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8/17/2019 Dimensionnement Des Chaussees Souples Methodes Mtq Gb Dsl Fd
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Dimensionnement desDimensionnement deschaussées souples auchaussées souples auMTQMTQ
QuébecTransports
Guy Bergeron, ing. M.Sc.Guy Bergeron, ing. M.Sc.Denis SaintDenis Saint--Laurent, ing. M.Sc.Laurent, ing. M.Sc.Félix Doucet, ing., M.Sc.Félix Doucet, ing., M.Sc.
Bitume QuébecBitume Québec23 au 25 novembre 201023 au 25 novembre 2010
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Conception des chausséesConception des chaussées
Trafic
Nombre, type
Évolution
TechniquesÉquipements
Entretien (drainage,préventif)
RETRAITTHERMIQUE
STRUCTURAL
RETRAITTHERMIQUE
STRUCTURAL
QuébecTransports
Modèle Mise enoeuvre
Tolérance (épaisseur)Méthode de travail, équipements,
Contexte (automne, circulation)Climat
Représentativité
Événements extrêmesÉvolution !
Solsupport
Variabilité
Variations saisonnièresNiveau d’eau (saturation)
MatériauxUniformité
Évolution
?
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Marge
d’erreur
u d e s e r v i c
e
PSIi
Fiabilit
W18 moyen
etécart type So
Fiabilit
AASHTO: Performance et durée de vie AASHTO: Performance et durée de vie
QuébecTransports
dimensionnement N i v e
PSIf
âge (log ECAS)
50%
ZR·So
R (%)
R représente les chances que la chaussée
présente un niveau de qualité supérieur ou
égal à celui visé à la fin de la période de conception
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QuébecTransports
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Objectifs de designObjectifs de designClassificationde la route
D.J.M.A.projeté
Période deConception
(années)
∆∆∆∆PSI FiabilitéR (%)
Soulèvementau gel(mm)
Locale < 1 000 25 2,0 66 70
> 1 000 25 2,0 70 70
<
QuébecTransports
,
Régionale et 2 000-3 000 25 2,0 75 60
Échangeur > 3 000 25 2,0 80 60
Nationale < 5 000 25 2,0 80 55
5 000-20 000 30 2,0 85 55
> 20 000 30 1,75 90 50
Autoroute < 20 000 30 1,75 90 50
> 20 000 30 1,75 95 50
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Variabilité So Variabilité So Intègre la dispersion de toutes les donnéesIntègre la dispersion de toutes les données
Propriétés des matériauxPropriétés des matériaux ÉpaisseurÉpaisseur Niveaux de qualitéNiveaux de qualité
QuébecTransports
ra cra c Drainage des couchesDrainage des couches Caractéristiques du solCaractéristiques du sol
Précision du modèlePrécision du modèle La valeur utilisée pour fins de conception dans leLa valeur utilisée pour fins de conception dans lemodèle AASHTO est demodèle AASHTO est de 0,450,45
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Niveau de Service (IRI vs PSI)
4
5
6
m / k m )
Seuils de déficience- PSI (Chaussée 2)- IRI (système gestion des chaussées)
∆
∆
NATIONALES
PSI = 1,75 à 2.00
AUTOROUTES
∆ PSI = 1,75
REGIONALES
COLLECTRICES
∆∆∆∆∆∆∆∆ PSIPSI
QuébecTransports
0
1
2
3
11,522,533,544,5
PSI
I R I
(
État à laréception des
travaux
Corrélation de Sayers, Gillepsie et Queiroz(1986)
IRI = 5,5 LN(5,0/PSI)PSI = 5 e-0.18 IRI
∆ PSI = 2.00
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Objectifs de designObjectifs de designClassificationde la route
D.J.M.A.projeté
Période deConception
(années)
∆∆∆∆PSI FiabilitéR (%)
Soulèvementau gel(mm)
Locale < 1 000 25 2,0 66 70
> 1 000 25 2,0 70 70
<
QuébecTransports
,
Régionale et 2 000-3 000 25 2,0 75 60
Échangeur > 3 000 25 2,0 80 60
Nationale < 5 000 25 2,0 80 55
5 000-20 000 30 2,0 85 55
> 20 000 30 1,75 90 50
Autoroute < 20 000 30 1,75 90 50
> 20 000 30 1,75 95 50
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4
5
