Effet du drainage sur la performance

des structures de chaussées

Projet 1B-1

Projet de fin d’étude

Chargée de projet : Catherine Savoie

Plan de la présentation

o Présentation de la problématique

o Objectifs

o Approche méthodologique

o Équipement et instrumentation

o Présentation des résultats

o Analyse des résultats

o Conclusion

Problématique

o Climat rigoureux

o Perte de propriétés mécaniques de la chaussée

o Soulèvement lors des cycles de gel/dégel

o Mauvais drainage des routeso Propriétés mécaniques de la chaussée

o Une des cause principale de dégradation des routes

Revue de littérature préliminaire

o Plusieurs essais in-situ avec différentes disposition des géotextiles

• S. Henry, K. et al., 2001, Geocomposite capillary barriers to reduce frost heave in soils

• Lafleur, J. et al., 1996, Efficiency of Geosynthetic Lateral Drainage in Northern Climates

• Christopher, B., et al., Roadway Base and Subgrade Geocomposite Drainage Layer

o Diminution de la capacité de drainage par le gel, le confinement, engorgement de particules et la précipitation de sel de déglaçage dans le système

o Nécessité de plus de recherche

Objectifs

o Mesurer l’efficacité relative de systèmes de drainage en termes d’ :

o Évolution du degré de saturation des couches

o Évolution du module rétrocalculé de la chaussée par rapport à une chaussée référence

o Élaboration d’une méthodologie de travail

Approche méthodologique préliminaire

o Caractérisation de sols (Till, MG-112 et MG-20)• Granulométrie

• Proctor

• Densité / Absorption

o Construction de 2 cuves• Référence

• Avec écran drainant placé en circonférence de la cuve

o Saturation

o Drainage et prise de mesure déflectomètre (LWD)

Résultats de caractérisation des sols

o Granulométrie d50 (mm) % fines Coefficient d'uniformité (d60/d10)

Till 0,6 22 13,3

MG-112 0,5 7 6,0

MG-20 9 6 61,1

0.01 0.1 1 10 100Grosseur nominale (mm)

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

Pou

rcen

tage

de

pass

ant

Courbe granulométrique du MG-112

Montage

Équipement et instrumentation

Équipement et instrumentation (suite)

ProfilProbe

Light weight deflectometer (LWD)

ThetaProbe

État volumique des couches

Cuve 1 Cuve 2

Till MG-112 MG-20 Till MG-112 MG-20

Hauteur de sol dans la cuve (m) 0,5 0,3 0,2 0,47 0,3 0,2

Masse volumique du sol sec (kg/m3) σd 1859,71 1752,99 2258,96 1920,90 1697,65 2100,93

Masse volumique optimale (kg/m3) σ opt 2007 1800 2255 2007 1800 2255

Pourcentage de compaction visé (%) 90 95 98 90 95 98

Compaction σd /σopt 0,93 0,97 1,00 0,96 0,94 0,93

Présentation des résultats

0 4 8 12 16 20Temps (en jours)

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

Te

ne

ur

en

ea

u v

olu

miq

ue

Capteur ThétaprobeTillMG-112MG-20

Évolution de le teneur en eau en fonction du temps en jours selon les capteurs Thetaprobe

Cuve 1

0 4 8 12 16 20Temps (en jours)

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

Te

ne

ur

en

ea

u v

olu

miq

ue

Capteurs ProfilprobeProfondeur 225 mm MG-20Profondeur 325 mm MG-20Profondeur 425 mm MG-112Profondeur 625 mm MG-112Profondeur 1025 mm Till

Évolution de le teneur en eau en fonction du temps en jours selon les capteurs ProfilProbe

Cuve 1(de référence)

Récupération relative du module ( Et/Eo)

0 100 200 300 400Temps (h)

0.8

1.2

1.6

2

2.4

Réc

upér

atio

n re

lativ

e (E

t / E

o)

LégendeRécupration Emplacement ARécupération Emplacement BRécupération Emplacement CRécupération moyenne

Graphique des données de récupération en fonction du tempsPour les emplacements A, B et C et leur moyenne

Cuve 2 (avec drain)

0 100 200 300 400Temps (h)

0.8

1.2

1.6

2

Réc

upér

atio

n re

lativ

e du

mod

ule

Et /

Eo

(MP

a)

LégendeRécupération relative Cuve 2 (avec drain)Récupération relative Cuve 1 (référence)

Graphique des données de récupération en fonction du tempsComparaision des données de la cuve 1 et 2

Taux de drainage MG-112 Thetaprobe

0 100 200 300 400Temps (min)

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

Ten

eur

en e

au v

olum

étriq

ue

Capteurs ThétaprobeCuve 2 (avec drain)Cuve 1 (référence)

Comparaison du taux de drainage pour les 400 premières minutesdans le MG-112 pour les cuves 1 et 2

Impossible d’afficher l’image.

