DIMENSIONNEMENTDIMENSIONNEMENTDES CHAUSSÉES RIGIDESDES CHAUSSÉES RIGIDES
MGC 840MGC 840Méthode AASHTO
Méthode de la PCA pour le calcul des chaussées rigides
Introduction Domaine d ’application Principes de design
Facteurs de design
Procédure de design Analyse à la fatigue Analyse à l ’érosion
Qu’est ce qu’une chaussée rigideQu’est ce qu’une chaussée rigide
Avantages et inconvénients d’une chaussée rigideAvantages et inconvénients d’une chaussée rigide
PourPour ContreContre
Soutenir des charges plus élevéesSoutenir des charges plus élevées
Durée de vie plus élevéeDurée de vie plus élevée
Moins d’entretienMoins d’entretien
Peu sensible au climatPeu sensible au climat
Coût initial plus élevé Coût initial plus élevé
Temps de prise plus élevé (12h)Temps de prise plus élevé (12h)
Sensible au gel/degel - fissuresSensible au gel/degel - fissures
Portland Cement Concrete Surface Slab
Stabilized Base
Granular Subbase
Natural Subgrade
Prime Coat
Prime Coat
Types de dallesTypes de dalles
dalles non goujonnées en béton non-armé sans acier d ’armature sans goujons aux joints (espacement max 4,6 m)
dalles goujonnées en béton non-armé goujons aux joints (espacement max 6,6 m)
dalles goujonnées en béton armé armatures interrompues au niveau des joints goujons aux joints (espacement max 13,0 m)
dalles continues pas de joints de retrait transversaux
Jointed Plain Concrete Pavement (JPCP)Jointed Plain Concrete Pavement (JPCP)
Jointed Reinforced Concrete Pavement (JRCP)Jointed Reinforced Concrete Pavement (JRCP)
Continuously Reinforced Concrete Pavement (CRCP)Continuously Reinforced Concrete Pavement (CRCP)
Pre-stressed Concrete Pavements (PCP)Pre-stressed Concrete Pavements (PCP)
Méthode de conception Empirique (AASHO).Méthode de conception Empirique (AASHO).
Plusieurs versions : 1961 (Interim Guide), 1972.Plusieurs versions : 1961 (Interim Guide), 1972.
1986: Caractérisation poussée des matériaux.1986: Caractérisation poussée des matériaux.
1993: 1993: Accent sur la réhabilitationAccent sur la réhabilitation
Cohérence flexible vs rigideCohérence flexible vs rigide
2002: Approche 2002: Approche Mécaniste-empiriqueMécaniste-empirique
InputsInputs
Pavement performancePavement performance
TrafficTraffic
Roadbed soilRoadbed soil
Slab characteristicsSlab characteristics
EnvironmentEnvironment
ReliabilityReliability
Shoulder designShoulder design
AASHTO Design:AASHTO Design:
JPCP, JRCP et CRCPJPCP, JRCP et CRCP
Identique aux chaussées flexibles Identique aux chaussées flexibles
Portance mesurée par l’épaisseur de la Dalle D au lieu du Portance mesurée par l’épaisseur de la Dalle D au lieu du SNSN
Dalles moins épaisses que les structures flexibles Dalles moins épaisses que les structures flexibles équivalentes.équivalentes.