r a c e s )
IRIIRI
Comportement des chausséesComportement des chausséesDurées de vie…Durées de vie…Oxydées
Sections bien dimensionnées et classe PG adéquate
Sections sous-dimensionnées et classe PG non adéquate
QuébecTransports
0
1
2
3
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24
Âge d e la chaussée
I R I ( m
o y e n n e d e s d e u
x
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Performance (IRI):Performance (IRI):RP AVEC StabilisationRP AVEC Stabilisation
1,0
1,5
2,0
NationaleNationaleAutorouteAutoroute
QuébecTransports
2,5
3,0
3,5
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15Âge de la chaussée (année)
I R
I
LocaleLocale
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Évolutions des pratiquesÉvolutions des pratiques Liants bitumineux (classe PG)Liants bitumineux (classe PG)
Nouveaux enrobés (méthode LC)Nouveaux enrobés (méthode LC) Méthode de dimensionnement (logicielMéthode de dimensionnement (logiciel
QuébecTransports
auss eauss e MécaniqueMécanique
Thermique Thermique
Protection contre le gelProtection contre le gel Implantation des VTM, contrôle Thermographie.Implantation des VTM, contrôle Thermographie.
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Prolongement des durées de viesProlongement des durées de viesRouteRoute DJMADJMA V 1.2 V 1.2 V 2.0 V 2.0
Autoroute Autoroute touttout 20 ans20 ans 30 ans30 ans
NationaleNationale > 5000> 5000 20 ans20 ans 30 ans30 ans
(nouvelle route, isolation, décohésionnement, conc. dalle)
QuébecTransports
< 5000< 5000 15 ans15 ans 25 ans25 ans
RégionaleRégionale touttout 15 ans15 ans 25 ans25 ans
CollectriceCollectrice touttout 15 ans15 ans 25 ans25 ans
LocaleLocale touttout 15 ans15 ans 25 ans25 ans
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TraficTrafic
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Calcul de l’agressivité totale pour laCalcul de l’agressivité totale pour lapériode de conceptionpériode de conception
W W 1818 = Nombre total de passage d'essieu équivalent à un= Nombre total de passage d'essieu équivalent à unessieu de référence de 18 000 lbs (8.16 t) sur leessieu de référence de 18 000 lbs (8.16 t) sur le
WW1818
= DJMA * %D * %voies * %V.L. * C.A.M * N jrs * f.a.= DJMA * %D * %voies * %V.L. * C.A.M * N jrs * f.a.
QuébecTransports
DJMA = Débit journalier moyen annuelDJMA = Débit journalier moyen annuel
%D = Pourcentage de véhicules par direction%D = Pourcentage de véhicules par direction
%voie = Pourcentage de véhicules sur la voie la plus%voie = Pourcentage de véhicules sur la voie la plussollicitéesollicitée
%V.L. = Pourcentage de véhicules lourds%V.L. = Pourcentage de véhicules lourds
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Agressivité totale Agressivité totale
C.A.M. = Coefficient d'agressivité moyenC.A.M. = Coefficient d'agressivité moyen
N jrs = 300 jours, correspond à la proportion de V.L.N jrs = 300 jours, correspond à la proportion de V.L.
WW1818
= DJMA * %D * %voies * %V.L. * C.A.M * N jrs * f.a.= DJMA * %D * %voies * %V.L. * C.A.M * N jrs * f.a.
QuébecTransports
app ca e uran ann e au u ec comp e enu e aapp ca e uran ann e au u ec comp e enu e améthodologie utilisée pour les comptages de traficméthodologie utilisée pour les comptages de trafic
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Agressivité totale Agressivité totale
f.a. = facteur d'accroissement pour les véhicules lourdsf.a. = facteur d'accroissement pour les véhicules lourds
f.a. = ((1+g)f.a. = ((1+g)nn ) ) -- 1) / g 1) / g
WW1818
= DJMA * %D * %voies * %V.L. * C.A.M * N jrs * f.a.= DJMA * %D * %voies * %V.L. * C.A.M * N jrs * f.a.
