Analyse et préparation de la fondation granulaire avant la mise en place d’un traitement de surface sur une route à faible traffic Papa Masseck Thiam, Ing. M.Sc., M.Ing. Jean-Martin Croteau, Ing. Kevin Bolduc, Ing. Frederic Leblanc, Ing. Le 29 Novembre 2017

Introduction et mise en contexte Fondation Granulaire des routes à faible traffic: Couche la plus importante pour le traitement de surface Trop souvent la qualité d’un produit bitumineux est mise en cause suite à l’observation des défauts sur une chaussées. Pourtant, on oublie souvent de considérer dans quel état était le support avant la mise en œuvre du produit bitumineux. Tous produits bitumineux de surfaçage doivent être mis en œuvre sur un support offrant une certaine capacité portante et drainabilité. Ceci est d’autant plus vrai pour les produits bitumineux dissipant peu les contraintes imposées par le passage des véhicules. Au cours de cette présentation le formateur présentera les caractéristiques que doit offrir un support granulaire avant qu’il soit recouvert d’un traitement de surface.

Sommaire de présentation Description fonctionnelle des couches de chaussée Problématique des chaussées à faible traffic Auscultation de la chaussée existante Dimensionnement de chaussées Choix du matériau granulaire Production et contrôle Mise en oeuvre et les contrôles de chantier Reception du support granulaire Choix du traitement de surface Conclusion

Qu’est-ce-qu’une route à faible traffic? Composition differente

Qu’est-ce-qu’une route à faible Traffic? Surface treatment Quelques définitions: 400,000 Essieux equivalents TAC 1986 DJMA < 400 AASHTO DJMA < 400 BC/AB: DJMA < 200 Ont/Sask: DJMA < 500 US: DJMA < 400 Route à faible nombre d’ECAS total. Ca soit une route avec faible traffic lourd Ou fort traffic élevé

Description fonctionnelle des couches de chaussée Coupe type d’une chaussée à faible traffic Peut être variée Surface de roulement Fondation S-Fondation Infra/Remblai

Problématique des chaussées à faible traffic Chaussées appropriées pour les besoins locaux Vaste réseau à construire et entretenir pour une faible population Techniques de conception et construction non appropriées Méconnaissance des techniques d’entretien des chaussées à faible traffic Durée de vie utile largement dépassée Problème de drainage Fossé peu profond ou inexistant Propriétés physiques des MG non adéquates pour favoriser un bon drainage Infiltration d’eau dans la structure de chaussée (par la surface (matériel granulaire), par des fissures, par l’accotement), capillarité, etc

Problématique des chaussées à faible traffic Problème de fondation Dimensionnement inadéquat Fondation inexistante Matériaux de mauvaise qualité (capacité portante, gélivité, etc.) Note : Un traitement de surface est aussi performant que la fondation sur laquelle il repose. Même si les traitements de surface sont plus souple que les enrobés à chaud conventionnel, ils sont sensiblement affecté par les mêmes problématiques.

Auscultation de la chaussée existante Évaluation de la chaussée Détermination du contexte du site Accessibilité au site Climat et traffic Choix de méthode adéquate D’ordre financier et/ ou économique Collecte de données Relevés visuels Sondages Essais de portances Essais en laboratoire Analyse et traitement des données Scénarios de réhabilitation Choix de la solutions et recommandations Consultation des documents existants Déterminer l’état fonctionnel et structural de la chaussée Déterminer les causes des dégradations Identifier les contraintes propres à chaque projet Consultation des documents existants Déterminer l’état fonctionnel et structural de la chaussée Déterminer les causes des dégradations Identifier les contraintes propres à chaque projet

Auscultation de la chaussée existante Relevés visuels Indispensable Le plus important, plus important que les essais! Étendu et sévérité des dégradations Contraintes physiques Peut palier aux coûts excessifs Outil de localisation Relevé obligatoire : le plus important, plus important que les essais ! Évaluer l’état de la chaussée : étendue/sévérité des dégradations hiver vs été Présence de contraintes physiques (qui ont un impact sur la réalisation de travaux) obstacles limitant le rehaussement du profil intervention applicables Préciser la réalisation de relevés additionnels Localiser les sondages. Déterminer la fréquence de certains essais (ex portance) localisation de mesure ornières, ouverture de fissures. Utile au diagnostic

