mm de béton C-1 – Barres 15M @ 300 mm – 300 mm de MG-20 – Possibilité d’isolant sous la dalle

PROJET OPTIPAVE 2 STANSTEAD -

EXTRANTS

CONSTRUCTION

EN OPÉRATION

MESURE DE LA VALEUR RÉSIDUELLE EN

FLEXION SELON ASTM C 1609

L/3

LONGUEUR L DE LA POUTRE

d=L/3

- F’c à 7 jours : 28,1 MPa - F’c à 28 jours : 35,3 MPa - Flexion à 7 jours: 3,1 MPa - Flexion à 28 jours: 5,5 MPa - Re3 à 7 jours (C 1609): 20,6% - Re3 à 28 jours (C 1609): 20,0%

LE 4 AVRIL 2019

LE 4 AVRIL 2019

1 SEULE FISSURE

• Vis-à-vis bollard

• Pontée par la macrofibre

• Risques de détérioration presque nuls

LE 20 NOVEMBRE 2019

ON LE FAIT AUSSI POUR ÇA!

Nom du projet Impacts

environnementaux Unité

Effets intrinsèques

% Réduction Matériaux et équipements Transport Total

Stanstead - Optipave Réchauffement global

kg CO2 eq 11 249 3 770 15 019 52.3%

Stanstead - Conception traditionnelle kg CO2 eq 19 976 2 894 22 870

Stanstead - Optipave Acidification

kg SO2 eq 48 36 85 31.2%

Stanstead - Conception traditionnelle kg SO2 eq 83 28 111

Stanstead - Optipave Particule HH

kg PM2.5 eq 6 2.01 8 57.8%

Stanstead - Conception traditionnelle kg PM2.5 eq 11 1.54 12

Stanstead - Optipave Eutrophisation

kg N eq 5 2.25 7 57.0%

Stanstead - Conception traditionnelle kg N eq 9 1.73 11

Stanstead - Optipave Couche d'ozone

kg CFC-11 eq 9.23E-05 1.32E-07 9.24E-05 95.6%

Stanstead - Conception traditionnelle kg CFC-11 eq 1.81E-04 1.01E-07 1.81E-04

Stanstead - Optipave Smog

kg O3 eq 983 1 143.77 2 126 12.5%

Stanstead - Conception traditionnelle kg O3 eq 1 514 879 2 393

Stanstead - Optipave Énergie primaire totale

MJ 105 167 54 961 160 128 35.7%

Stanstead - Conception traditionnelle MJ 175 136 42 189 217 324

Stanstead - Optipave Énergie non renouvelable

MJ 86 243 54 938 141 181 36.8%

Stanstead - Conception traditionnelle MJ 151 030 42 171 193 201

Stanstead - Optipave Combustibles fossiles

MJ 80 291 54 852 135 143 34.5%

Stanstead - Conception traditionnelle MJ 139 604 42 105 181 709

*Simulations réalisées avec PavementLCA développé par Athena Institute for Sustainable Materials

EN RÉSUMÉ

• Économie de coûts de 46%

• Économie de GES de 52%

↓ 66% en considérant le ciment

• Rapidité d’exécution vs dalles traditionnelles

• Aucune fissure majeure

• Très fort potentiel pour applications commerciales et municipales

PROJETS FUTURS DE

CHAUSÉES DE BÉTON MIONCE

• Stationnement industriel (1700 m2)

– Solution conventionnelle - Enrobé bitumineux

• Conception typique:

– Zone lourde (1350 m2) Zone légère (350 m2)

50 mm ESG-10

60 mm ESG-14 75 mm ESG-14

300 mm MG-20 300 mm MG-20

PROJET 2020

* Conception recommandée par le laboratoire

d’expertise en géotechnique

• Stationnement industriel (1700 m2) – Chaussée de béton mince avec béton type C-2

32 MPa avec trait de scie au 1,8m

• Conception typique: – Zone lourde (1350 m2) Zone légère (350 m2)

125 mm C-2 avec fibres 100 mm C-2

300 mm MG-20 300 mm MG-20

* Conception structurale réalisée par PNA

** Une cure à l’eau est recommandé à des fins esthétiques

*** Pour être compétitif, l’option enrobé bitumineux doit être de moins de 165$/tonne

SOLUTION OPTIPAVE 2 (≈ 40$/m²)

REMERCIEMENTS • Carrières de St-Dominique

– Daniel L’Heureux – Luc Chabot

• Construction Guy Sebas – Laurent Duval-Demers

• ENGLOBE – Patrick Girard

• MAPEI – Yves Brousseau – Martin Vachon

• PNA – Robert Rodden – Feng Mu

• Ciment Québec – Luc Papillon – François Marleau – Charles Bouffard – La gang du terminal de Stanstead!

DES QUESTIONS? MERCI!