Application de méthodes mécaniste‐empiriques pour la conception et laréhabilitation des chaussées municipales
Alejandro Quijano Murillas
Directeur : Guy DoréCodirecteur : Jean‐Pascal Bilodeau
Présentation1. Problématique2. Revue de littérature3. Objectifs4. Principes de la méthode de conception5. Analyse saisonnière6. Analyse du revêtement7. Analyse des matériaux granulaires8. Analyse des sols d’infrastructure9. Analyse des contraintes et déformations10. Endommagement11. Conclusions 12. Validation de la méthode13. Logiciel de calcul
Présentation1. Problématique2. Revue de littérature3. Objectifs4. Principes de la méthode de conception5. Analyse saisonnière6. Analyse du revêtement7. Analyse des matériaux granulaires8. Analyse des sols d’infrastructure9. Analyse des contraintes et déformations10. Endommagement11. Conclusions 12. Logiciel de calcul
Problématique
o Ce type de routes est caractérisé par des vitessesparticulièrement lentes, et, pour certaines classes deroutes, des faibles débits de trafic.
o La plupart des méthodes de conception deschaussées utilisée aujourd’hui ont été développéesen fonction des besoins des grandes administrationsroutières
o La conception des routes municipales
Présentation1. Problématique2. Revue de littérature3. Objectifs4. Principes de la méthode de conception5. Analyse saisonnière6. Analyse du revêtement7. Analyse des matériaux granulaires8. Analyse des sols d’infrastructure9. Analyse des contraintes et déformations10. Endommagement11. Conclusions 12. Logiciel de calcul
Revue de littératureLa conception des chaussées
Les matériaux
Climat
Les contraintes induites
par le trafic
Structure de la chaussée
Revue de littérature…Les approches de conception
• Des expériences comparant le comportement àlong terme de diverses structures
L’approcheempirique
• Détermination des propriétés mécaniques desmatériaux de la chaussée
• L’analyse des contraintes et des déformations• L’action du trafic et du climat• Modèles d’endommagement des matériauxcorrigés pour tenir compte des conditions in situ
L’approchemecaniste‐empirique
Revue de littérature…Calcul des contraintes et des déformations‐Rhéologie…
Modèle de KelvinModèle de Maxwell
0 0 0
0 0 1 1
* * 1( ) 1 expt t EtE E
Revue de littérature…Calcul des contraintes et des déformations‐Viscoélasticité des enrobéso Doucet et Doré (2004) ‐ 11 enrobéséchantillonnés sur 11 sites du projet CanadianLong Term Pavement Performance C‐LTPP
Présentation1. Problématique2. Revue de littérature3. Objectifs4. Principes de la méthode de conception5. Analyse saisonnière6. Analyse du revêtement7. Analyse des matériaux granulaires8. Analyse des sols d’infrastructure9. Analyse des contraintes et déformations10. Endommagement11. Conclusions 12. Logiciel de calcul
Objectifs
o L’objectif principal du projet est de mettre aupoint une méthodologie rationnelle deconception des chaussées adaptée aucontexte d’exploitation municipal.
o Un des produits importants de cetterecherche sera le développement d’un logicieladapté au contexte des chausséesmunicipales.
Présentation1. Problématique2. Revue de littérature3. Objectifs4. Principes de la méthode de conception5. Analyse saisonnière6. Analyse du revêtement7. Analyse des matériaux granulaires8. Analyse des sols d’infrastructure9. Analyse des contraintes et déformations10. Endommagement11. Conclusions 12. Logiciel de calcul
Principes de la méthode de conception
o Intégration de modèles viscoélastiques pour ladétermination de la réponse mécanique.
o Des facteurs saisonniers affectant le moduleréversible sont sélectionnés afin de prendre enconsidération les effets climatiques du Québec
Principes de la méthode de conception…Dans le cadre de ce projet, l’analyse des couches de la structure
de chaussée est développée en trois étapes :• réalisée selon le modèle de Witczak et Fonseca(1996) adapté par Doucet et Doré (2004),Enrobé bitumineux
• basée sur la loi de HookeFondation
(Matériau granulaire)
• basée sur la loi de HookeSous‐fondation
(Matériau granulaire)
• basée sur le modèle viscoélastique de Burger.Sol d’infrastructure
Présentation1. Problématique2. Revue de littérature3. Objectifs4. Principes de la méthode de conception5. Analyse saisonnière6. Analyse du revêtement7. Analyse des matériaux granulaires8. Analyse des sols d’infrastructure9. Analyse des contraintes et déformations10. Endommagement11. Conclusions 12. Logiciel de calcul
Analyse saisonnière
Fluctuations climatiques et la nature des sols l’endommagement de la chaussée (facteurssaisonniers)• Début dégel• Fin dégel• Été• Automne• Hiver
Analyse saisonnière...Facteurs saisonniers matériaux granulaires(MnPave)
Matériaux granulaires
Début Dégel FinDégel Été Automne Hiver
USCS MPa MPa MPa MPa MPaA‐1 (10 ‐ 100 % recyclé) 0,35 0,82 1,00 1,17 2,85A‐1 (> 15% concassé < 7 % argileux)/ MG‐20 0,35 0,82 1,00 1,18 2,52A‐1 (> 10 % concassé < 10 % argileux)/ MG‐20 0,35 0,82 1,00 1,17 2,85GP‐GM 4,49 0,79 1,00 1,00 4,49SP‐SM 5,15 0,82 1,00 1,18 5,15SM, SC 5,93 0,83 1,00 1,17 5,93SM, SC 7,56 0,82 1,00 1,18 7,56SM, SC 7,91 0,81 1,00 1,19 7,91SC, SM 7,61 0,83 1,00 1,17 7,61
Analyse saisonnière...