Auscultation de la chaussée existante Relevé visuel estival Relevé visuel hivernal Traffic Contexte géologique Proximité cours d’eau Identifier, localiser dégradations Évaluer l’efficacité du drainage Identifier et localiser des repères Géométrie (point haut, remblais / déblais, coupe de roc, drainage) Rédiger (sur place) un résumé Soulèvement différentiel Changement par rapport relevé estival

Auscultation de la chaussée existante Sondage Déterminer épaisseur/nature des matériaux composant la chaussée Expliquer mauvais comportement d’une chaussée. Localisation des utilités publiques Conduites, Gaz, Électricité, téléphone, etc. Plan d’échantillonage

Auscultation de la chaussée existante Sondage En chaussée, au moins trois types de sondages. On choisit selon : le type de problème, les délais, la problématique Carottage : revêtement seulement, précis, essais possible sur l ’échat. Sciage ; échantillon intact de la fondation, contestation etc.. Forages tarières : rendement, essais possibles sur les échantillons, équipement coûteux , équipe spécialisée

Auscultation de la chaussée existante Forage La plus utilisée lors d’études de réfection Diamètre de la tarière 100 ou 150 mm Profondeur utilisée 3 m (raccord) Échantillon remanié et volume restreint

Auscultation de la chaussée existante Excavation Puits d’observation (rétrocaveuse) Observation et échantillonnage direct des sols en place

Auscultation de la chaussée existante Sciage du traitement de surface Détermination de l’épaisseur de la surface Échantillonnage de la fondation (volume suffisant) Fréquence 3 à 5/jour

Auscultation de la chaussée existante

Auscultation de la chaussée existante Essais de portance sur site Donne une idée de la CP de la structure Plusieurs outils existants

Poutre Benkelman Essais de portance sur site Essieu normalisé (8 165 kg) Mesure de la déflexion de rebondissement lorsque le camion se retire Jauge Domaines d ’application: Surtout pour chaussées non pavées de nos jours Projets de recherche : mesure de référence Piste aéroport (non revêtue)

FWD Essais de portance sur site Reproduit la sollicitation d’un camion en mouvement 100 à 200 essais/jour Profil Longitudinal/ IRI Techno des années 90.. QQ appareils au Canada.. 1 au Québec MTQ...

LWD Essais de portance sur site Mesure de la rigidité Essai rapide et peu coûteux Évaluation du sol immédiatement sous la plaque Très utile pour le dimensionnement structural et pour le contrôle de qualité Mettre en lumiere ce qui donne des résultats adéquats à faible coût. Faire une bonne auscultation sans dépenser trop d’argent

Essais de portance sur site DCP

Essais de portance sur site DCP Fondation Sol d’Infrastructure

Classification et validation de reconnaissance visuelle sur site Essais de laboratoire Permet la caractérisation physique, mécanique et hydraulique des sols et matériaux échantillonnés Classification et validation de reconnaissance visuelle sur site Analyse Granulométrique Sédimentation Limites de consistance Densité relative Proctor Standard et modifié Micro Deval-Los Angeles-Particules plates et allongées Essai CBR Essai Triaxial de Mr Caractéristiques physiques Caractéristiques mécaniques

Dimensionnement de la chaussée Transition entre les résultats de l’auscultation et la conception simple de la fondation Sensibilité à l’importance de la mise en place de fondation Plusieurs techniques de dimensionnement pour routes à faible Traffic: AASHTO 1993 USDA-Forest Service STP Critical Strain Method (CSM) Chaussée 2 I3C Me Alizé MnPave ETC

Déterminer épaisseur adéquate de fondation Auscultation de la chaussée existante Établissement du traffic Dimensionnement Structural et protection contre le gel Caractérisation des sols Forage Classification Essais laboratoire Relevés visuels Capacité portante Essais de laboratoire Essais de portance sur terrain Établissement du traffic Comptage de véhicules Type de configurations Nombre d’essieux équivalent Entrées Portance des sols Portance des MG Climat Charges/Traffic Critères de rupture admissibles Modèles AASHTO Critical Strain Alizé etc Résultats Épaisseur adéquate de fondation Tranformation d’une partie en SF

Choix du matériau granulaire de fondation Dépend d’une multitude de facteurs: État de Contraintes % Saturation Compacité Granulométrie Minéralogie Forme des particules Rugosité des faces de granulats Gélivité Rugosité Surface de roulement Etc