Equation:Equation:
25.075.0
75.0
46.87
'18
//42.1863.215
132.1log32.022.4
1/10624.11
5.15.4/log06.01log35.7log
kEDJ
DCSp
D
PSIDSZW
c
dct
oRt
NOMOGRAPHENOMOGRAPHE
Abaque AASHTO chaussées rigidesAbaque AASHTO chaussées rigides
MÉTHODE DE LA PCAMÉTHODE DE LA PCA
OBJECTIF: Méthode de la Portland Cement Association (PCA)
même objectif que tous les travaux de structure trouver l'épaisseur minimum de la dalle de béton coût annuel le plus faible possible
coût de construction coût d ’entretien
déterminer l ’épaisseur optimale
ObjectifsObjectifs
Déterminer l ’épaisseur optimale
Assurer un bon rendement
Préparation d ’une assise uniforme et mince couche de fondation traitée ou non pour contrer le phénomène de pompage
Utilisation de joints pour assurer un bon transfert de charge et sceller la surface
Procédure de design tient compte de:Procédure de design tient compte de:
degré de transfert de charges aux joints incidence d ’un accotement en béton deux critères de design
critère de fatigue critère basé sur l ’érosion
Méthode de calcul basée sur:Méthode de calcul basée sur: Études théoriques de Westergaard, Pickett, Roy, …
Résultats d'essais routiers sur des chaussées expérimentales soumis aux charges de trafic contrôlés
Dalles expérimentales soumises à des essais routiers
Rendement des dalles construites normalement et sujettes à un trafic routier normal (+ importante)
Westergaard fut un des premiers à reconnaître que les résultats théoriques doivent être vérifiés par le comportement des chaussées en service.
Pour déterminer l’épaisseur de la dallePour déterminer l’épaisseur de la dalle
4 facteurs: Résistance en flexion du béton MR
Module de réaction de l ’infrastructure
ou de la combinaison fondation-infrastructure k
Charges, fréquence et types de camions
Année de conception
RÉSISTANCE EN FLEXIONRÉSISTANCE EN FLEXIONDU BÉTONDU BÉTON
Principalement pour le critère de fatigue contrôle la fissuration
Charges de la circulation dans la dalle de béton: Efforts de compression et de flexion Rapport entre contraintes de compression et résistance
en compression trop faibles pas d ’influence sur l'épaisseur de la dalle.
Rapport entre contraintes de tension et résistance en tension fréquemment supérieur à 0,5
grande influence si la résistance à la flexion de la dalle n'est pas suffisante
RÉSISTANCE EN FLEXIONRÉSISTANCE EN FLEXIONDU BÉTONDU BÉTON
Essai en flexion: Module de rupture du béton Sur des poutres de 150 x 150 x 760 mm
Mesure du module de rupture selon l'une des 3 méthodes de chargements suivantes :
chargement en porte-à-faux chargement au point central de la poutre chargement à deux points au tiers de la poutre - Choix de cette
dernière plus conservatrice
RÉSISTANCE EN FLEXIONRÉSISTANCE EN FLEXIONDU BÉTONDU BÉTON
Essai du module de rupture: Habituellement effectués à 7, 14, 28 et 90 jours Résultats d'essais à 7 et 14 jours
pour vérifier si la résistance du béton est conforme aux exigences des devis
pour déterminer le moment propice pour ouvrir la chaussée à la circulation
Résultats d'essais à 28 et 90 jours utilisés dans le calcul de l'épaisseur des chaussées pour routes,
rues et aéroports durant les premiers mois, la chaussée ne doit supporter qu'un
nombre limité de répétitions de charges la résistance du béton continue à augmenter après 90 jours
RÉSISTANCE EN FLEXIONRÉSISTANCE EN FLEXIONDU BÉTONDU BÉTON
Relation entre la résistance en flexion, l’âge et les conditions de design