o Facteurs saisonniers sols d’infrastructure(MnPave) Sols d’infrastructure
Début Dégel Fin Dégel Été Automne Hiver
USCS MPa MPa MPa MPa MPa
ML, MH 8,92 0,81 1,00 1,16 8,92
ML, MH 18,82 0,82 1,00 1,18 18,82
CL 8,68 0,82 1,00 1,16 8,68ML/CL, MH/CH 16,67 0,86 1,00 1,19 16,67ML/CL, MH/CH 11,11 0,81 1,00 1,19 11,11
CL, CH 8,65 0,81 1,00 1,16 8,65
Présentation1. Problématique2. Revue de littérature3. Objectifs4. Principes de la méthode de conception5. Analyse saisonnière6. Analyse du revêtement7. Analyse des matériaux granulaires8. Analyse des sols d’infrastructure9. Analyse des contraintes et déformations10. Endommagement11. Conclusions 12. Logiciel de calcul
Analyse de la couche de Revêtement
• réalisée selon le modèle de Witczak et Fonseca(1996) adapté par Doucet et Doré (2004),Enrobé bitumineux
Présentation1. Problématique2. Revue de littérature3. Objectifs4. Principes de la méthode de conception5. Analyse saisonnière6. Analyse du revêtement7. Analyse des matériaux granulaires8. Analyse des sols d’infrastructure9. Analyse des contraintes et déformations10. Endommagement11. Conclusions 12. Feuille de calcul
Analyse des couches granulaires
o L’endommagement saisonnier ‐ Facteurssaisonniers
• basée sur la loi de HookeFondation
• basée sur la loi de HookeSous‐fondation
Présentation1. Problématique2. Revue de littérature3. Objectifs4. Principes de la méthode de conception5. Analyse saisonnière6. Analyse du revêtement7. Analyse des matériaux granulaires8. Analyse des sols d’infrastructure9. Analyse des contraintes et déformations10. Endommagement11. Conclusions 12. Logiciel de calcul
Analyse de la couche de sol d’infrastructure…
Déformation instantanée
Déformation visqueuse
Déformation retardée
• basée sur le modèle viscoélastique de Burger.• E0, E1, 0, 1
Sol d’infrastructure
Analyse de la couche de sol d’infrastructure …
t 0 t ∞
00 1
1 1E E
0
0
pente
1
10
1 1 0
1 1( )E t
t eE
0
0E
Analyse de la couche de sol d’infrastructure…Afin de déterminer les valeurs de Burger
o Campagne d’essais au SERULo Campagne d’essais au laboratoireo Données St‐Célestin
Analyse de la couche de sol d’infrastructure…
0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,70
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
Mesuré
Argile-St-CélestinEssais in situ
mic
rodé
form
atio
ns
Temps (s)
Analyse de la couche de sol d’infrastructure…
ArgileE0 (MPa) 39,37E1(MPa) 23,810(MPa*s) 261(MPa*s) 3,5
0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,70
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
Mesuré Modèle
Argile-St-CélestinEssais in situ
mic
rodé
form
atio
ns
Temps (s)
Analyse de la couche de sol d’infrastructure…
0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,50
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120
Till silteux sat.Essais de laboratoire
Mesuré
mic
rodé
form
atio
ns
Temps (s)
Analyse de la couche de sol d’infrastructure…
0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,50
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120
Till silteux sat.Essais de laboratoire
Mesuré Modèle
mic
rodé
form
atio
ns
Temps (s)
Pulvérulent saturé
(Till silteux‐sat.)
