Étude du concept de structure inverse Étude du concept de structure inverse pour le renforcement...
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ÉTUDE DU CONCEPT DE STRUCTURE INVERSE ÉTUDE DU CONCEPT DE STRUCTURE INVERSE POUR LE RENFORCEMENT DE CHAUSSÉESPOUR LE RENFORCEMENT DE CHAUSSÉES
SOUMISES AUX CHARGES D’AUTOBUS URBAINSSOUMISES AUX CHARGES D’AUTOBUS URBAINS
Pierre Gauthier, ing.
6 novembre 2007
Séminaire INFRA 2007
Jean-Marie Konrad, ing., Ph.D.Benoît Bissonnette, ing., Ph.D.
Centre de recherche sur les infrastructures en bétonCentre de recherche sur les infrastructures en béton
Fissurationpar
fatigue
Dégradation structuraleDégradation structurale des chausséesdes chaussées
Déformationstructurale
Dégradation structuraleDégradation structuraledes chaussées (suite)des chaussées (suite)
Renforcer de façon optimisée les chaussées soumises aux charges d’autobus urbains
S’attaquer aux causes des problèmes rencontrés et non à leurs effets
Utiliser le plus possible les matériaux recyclés disponibles localement
Viser un meilleur rapport bénéfices/coûts
Objectifs du projet Objectifs du projet de développementde développement
Charges : - conception : 80 KN (1.0 ECAS)- légale : 100 KN (2.2
ECAS)- autobus : 115 KN (4.0
ECAS)
Gel & dégel : - portance réduite au dégel- contrôle inexistant au dégel
Particularités : - trottoirs & bordures (rehaussement impossible)- services publics à conserver (750 mm de profondeur)
Sollicitations et contraintesSollicitations et contraintesde conceptionde conception
Approche de conception Approche de conception conventionnelleconventionnelle
Principe de renforcement Principe de renforcement à l’aide d’une structure inverseà l’aide d’une structure inverse
Approche de conception Approche de conception mécanistique - empiriquemécanistique - empirique
Sélection du logicielSélection du logicielde conceptionde conception
DAMA (Asphalt Institute)- limite de 5 couches au maximum- impossible de modéliser une couche antifissure
ALIZÉ III (LCPC)- essais de caractérisation français- lois de fatigue et de déformation européennes
KENLAYER (Université du Kentucky)- accepte jusqu’à 19 couches et sous-couches- calcule les essieux avant, simple et multiple
- Modélisation de 8 couches- Élastique linéaire et non linéaire- Essieux avant et arrière- Analyse sur 12 mois
Utilisation du logicielUtilisation du logicielKENLAYERKENLAYER
Module d’élasticité des enrobés :- module d’élasticité dynamique
Caractéristiques physiques des GCR :- module d’élasticité- résistance à la flexion
Caractéristiques des matériaux granulaires :- module d’élasticité- facteur
Charges et trafic
Données d’entrée du Données d’entrée du logiciel KENLAYERlogiciel KENLAYER
1K 21KKE
ModuleModule d’élasticité d’élasticité des des enrobés bitumineux du revêtementenrobés bitumineux du revêtement
Enrobé de type EB-10S
0
5000
10000
15000
20000
25000
Mo
du
le d
ynam
iqu
e (M
Pa)
50 km 16479 16479 16479 14248 7762 4778 3626 4157 6925 11618 16479 16479
30 km 15249 15249 15249 12979 6720 4033 3031 3490 5956 10366 15249 15249
janvier février mars avril mai juin juillet août sept. octobre nov. déc.
Module d’élasticité des Module d’élasticité des Graves Ciment Recyclées (GCR)Graves Ciment Recyclées (GCR)
0
5000
10000
15000
20000
25000
E (
MP
a)
GCR-4% 11752 11177 9491 7801 7100 7100 7100 7100 7100 7481 8985 10794
GCR-6% 15899 15119 12835 10551 9600 9600 9600 9600 9600 10122 12150 14599
GCR-8% 20535 19528 16577 13628 12400 12400 12400 12400 12400 13073 15693 18856
janvier février mars avril mai juin juillet août sept. octobre nov. déc.
Rapport A/G= 0.33
Résistance à la flexion des Résistance à la flexion des Graves Ciment Recyclées (GCR)Graves Ciment Recyclées (GCR)
0.0
1.0
2.0
3.0
4.0
5.0
6.0
Rf (
MP
a)
GCR-4% 3.1 3.0 2.5 2.1 1.9 1.9 1.9 1.9 1.9 2.1 2.4 2.9
GCR-6% 4.0 3.8 3.2 2.6 2.4 2.4 2.4 2.4 2.4 2.6 3.0 3.6
GCR-8% 4.8 4.6 3.9 3.2 2.9 2.9 2.9 2.9 2.9 3.2 3.7 4.4
janvier février mars avril mai juin juillet août sept. octobre nov. déc.
Rapport A/G= 0.33
Variation saisonnière des matériaux Variation saisonnière des matériaux granulaires et du solgranulaires et du sol
Valeur du facteur K1 Valeur du facteur K1 des matériaux des matériaux granulaires de la chausséegranulaires de la chaussée
0.0
10.0
20.0
30.0
40.0
50.0
60.0
70.0
Fac
teu
r K
1 (M
Pa)
MG 63.0 63.0 12.6 5.3 8.4 11.6 14.7 17.9 21.0 21.0 48.5 63.0
ST 37.8 37.8 7.6 3.2 5.0 6.9 8.8 10.7 12.6 12.6 29.1 37.8
janvier février mars avril mai juin juillet août sept. octobre nov. déc.