PORTANCE DE LA FONDATIONPORTANCE DE LA FONDATIONET DE L ’INFRASTRUCTUREET DE L ’INFRASTRUCTURE
Portance de l ’infrastructure et de la fondation: définie par le module de réaction déterminée par des essais de chargement sur plaque s ’exprime en MPa/m calculée à l'aide de l'une des 2 équations suivantes:
déplacé sol du total Volumetotale Charge
= k
ou
charge la sous mesurée Déflexion )(30" mm 760 de plaque une sur unitaire Pression
= k
PORTANCE DE LA FONDATIONPORTANCE DE LA FONDATIONET DE L ’INFRASTRUCTUREET DE L ’INFRASTRUCTURE
Module de réaction k essai long et onéreux corrélation avec le CBR résultats d'essai sur plaque ajustés pour tenir compte des
facteurs qui pourraient modifier significativement la capacité portante du sol
la teneur en eau du sol durant la période de dégel
PORTANCE DE LA FONDATIONPORTANCE DE LA FONDATIONET DE L ’INFRASTRUCTUREET DE L ’INFRASTRUCTURE
PORTANCE DE LA FONDATIONPORTANCE DE LA FONDATIONET DE L ’INFRASTRUCTUREET DE L ’INFRASTRUCTURE
PORTANCE DE LA FONDATIONPORTANCE DE LA FONDATIONET DE L ’INFRASTRUCTUREET DE L ’INFRASTRUCTURE
Couche de matériaux sous la dalle : Augmente la capacité portante de la dalle Plus économique d'augmenter l'épaisseur de la dalle que
de placer une couche de fondation Nécessaire de placer une couche de matériau granulaire
sous la dalle pour d'autres raisons : Assurer un support uniforme de la dalle Remplacer les sols instables, gonflants ou gélifs Assurer un soulèvement ou affaissement uniforme Empêcher les matériaux fins de remonter Permettre la circulation pendant de la construction
PORTANCE DE LA FONDATIONPORTANCE DE LA FONDATIONET DE L ’INFRASTRUCTUREET DE L ’INFRASTRUCTURE
Effet d ’une fondation non traitée sur les valeurs du module de réaction k (en MPa/m et en pci)
PORTANCE DE LA FONDATIONPORTANCE DE LA FONDATIONET DE L ’INFRASTRUCTUREET DE L ’INFRASTRUCTURE
Valeur de k pour une fondation traitée au ciment
EXEMPLESEXEMPLES
Exemple 1 :Si l'on intercale 150 mm de matériau granulaire entre un sol de portance k = 40 MPa/m et la dalle, la portance du sous-sol, mesurée à la surface du matériau granulaire, sera de 49 MPa/m
Exemple 2 :Si l'on intercale 150 mm de matériau stabilisé au ciment entre le sol de portance k = 40 MPa/m et la dalle de béton, la portance du sous-sol mesurée à la surface de la fondation stabilisée sera de 130 MPa/m
ANNÉE DE DESIGNANNÉE DE DESIGN
Durée de vie d'une chaussée: expression ambiguë représente l'âge après lequel la chaussée aura besoin
d'un renforcement
Année de design: période d ’analyse du débit routier varie généralement entre 20 et 50 ans horizon de plus de 20 ans difficile à prévoir
CIRCULATIONCIRCULATION
Intensité et charge de circulation: facteurs déterminants dans le calcul de l'épaisseur nombre et poids des véhicules
DJMA DJMA-C Charges axiales des camions
FACTEURS DE SÉCURITÉFACTEURS DE SÉCURITÉSUR LES CHARGESSUR LES CHARGES
Coefficients de majoration recommandés par la PCA pour tenir compte de la nature du trafic:
Routes et rues supportant un trafic lourd continu 1,20
Routes interprovinciales
Rues et routes supportant un trafic lourd avec interruptions
Routes et artères résidentielles 1,10
Rues résidentielles et routes à faible trafic lourd 1,00
Chemins secondaires
PROCÉDURE DE DESIGNPROCÉDURE DE DESIGN
Procédure détaillée lorsque les données sur les charges axiales sont connues