E0(MPa) 319,58E1(MPa) 1202,190(MPa*s) 883,991(MPa*s) 123,87
Analyse de la couche de sol d’infrastructure…
0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,50,0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1,0
Normalisation des modules-0,05s
Silt sableux et argile w=8% Till silteux w=5%
Nor
mal
isat
ion
à 0,
05s
Temps (s)
Pulvérulents non-saturés
Analyse de la couche de sol d’infrastructure…
0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,50,0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1,0
Pulvérulents saturés
Normalisation des modules-0,05s
Till silteux sat. Silt sableux et argile w=8% Till silteux w=5%N
orm
alis
atio
n à
0,05
s
Temps (s)
Pulvérulents non-saturés
Analyse de la couche de sol d’infrastructure…
0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,50,0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1,0
Argileux
Pulvérulents saturés
Normalisation des modules-0,05s
Till silteux sat. Silt sableux et argile w=8% Till silteux w=5% Argile
Nor
mal
isat
ion
à 0,
05s
Temps (s)
Pulvérulents non-saturés
Analyse des couches de la structure
Enrobé bitumineux
Fondation
Sous‐fondation
Sol d’infrastructure
( 2.67 0.51log 0.07 )
3.27log * 0.951 f TE
e
E
E
1
1
*0 0 0
0 0 1
*( ) (1 )t Ett e
E E
Présentation1. Problématique2. Revue de littérature3. Objectifs4. Principes de la méthode de conception5. Analyse saisonnière6. Analyse du revêtement7. Analyse des matériaux granulaires8. Analyse des sols d’infrastructure9. Analyse des contraintes et déformations10. Endommagement11. Conclusions 12. Logiciel de calcul
Analyse des contraintes et déformations
o Calculées par la méthode de la hauteuréquivalente d’Odemark et de Bousssinesq.
o Contrainte 0 (MPa) uniformément distribuéesur une surface circulaire de rayon a (mm).
Présentation1. Problématique2. Revue de littérature3. Objectifs4. Principes de la méthode de conception5. Analyse saisonnière6. Analyse du revêtement7. Analyse des matériaux granulaires8. Analyse des sols d’infrastructure9. Analyse des contraintes et déformations10. Endommagement11. Conclusions 12. Logiciel de calcul
Endommagement
o Déformation en traction à la base durevêtement.
o Déformation verticale au sommet du sold’infrastructure.
o La loi de Miner régit le cumul de dommages
Di = Dommage partielni = Nombre de sollicitations appliquées sur la chaussée durant la période iNi = Nombre de sollicitations admissibles avant la rupture sous les conditions prévalant au ième
intervalle de temps
1ii
i i i
nDN
Endommagement…
o Le calcul du nombre de passages admissiblessur la chaussée a été fait en utilisant le critèrede l’Asphalt Institute.
3.291 0.85410.0796 (145 *)f tN xE
9 4.4771.365 10d cN x
Fatigue:
Orniérage:
Présentation1. Problématique2. Revue de littérature3. Objectifs4. Principes de la méthode de conception5. Analyse saisonnière6. Analyse du revêtement7. Analyse des matériaux granulaires8. Analyse des sols d’infrastructure9. Analyse des contraintes et déformations10. Endommagement11. Conclusions 12. Logiciel de calcul
Conclusions
o La méthode permet notamment de calculerl'endommagement saisonnier de la chaussée afin deprendre en considération un contexte d'applicationnordique.
o L’utilisation des modèles viscoélastiques permet unemeilleure caractérisation du comportementmécanique de la chaussée.
Présentation1. Problématique2. Revue de littérature3. Objectifs4. Principes de la méthode de conception5. Analyse saisonnière6. Analyse du revêtement7. Analyse des matériaux granulaires8. Analyse des sols d’infrastructure9. Analyse des contraintes et déformations10. Endommagement11. Conclusions 12. Validation de la méthode13. Logiciel de calcul
Validation de la méthode
Révêtement 160mm
200mm
200mm
Fondation
Sous-Fondation
Sol D’infrastructure
Structure de Chaussée
Révêtement 165mm
250mm
250mm
Fondation
Sous-Fondation
Sol D’infrastructure
Structure de Chaussée
100 km/h50 km/h
Matériau
Revêtement
Fondation
Sous‐fondation
Sol d’infra.
$/m3
141.03
19
9
Volume (m3)
70
700
700
Total
9872
13300
6300
Différence (mm)
5
50
50
$29472
7m x 2000m x dif.
100 km/h
1.066
0.981
Endommagement
Fatigue
Orniérage
50 km/h
1.204
2.154
Présentation1. Problématique2. Revue de littérature3. Objectifs4. Principes de la méthode de conception5. Analyse saisonnière6. Analyse du revêtement7. Analyse des matériaux granulaires8. Analyse des sols d’infrastructure9. Analyse des contraintes et déformations10. Endommagement11. Conclusions 12. Validation de la méthode13. Logiciel de calcul
Merci à:
M. Guy DoréM. Jean-Pascal Bilodeau
Chaire i3C:
Jérôme FachonPierre Perron
Les étudiants:Claudia Mellizo SuarezJavier Eduardo DiazDamien GrelletPaola CardenasVahid AbbasiYoudjari Djonkamla
Laboratoire:
Christian Juneau
Top Related