ModuleModule d’élasticité du d’élasticité dusol support sol support dede la chaussée la chaussée
0.0
50.0
100.0
150.0
200.0
250.0
300.0
350.0
400.0
E (M
Pa)
SS 230.0 345.0 345.0 13.0 19.7 26.3 33.0 39.7 46.3 53.0 53.0 115.0
janvier février mars avril mai juin juillet août sept. octobre nov. déc.
Répartition du nombre d’autobusRépartition du nombre d’autobussur le réseau artérielsur le réseau artériel
250
300
350
400
450
500
550
600
650
700
750
1 6 11
16
21
26
31
36
41
46
51
56
61
66
71
76
81
86
91
96
10
1
10
6
11
1
11
6
12
1
12
6
13
1
13
6
14
1
14
6
15
1
15
6
16
1
16
6
Nombre de tronçon
Au
tob
us
/ J
ou
r
(RTC 2004)
Principaux résultats Principaux résultats de la modélisationde la modélisation
Prédiction de l’endommagement de la GCR :
- rapport t / Rf
Calcul du nombre de passage maximum :- rupture par fatigue- déformation permanente
Calcul de la durée de vie en année :- facteurs d’endommagement relatif- rapport fatigue/déformation
Conception de chaussée à structure inverse
Prédiction de l’endommagementPrédiction de l’endommagementde la couche de GCR de la couche de GCR
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
janvier février mars avril mai juin juillet août sept. octobre nov. déc.
t /
Rf
ESSIEU ARRIÈRE
ESSIEU AVANT
SEUIL D'ENDOMMAGEMENTPAR FATIGUE
FATIGUE
1
10
100
0 1 10 100
f (10
+5)
e t (10
-6)
E SSIE U AVANT
E SSIE U ARRIÈ RE
E (Max.) Hiver
E (M in.) É té
Relation entre la déformation en Relation entre la déformation en tension et le nombre de passagestension et le nombre de passages
Loi de fatigue
32EB1ff
tf EfN e
DÉFORMATION
1
10
100
0 1 10 100 1000 10000 100000 1000000
d (10
+5 )
e c (10-6 )
ESSIEU AVANTESSIEU ARRIÈRE
Relation entre la déformation en Relation entre la déformation en compression et le nombre de passagescompression et le nombre de passages
Loi de déformation54
f
cd fN e
Chaussée flexibleChaussée flexibleEndommagement relatif Endommagement relatif
End
omm
agem
ent
rela
tif (
%)
End
omm
agem
ent
rela
tif (
%)
FATIGUE
0
5
10
15
20
25
janvier février mars avril mai juin juillet août sept. octobre nov. dec.
ESSIEU ARRIÈRE
ESSIEU AVANT
DÉFORMATION
0
5
10
15
20
25
janvier février mars avril mai juin juillet août sept. octobre nov. dec.
ARTÈRE PRINCIPALE
TRAFIC D'AUTOBUS: 250 A/jVITESSE DES AUTOBUS: 50 km/h
(mm) (mm)1) EB-10S 40
2) EB-20 70Revêtement: 110
3) MG 450
4) ST 450Épaisseur Totale: 1010
5) SS1 790
6) SS2 -------
ENDOMMAGEMENT RELATIFFatigue: 100%Déformation: 20%
DURÉE DE VIE: 5 ans
Chaussée Chaussée inverseinverseEndommagement relatifEndommagement relatif
DÉFORMATION
0
5
10
15
20
25
janvier février mars avril mai juin juillet août sept. octobre nov. dec.
En
do
mm
agem
ent
rela
tif
(%)
FATIGUE
0
5
10
15
20
25
janvier février mars avril mai juin juillet août sept. octobre nov. dec.
En
do
mm
agem
ent
rela
tif
(%)
ESSIEU ARRIÈRE
ESSIEU AVANT
End
omm
agem
ent
rela
tif (
%)
End
omm
agem
ent
rela
tif (
%)
ARTÈRE PRINCIPALE
TRAFIC D'AUTOBUS: 250 A/jVITESSE DES AUTOBUS: 50 km/h
(mm) (mm)1) EB-10S 40
2) GBR 70
3) MAF 100
4) GCR 100Renforcement: 310
5) MG 250
6) ST 450Épaisseur Totale: 1010
7) SS1 790
8) SS2 -------
ENDOMMAGEMENT RELATIFFatigue: 100%Déformation: 10%
DURÉE DE VIE: 26 ans
Conception de chaussées àConception de chaussées àstructure inversestructure inverse
ÉPAISSEUR DE LA GCR EN FONCTION DE SA TENEUR EN CIMENT ET DE LA VITESSE DES VÉHICULES
0
50
100
150
200
250
Vitesse des véhicules
Ép
aiss
eur
de
la G
CR
(m
m)
4%
6%
8%
50 km/h
4%
6%
8%
30 km /h
Trafic: 450 A/jDurée de vie: 25 ans
Conclusions etConclusions etrecommandations recommandations
Les chaussées à structure inverse permettent d’entrevoir :
- une très grande durabilité (25 ans); - des excavations peu profondes (350 à 450 mm); - l’utilisation de GCR à faible teneur en ciment (4%); - le recyclage de matériaux disponibles localement; - des réhabilitations futures limitées à la surface. Des planches d’essais sont nécessaires afin d’évaluer
le comportement et d’établir le rapport bénéfices/coûts des ces chaussées novatrices.
À SUIVRE… À SUIVRE…