Pour calculer l'épaisseur, il faut connaître : la nature de la route le type de joints et d ’accotement le module de rupture du béton (MR) le module de réaction de fondation-infrastructure (k) le facteur de sécurité sur les charges l'intensité et le poids de la circulation
PROCÉDURE DE DESIGNPROCÉDURE DE DESIGN
2 types d ’analyse: Analyse à la fatigue, contrôle l ’épaisseur des dalles
routes à trafic léger (dalles goujonnées ou non) routes moyennement achalandées (dalles goujonnées)
Analyse à l ’érosion, contrôle l ’épaisseur des dalles routes à achalandage moyen et élevé (dalles non goujonnées) routes à trafic lourd (dalles goujonnées)
ANALYSE À LA FATIGUEANALYSE À LA FATIGUE
Procédure: Contrainte équivalente
sans accotement de béton: tableau 6a avec accotement de béton: tableau 6b
Écrire en 8 et 11 les facteurs de contrainte équivalente à partir d ’une épaisseur d ’essai et de la valeur k de la fondation-infrastructure
Diviser ces facteurs par MR et écrire en 9 et 12 Calculer la fatigue en pourcentage en divisant le nombre
de répétitions de charges envisagées par le nombre de répétitions permises
Faire la somme des dommages dus à la fatigue
CONTRAINTE ÉQUIVALENTE - 6aCONTRAINTE ÉQUIVALENTE - 6aPas d ’accotement en bétonPas d ’accotement en béton
CONTRAINTE ÉQUIVALENTE - 6bCONTRAINTE ÉQUIVALENTE - 6bAvec accotement en bétonAvec accotement en béton
ANALYSE À LA FATIGUEANALYSE À LA FATIGUENb de répétitions de charges permisesNb de répétitions de charges permises
PROCÉDURE DE DESIGNPROCÉDURE DE DESIGN
ANALYSE À L ’ÉROSIONANALYSE À L ’ÉROSION
Procédure: Facteur d ’érosion
sans accotement de béton : figure 6a joints goujonnés ou dalle armée continue: tableau 7a joints non goujonnés: tableau 7b
avec accotement de béton : figure 6b joints goujonnés ou dalle armée continue: tableau 8a joints non goujonnés: tableau 8b
Écrire en 10 et 13 les facteurs d ’érosion Déterminer le nombre de répétitions permises Calculer les dommages en pourcentage Faire la somme des dommages dus à l ’érosion
FACTEUR D ’ÉROSION - 7aFACTEUR D ’ÉROSION - 7aPas d ’accotement - Joints goujonnésPas d ’accotement - Joints goujonnés
FACTEUR D ’ÉROSION - 7bFACTEUR D ’ÉROSION - 7bPas d ’accotement - Joints non goujonnésPas d ’accotement - Joints non goujonnés
FACTEUR D ’ÉROSION - 8aFACTEUR D ’ÉROSION - 8aAvec Avec accotement - Joints goujonnésaccotement - Joints goujonnés
FACTEUR D ’ÉROSION - 8bFACTEUR D ’ÉROSION - 8bAvec accotement - Joints non goujonnésAvec accotement - Joints non goujonnés
ANALYSE À L ’ÉROSIONANALYSE À L ’ÉROSIONPas d ’accotement en bétonPas d ’accotement en béton
ANALYSE À L ’ÉROSIONANALYSE À L ’ÉROSIONAvec accotement en bétonAvec accotement en béton
EXEMPLE DE DESIGNEXEMPLE DE DESIGN
Données du projet: Autoroute à 4 voies Année de design : 20 ans DJMA = 12 900 Facteur d ’accroissement du trafic = 1,50 DJMA-C = 19% du DJMA
Calculs de circulation: DJMA projeté = 12 900 x 1,5 = 19 350 DJMA-C projeté = 19350 x 0,19 = 3 680 9675 véh/direction = 81% dans la voie de conception 3680 x 0,5 x 0,81 x 365 x 20 = 10 880 000 camions
EXEMPLE DE DESIGNEXEMPLE DE DESIGN
Design # 1A : joints goujonnés fondation de 100 mm non traitée pas d ’accotement en béton infrastructure en argile : k = 27 MPa/m valeur k combinée = 35 MPa/m facteur de sécurité sur les charges = 1,20 module de rupture du béton MR = 4,5 MPa
EXEMPLE DE DESIGN #1AEXEMPLE DE DESIGN #1AEssieux simplesEssieux simples
EXEMPLE DE DESIGN #1AEXEMPLE DE DESIGN #1AEssieux doublesEssieux doubles
FATIGUE DE LA DALLE DE BÉTONFATIGUE DE LA DALLE DE BÉTON
Fatigue dans la dalle de béton: La résistance à la fatigue d'une dalle de béton dépend du
