POUR LE RENFORCEMENT DE CHAUSSÉES Centre de recherche sur les infrastructures en béton ÉTUDE DU CONCEPT DE STRUCTURE INVERSE POUR LE RENFORCEMENT DE CHAUSSÉES SOUMISES AUX CHARGES D’AUTOBUS URBAINS Séminaire INFRA 2007 Pierre Gauthier, ing. Jean-Marie Konrad, ing., Ph.D. Benoît Bissonnette, ing., Ph.D. 6 novembre 2007

Dégradation structurale des chaussées Fissuration par fatigue

Dégradation structurale des chaussées (suite) Déformation structurale

Objectifs du projet de développement 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

Sollicitations et contraintes de conception 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)

Approche de conception conventionnelle

Principe de renforcement à l’aide d’une structure inverse

Approche de conception mécanistique - empirique

Sélection du logiciel de 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

Utilisation du logiciel KENLAYER - Modélisation de 8 couches - Élastique linéaire et non linéaire Essieux avant et arrière - Analyse sur 12 mois

Données d’entrée du logiciel KENLAYER Module d’élasticité des enrobés : - module d’élasticité dynamique Caractéristiques physiques des GCR : - module d’élasticité - résistance à la flexion Caractéristiques des matériaux granulaires : - facteur Charges et trafic

Module d’élasticité des enrobés bitumineux du revêtement

Module d’élasticité des Graves Ciment Recyclées (GCR) 25000 20000 15000 E (MPa) 10000 5000 Rapport A/G= 0.33 janvier février mars avril mai juin juillet août sept. octobre nov. déc. 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

Résistance à la flexion des Graves Ciment Recyclées (GCR) 6.0 5.0 4.0 Rf (MPa) 3.0 2.0 1.0 Rapport A/G= 0.33 0.0 janvier février mars avril mai juin juillet août sept. octobre nov. déc. 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

Variation saisonnière des matériaux granulaires et du sol

Valeur du facteur K1 des matériaux granulaires de la chaussée

Module d’élasticité du sol support de la chaussée

Répartition du nombre d’autobus sur le réseau artériel 250 300 350 400 750 700 650 600 550 Autobus / Jour 500 450 1 6 11 16 21 26 31 36 41 46 51 56 61 66 71 76 81 86 91 96 101 106 111 116 121 126 131 136 141 146 151 156 161 166 Nombre de tronçon (RTC 2004)

Principaux résultats de 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’endommagement de la couche de GCR 0.6 SEUIL D'ENDOMMAGEMENT ESSIEU ARRIÈRE PAR FATIGUE ESSIEU AVANT 0.5 0.4 t / Rf 0.3 0.2 0.1 0.0 janvier février mars avril mai juin juillet août sept. octobre nov. déc.

Relation entre la déformation en tension et le nombre de passages Loi de fatigue

Relation entre la déformation en compression et le nombre de passages Loi de déformation

Endommagement relatif ENDOMMAGEMENT RELATIF Chaussée flexible Endommagement relatif FATIGUE 25 ARTÈRE PRINCIPALE ESSIEU ARRIÈRE ESSIEU AVANT 20 TRAFIC D'AUTOBUS: 250 A/j VITESSE DES AUTOBUS: 50 km/h 15 (mm) Endommagement relatif (%) (mm) 1) EB-10S 40 10 2) EB-20 70 Revêtement: 110 5 3) MG 450 4) ST 450 Épaisseur Totale: 1010 janvier février mars avril mai juin juillet août sept. octobre nov. dec. 5) SS1 790 DÉFORMATION 25 6) SS2 ------- 20 Endommagement relatif (%) 15 ENDOMMAGEMENT RELATIF Fatigue: 100% 10 Déformation: 20% 5 DURÉE DE VIE: 5 ans janvier février mars avril mai juin juillet août sept. octobre nov. dec.

Chaussée inverse Endommagement relatif FATIGUE 25 ARTÈRE PRINCIPALE ESSIEU ARRIÈRE ESSIEU AVANT 20 TRAFIC D'AUTOBUS: 250 A/j VITESSE DES AUTOBUS: 50 km/h Endommagement relatif (%) 15 (mm) (mm) Endommagement relatif (%) 1) EB-10S 40 10 2) GBR 70 5 3) MAF 100 4) GCR 100 janvier février mars avril mai juin juillet août sept. octobre nov. dec. Renforcement: 310 5) MG 250 DÉFORMATION 25 6) ST 450 Épaisseur Totale: 1010 20 7) SS1 790 8) SS2 ------- Endommagement relatif (%) 15 Endommagement relatif (%) ENDOMMAGEMENT RELATIF 10 Fatigue: 100% Déformation: 10% 5 DURÉE DE VIE: 26 ans janvier février mars avril mai juin juillet août sept. octobre nov. dec.

Conception de chaussées à structure inverse

Conclusions et 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… MERCI