Taux de drainage MG-112 Profilprobe

0 100 200 300 400Temps (min)

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

Ten

eur

en e

au v

olum

étriq

ue

LégendeCuve 2Cuve 1

Comparaison du taux de drainage pour les 400 premières minutespour une profondeur de 625 mm pour les cuves 1 et 2

0 100 200 300 400Temps (min)

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

Ten

eur

en e

au v

olum

étriq

ue

Capteur ProfilprobeCuve 2 (avec drain)Cuve 1(référence)Régression linéaire cuve 1 m = -0,003Régression linéaire cuve 2 m = -0,006

Comparaison du taux de drainage pour les 400 premières minutespour une profondeur de 625 mm pour les cuves 1 et 2

Taux de drainage Till

0 100 200 300 400Temps (min)

0.34

0.36

0.38

0.4

0.42

0.44

Ten

eur

en e

au v

olum

étriq

ue

Capteur thétaprobeCuve 2 (avec drain)Cuve 1 (référence)

Comparaison du taux de drainage pour les 400 premières minutesdans le till pour les cuves 1 et 2

0 100 200 300 400Temps (min)

0.34

0.36

0.38

0.4

0.42

0.44

Ten

eur

en e

au v

olum

étriq

ueCapteur thétaprobeCuve 2 (avec drain)Cuve 1 (référence)Régression linéaire cuve 2, m = -9Régression linéaire cuve 1, m = -5

Comparaison du taux de drainage pour les 400 premières minutesdans le till pour les cuves 1 et 2

Discussion des résultats

o Résultats LWD limités

• Meilleure récupération du module avec drain

o Favorise l’écoulement de l’eau dans les matériaux granulaires

o Limitation par les parois de la cuve

o Séparation des drains du géotextile

Recommandation

o Utilisation d’un FWD en condition in-situ

• Connaître la réponse de chaque couche

o Montage d’autres cuves

QUESTIONS ET COMMENTAIRES ?

Merci de votre attention !

0.01 0.1 1 10 100Grosseur nominale (mm)

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1P

ourc

enta

ge d

e pa

ssan

tCourbe granulométrique du till

0.01 0.1 1 10 100Grosseur nominale (mm)

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1P

ourc

enta

ge d

e pa

ssan

t

Courbe granulométrique du MG-20

Travaux de terrain

o Suite à la phase exploratoire H10

o Sections expérimentales en conditions de terrain contrôléeso Travaux de laboratoire pour supporter les résultats des essais de terrain

(caractérisation de base, conductivité hydraulique et succion matricielle)

o Objectifs des travaux de terrain:o Vérifier l’influence de la mise en place d’un géo composite dans une

structure de chaussée sur le drainage et la capacité portante en conditions normale (été) et de dégel (printemps)

o Vérifier l’influence sur le drainage de la localisation du géo composite à différents niveaux dans la structure de chaussée

o Établir le bénéfice technico-économique associé à l’utilisation des géo composites drainants dans les structures de chaussées

Travaux de terrain

o Aménagement d’une des 4 fosses au SERUL (Site Expérimental Routier de l’Université Laval)

o Sol d’infrastructure = Till (≈ 20% de particules fines)

o Longueur fosse = 30 mètres

o Quatre sections de 7,5 mètreso Géo composite à l’interface sous-fondation / infrastructure

o Géo composite à l’interface fondation / sous-fondation

o Géo composite vertical en drain de rive

o Référence (aucun géo composite)

Travaux de terrainVue en plan

* Des travaux sont présentement en cours pour évaluer la possibilité d’utiliser un capteurde succion matricielle qui pourrait être ajouté à l’équipement énuméré

Travaux de terrain

Vue en coupe longitudinale

Travaux de terrainVue en coupe transversale

(section drain de rive)

Travaux de terrain

o Mesures en continu o Teneur en eau et température dans chaque couche

o Mesures ponctuelleso Déflectomètre à masse tombante (FWD), niveau piézométrique et

succion matricielle

Essais DuréeFréquence

FWD + Piézomètre

Été 10 jours48 h

(5 essais)

Printemps 35 jours7 jours

(5 essais)

Échéancier

E10 A10 H11 E11 A11

Revue de littérature X X X

Caractérisation de base des matériaux (labo.) X X

Caractérisation avancée (labo.) X X

Essais de terrain X X X

Analyse des résultats X X X X

Rédaction X X