rapport de l'effort de flexion dans la dalle et du module de rupture du béton utilisé
Si une charge axiale cause un effort en flexion de 3,5MPa et que le module de rupture du béton est 4,8MPa, le rapport des contraintes sera de 3,5/4,8 soit 0,71
FATIGUE DE LA DALLE DE BÉTONFATIGUE DE LA DALLE DE BÉTON
Phénomène de la fatigue du béton : Lorsque le rapport des efforts décroît, le nombre de répétitions de
charges que la dalle de béton peut supporter augmente Lorsque la valeur des efforts répétés n'excède pas 50% de la valeur
du module de rupture, le béton peut résister sans rupture à une infinité d'applications de ces contraintes
Lorsque les contraintes répétées excèdent 50% du MR, la répétition des contraintes entraînera la rupture de la dalle
Lorsque les contraintes répétées sont moins élevées que celles de la limite d'endurance, la résistance à la fatigue du béton sera améliorée
La résistance du béton à la fatigue peut également être améliorée lorsque les contraintes répétées sont appliquées à intervalles éloignées (phénomène de relaxation)
NOMBRE DE RÉPÉTITIONS DES NOMBRE DE RÉPÉTITIONS DES CHARGESCHARGES
Il faut faire intervenir dans le calcul de l'épaisseur de la dalle, le nombre de répétitions des charges que le revêtement devra pouvoir supporter sans se rompre. Cela se fait à partir de la durée prévue pour l'utilisation des revêtements et également d'estimations de l'importance de la nature de la circulation pendant cette durée.
En théorie, le pourcentage de fatigue utilisé durant la vie ne devrait pas excéder 100%, lorsque les calculs sont basés sur le module de rupture du béton à 28 jours. Par ailleurs si les calculs sont basés sur un MR de 90 jours, la consommation de fatigue peut aller jusqu'à 125%. Les rapports de contraintes au module de rupture variant de 0,51 à 0,80, le nombre de répétitions de cette contrainte entraînant la rupture de la dalle.
NOMBRE DE RÉPÉTITIONS DES NOMBRE DE RÉPÉTITIONS DES CHARGESCHARGES
NOMBRE DE RÉPÉTITIONS DES NOMBRE DE RÉPÉTITIONS DES CHARGESCHARGES
EFFORTS DE CHARGESEFFORTS DE CHARGES
Les efforts induits dans la dalle par la charge de la circulation sont directement reliés à la largeur des voies. Autrefois, les voies avaient une largeur de 2,70m (9 pi) et presque tout le trafic lourd circulait en bordure de la chaussée. La contrainte la plus élevée dans une dalle se produit lorsque la charge d'une roue d'un camion est appliquée au coin formé par un joint transversal et le bord extérieur de la dalle.
Avec l'élargissement des voies, de 3 à 4m (10 à 12 pi), le trafic s'est déplacé vers l'intérieur de la dalle et les efforts critiques sont passés de la bordure vers l'intérieur au joint transversal.
POSITION DES VÉHICULES LOURDSPOSITION DES VÉHICULES LOURDS
Points d ’application critiques:
POSITION DES VÉHICULES LOURDSPOSITION DES VÉHICULES LOURDS
Points d ’application critiques:
ANALYSE AVEC ESSIEUX TRIPLESANALYSE AVEC ESSIEUX TRIPLESCalcul de l ’épaisseur des dallesCalcul de l ’épaisseur des dalles
ANALYSE AVEC ESSIEUX TRIPLESANALYSE AVEC ESSIEUX TRIPLESAnalyse à la fatigueAnalyse à la fatigue
ANALYSE AVEC ESSIEUX TRIPLESANALYSE AVEC ESSIEUX TRIPLESFacteur d ’érosion - Joints goujonnésFacteur d ’érosion - Joints goujonnés
ANALYSE AVEC ESSIEUX TRIPLESANALYSE AVEC ESSIEUX TRIPLESFacteur d ’érosion - Joints non goujonnésFacteur d ’érosion - Joints non goujonnés
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