Choix du matériau granulaire de fondation Matériau Granulaire concassé et non-lié à granulométrie étalée Dépend du contexte géologique (Contexte Québecois) Source sédimentaire: Calcaire Source Volcanique: Basalte Source plutonique métamorphosée: Gneiss granitique Autre: « Grauwack-  Pit Run » Plusieurs contraintes Coût Distance de transport Source géologique Importance du contrôle de la qualité et de la mise en place

Choix du matériau granulaire de fondation Matériau utilisé pour la portion supérieure des fondations: MG20 (ou ¾ de Pouces concassé) Diamètre nominal maximale inférieure ou égale à 20 mm Qualités structurales requises dû aux charges Fuseau Granulométrique fourni par MTQ à respecter Fuseau assez large Exemple % fines 2-7% NQ 2560-114 Routes Faibles Traffic

Choix du matériau granulaire de fondation Routes Faibles volume du MTQ

Pour les routes forestières, minières et pétrolières Légère and Mercier, 2013

Choix du matériau granulaire de fondation Avantages du MG 20 Abordable à obtenir au Québec notamment Facilité de mise en œuvre et de compactage Imbrication des particules Matériau tolérant et insensible aux mauvaises utilisations et abus Un mauvais compactage ou la ségrégation ne causeront pas la rupture immédiate de la chaussée Désavantages du MG 20 Nécessité de modification minimale pour rencontrer les critères

Matériaux recyclés Enrobé bitumineux Béton de ciment MR-2 0% 100 % Granulats conventionnels Béton de ciment Enrobé bitumineux MR-2 MR-1 MR-4 MR-3 MR-5 MR-6 MR-7 MR-5 Classification basé sur le % des composantes.. Pas la granulométrie (ft des usages)… Classification en lien avec les caractéristiques des MR… Permet de couvrir tout les combinaisons de BB BC et GN possible.. MR-7

Production et contrôle Important de produire un matériau de qualité pour support granulaire Caractéristiques intrinsèques de la source de la pierre Micro-Deval (résistance à l’abrasion) Los Angeles (résistance aux chocs et détérioration par frottement) Permet la classification des matériaux granulaires (Classe 1, 2, 3 etc…)

Production et contrôle Caractéristiques du concassage Granulométrie (optimiser pour drainage et CP) Particules plates et allongées Permet la classification (catégorie a, b, c etc..) Caractéristiques complémentaires Proctor (aide à la compaction chantier) % d’humidité (aide à la compaction chantier)

Mise en oeuvre et les contrôles de chantier du support granulaire

Mise en oeuvre et les contrôles de chantier du support granulaire Chaussée sans enrobé Scarification du support existant Ajout d’un matériau granulaire de qualité et de bonne portance (MG-20) Profilage et compaction (Mise en forme des pentes longitudinales et transversales) *Optionnel : Application d’un liant d’imprégnation Favorise le comportement de la structure Imperméabilise la structure À dire à l’oral : La fondation doit être stable et la surface doit être exempte d’accumulation d’eau, sans granulats détachés, unis et résistante aux déformations causée par le passage des camions. L’uni du revêtement final est affecté par celui de la fondation. Un soin particulier doit être apporté au nivellement final. Une correction du profil avec un enrobé est possible mais impossible avec un traitement de surface. Les matériaux de fondation doivent posséder les caractéristiques drainantes adéquates pour la portance et les mouvements du sol causé par le gel en condition de saturation. Le drainage des matériaux est directement relié à leurs granulométries et à leur teneur en particules fines (<80 µm).

Mise en oeuvre et les contrôles de chantier des supports décohésionnés. À dire à l’oral : La fondation doit être stable et la surface doit être exempte d’accumulation d’eau, sans granulats détachés, unis et résistante aux déformations causée par le passage des camions. L’uni du revêtement final est affecté par celui de la fondation. Un soin particulier doit être apporté au nivellement final. Une correction du profil avec un enrobé est possible mais impossible avec un traitement de surface. Les matériaux de fondation doivent posséder les caractéristiques drainantes adéquates pour la portance et les mouvements du sol causé par le gel en condition de saturation. Le drainage des matériaux est directement relié à leurs granulométries et à leur teneur en particules fines (<80 µm).

