Déformation permanente des matériaux granulaires de fondation (MG-20) en contexte de gel et dégel

Chargée de projet: Joannie Poupart

Directeur: Guy Doré, ing., Ph D.

Codirecteur: Jean-Pascal Bilodeau, ing., Ph D.

12 avril 2011

pDéformation en compression

(déformation permanente)

Déformation en traction(fatigue, rupture)

Tiré du Courrier du Sud, 25/09/2010, Rang du Grand St-Esprit, Nicolet, Québec

Tiré du Soleil, 26/02/2010, Autoroute 20, Québec

Problématique

2

Plan de la présentationo Objectifs du projeto Brève explication du comportement

des matériaux granulaireso Méthodologieo Modélisation des résultatso Résultats obtenuso Réalisations futureso Conclusiono Période de questions

3

Objectifs du projeto Comprendre le comportement plastique à long terme de 4 matériaux

granulaires typiques (MG-20):

Observer l’effet de la granulométrie, de la source granulaire et des conditions environnementalesDocumenter l’effet du niveau de saturation et des cycles de gel et dégelDévelopper des critères pour identifier les matériaux sensibles aux déformations permanentes

o Caractériser le comportement à l’aide du modèle mathématique de Dresden

4

Déformation permanente

p : Déformation plastique (permanente)

R: Déformation élastique (réversible)

σd: Contrainte déviatorique(σ1- σ3)

5

Trois types de comportement en déformation permanente

p: Déformation permanente

N: Nombre d’applications

RuptureRupture

Instabilité -RuptureInstabilité -Rupture

StabilitéStabilité

6

Méthodologieo Matrice d’essais en laboratoire

– Essais de caractérisation: granulométrie,densité, Proctor, Micro-Deval, Los-Angeles, coefficient d’écoulement, etc.

– Essais mécanique: CBR, module réversible, triaxiaux, déformation permanente, simulateur à charge roulante

oModéliser les résultats à l’aide du modèle de Dresden

7

Techniques de mesure en laboratoire

Presse hydraulique Simulateur à charge roulante

8

Échantillon compactéÉchantillon compacté Cellule triaxialeCellule triaxiale Isolation de Isolation de l’échantillonl’échantillonpour le gelpour le gel

Chambre Chambre environnementaleenvironnementale Paramètres imposés:

• (σ1- σ3) = 100kPa• Confinement: 20 kPa• Fréquence: 2 hertz• N: 100 000 cycles

Presse hydraulique152,4 mm

300

mm

Bain thermique

9

Essais de déformation permanenteTeneur en Teneur en

eau optimale eau optimale (w(woptopt))

SaturéeSaturée Saturée-Gel-Saturée-Gel-Dégel-DrainéeDégel-Drainée

Saturée-Gel-Saturée-Gel-Dégel-Non Dégel-Non

drainéedrainée

Grauwacke CNGrauwacke CN XX XX XX

Grauwacke CSGrauwacke CS XX XX XX

Gneiss granitique Gneiss granitique CSCS XX XX XX XX

Calcaire CSCalcaire CS XX XX XX XX

Basalte CSBasalte CS XX XX XX

10

Trois phases de la déformation permanente

AA BBCC

DD

1*

Modélisation des résultats

•εp1* = f(N)

•Évalue εp1 à long terme

•Phase de rupture•Paramètres:

• AA: Post-compaction• BB: Taux de déformation• CC et DD: Phase de rupture

Modèle de Dresdenεp

1* = A(N/1000)B + C(eD*(N/1000) -1)

11

Exemple de modélisation

0 50000 100000N

0.24

0.28

0.32

0.36

0.4

0.44

p1 (%)

M odélisation par le m odèle de D resden - G rauwacke CS w=opt -

p1

= 0.3024 ( N

1 0 0 0 )0 .0769AA BB

Grauwacke CS en condition wopt

12

13

14

15

16

Relation mathématique pour déterminer le paramètre A

AA

f (ce, Mr, CBR, E, f (ce, Mr, CBR, E, φφ, etc.), etc.)

17

Effet du niveau de saturation (Sr (%))

Sources % Fracturation Paramètre A moyen

Gneiss granitique 72 % 0,4

Grauwacke, Calcaire, Basalte 100% 0,1

18

19

Évaluation de la déformation permanente par paliers

N

ε p1 (%

)

W optimale

Saturée Gelé-Dégelé

Δεp1

ΔN

Δεp1

ΔNΔεp1

ΔN

Δεp1

ΔN= B

Valider les paramètres empiriques obtenus à l’aide de la presse avec ceux obtenus par un essai sous charge roulante

20

Conclusiono Des essais à l’aide d’une presse hydraulique ont permis d’évaluer

l’accumulation de la déformation permanente à N=100 000 cycles pour quatre conditions environnementales et pour deux granulométries différentes (Essai au simulateur à charge roulante à venir)

o Bien que l’analyse et l’interprétation ne soient pas encore finalisées:• Effet des changements environnementaux:

o Changement du degré de saturation (saturée: 1P=147 %)

o Changement de la densité et la post compaction (paramètre A)• Effet de la granulométrie• Effet des caractéristiques physiques des matériaux (% Fracturation)

21

Pertinence du projet pour les travaux futurs

o Créer un modèle d’endommagement saisonnier de la chaussée pour être éventuellement appliqué en conception et/ou en gestion des chaussées

o Caractériser les sources granulaires sur la base de leur propension à la déformation (construction d’une base de données)

o Améliorer la formulation des matériaux granulaires pour réduire leur sensibilité à la déformation permanente et aux facteurs environnementaux (eau, gel et dégel)

22

QUESTIONS?

Merci de votre attention!

23