Mise en oeuvre et les contrôles de chantier du support décohésionnés chaussée enrobé Décohésionnement/Pulvérisation des matériaux de revêtement (enrobé ou traitement de surface) Mélange du revêtement pulvérisé avec une épaisseur prédéterminé de matériel de fondation (dépend de la qualité du support) Correction granulaire du matériel pulvérisé au besoin Profilage du support et compaction Ajout d’un matériau granulaire (MG-20 d’épaisseur variable selon projet) À dire à l’oral : Le décohésionnement des matériaux de revêtement en place et leur mélange avec les matériaux de fondation permet d’améliorer le drainage de la fondation en plus de favoriser le recyclage et d’éviter la reproduction des défauts présents dans le revêtement. Le matériau décohésionné doit être doit être homogène et exempt de particules supérieur à 56 mm. Ceux-ci doivent être éliminé ou réintroduite à l’avant de la machine qui pulvérise. Souvent, grâce à des sondages préalablement réalisé et révélant une trop grande concentration de particules fines dans la, le matériel de correction granulaire (une pierre nette) est appliqué directement sur le revêtement et est mélangé directement durant le décohésionnement.

Mise en oeuvre et les contrôles de chantier des supports granulaire Contrôle en chantier – Ségrégation/uniformité Les causes: Équipements adaptés (niveleuse, camion à eau, compacteur etc…) Circulation routière sur le support Granulométrie de concassage trop près des fuseaux demandés Manipulation en chantier

Mise en oeuvre et les contrôles de chantier des supports granulaire Contrôle en chantier – Compaction et % d’humidité Humidifier le matériau pour favoriser la consolidation des particules entre elles. Visez l’optimal! Rouleau adéquat avec énergie suffisante Compaction uniforme (énergie/granulométrie) Éviter decompaction-Surcompaction (Altération de granulométrie) Compaction du support contrôler selon la surface (Visé: 98 % du Proctor modifié) Nucléo-densimètre (entrepreneur ou laboratoire externe) Cône de sable (accessible par tous)

Fondation adéquate avant reception du support granulaire Stabilité de la fondation Capacité portante convenable Compaction adéquate Fondation drainante ( d’argile / silt ) de bois / matière organique

Reception du support granulaire par le client/firme d’ingénierie Exemple de mauvais support D’où l’importance d’approuver le support avant de revêtir la route !!!

Critère de choix du traitement de surface Plusieurs options Considérer les critères de coûts et de performance !!!!!!!! Matériau granulaire Abat-poussière BST/ ChipSeal Couche mince EB souple

Critère de choix du traitement de surface Considération de coûts $ Coût initial Matériau granulaire Abat-poussière BST/ ChipSeal Couche mince EB

Critère de choix du traitement de surface Considération de coûts $ Coût de maintenance Matériau granulaire Abat-poussière BST/ ChipSeal Couche mince EB

Critère de choix du traitement de surface Considération de coûts $ Coût de réhabilitation Matériau granulaire Abat-poussière BST/ ChipSeal Couche mince EB

Critère de choix du traitement de surface Considération de Performance Capacité portante Matériau granulaire Abat-poussière BST/ ChipSeal Couche mince EB

Importance d’un traitement de surface sur une fondation de bonne qualité Augmente la durée de vie Protection de la fondation Exemple Durée vie utile pour Route Rurale This type of surface maintenance can have a positive impact on the structure of pavements. This is the case when you deal with a pavement laid on a subgrade which is sensitive to moisture content. With an aged pavement and a poor water tightness, the bearing capacity of the sub grade may be damaged. In this example, we start with a low bearing capacity, let us say 25 Mpa. After placing a surface treatment, the water is unable to penetrate through the structure down to the sub grade. With a lower moisture content, its bearing capacity may then rise again to a much higher level, let us say 50 Mpa. We can translate this approach into figures. With a poor sub grade, life expectancy of the pavement is very low for a rural road, and not so good for a highway. Calculations have been made using the French pavement design method. Any other rational method would lead to similar results. After treatment, with an improved bearing capacity, the durability of the pavement is expanded. This simply shows that we can get a lot with a minor investment. Mauvaise portance Bonne portance 30000 2500

Chaussée qui répond aux besoins Conclusion Chaussée qui répond aux besoins Production, mise en œuvre et contrôle Choix matériaux Auscultation et dimensionnement

Merci Pour plus d’information, contactez : Papa Masseck Thiam Papa-masseck.thiam@fpinnovations.ca