QuébecTransports
g = taux d'accroissement (taux composé)g = taux d'accroissement (taux composé) n = période de designn = période de design
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Classification des véhiculesClassification des véhicules(manuelle ou automatique)(manuelle ou automatique)
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C.A.M. par défaut*C.A.M. par défaut*% de véhicules lourdsClasse de route
0 - 10 10 - 20 20 - 30 > 30 %
Locale 0.8 1.2 - -
Collectrice 1.2 1.9 - -
Régionale 1.4 2.6 - -
QuébecTransports
at ona e autorouteou urbaine
1.2 1.3 - -
Nationale rurale 2.1 3.1 3.7 5.3
Autoroute urbaine 1.1 1.3 - -
Autoroute péri-urbaine 1.7 2.0 - -
Autoroute rurale 2.1 2.7 3.4 -
*À utiliser en l'absence de données sur la
classification des véhicules
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Calcul de l’accroissement (g) duCalcul de l’accroissement (g) duDJMA véhicule lourdDJMA véhicule lourd
1600
2000
L .
QuébecTransports
g = (DJMAfin / DJMAdébut)1/n - 1
0
400
800
1200
1985 1990 1995 2000 2005Année
D J M A
V .
Système d’informationsur la circulation
routière: CIR-6002
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ClimatClimat Sur la carteSur la carte Sur le disqueSur le disque
durdur
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Méthode AASHTO: Nombre structural (SN)Méthode AASHTO: Nombre structural (SN)
SNSNrequisrequis ft (….ft (….
ECASECAS = Trafic= Traficcumulatif pendant lacumulatif pendant la
ériode de desi nériode de desi n
MMR R = Module de= Module derésiliencerésilience
Période de designPériode de design
∆∆∆∆∆∆∆∆PSIPSI = Diminution de= Diminution de
QuébecTransports
R R = Fiabilité= Fiabilité SS00 = Variabilité= Variabilité
SNSN11
SNSN22
SNSN33
Enrobé bitumineuxEnrobé bitumineux
fondationfondation
SousSous--fondationfondation
Sol supportSol support
DD11 aa11
DD22 aa22 mm22
DD33 aa33 mm33
n ce e v a tn ce e v a tpendant la période dependant la période dedesigndesign
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Méthode AASHTOMéthode AASHTOSNSN11
SNSN22SNSN33
Enrobé bitumineuxEnrobé bitumineux
fondationfondation
SousSous--fondationfondation
DD11aa
11DD22 aa22 mm22DD33 aa33 mm33
QuébecTransports
SN1 = aSN1 = a11·D·D11 SN2 = aSN2 = a11·D·D11 ++ aa22·m·m22·D·D22 SN3 = aSN3 = a11·D·D11 ++ aa22·m·m22·D·D22 ++ aa33·m·m33·D·D33
aaii = Coefficient structural = f (Module Mr)= Coefficient structural = f (Module Mr)
DDii = Épaisseur de la couche= Épaisseur de la couche
mmii = Coefficient de drainage= Coefficient de drainage
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Lois de comportementLois de comportement Visco Visco--élastique (bitumineux):élastique (bitumineux):
MR = 10 (K 1 – K 2 TK 3 ) + K 4 K - Theta (granulaire):
QuébecTransports
R = 12
Élastique (sols): MR = K 1
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Mx granulaires et sols: essai triaxialMx granulaires et sols: essai triaxial
500 )
Cycles N = 80 00020 00010001001 3
σσσσd
σσσσ3
σσσσ3
εεεεPεεεεr
QuébecTransports
0
100
200
300
400
0 500 1000 1500 2000 2500
Déformation εεεε ( µm / m)
C o n
t r a i n t e
σ σσ σ d ( k
P a
σσσσ3 = 100 kPa
r
d R M
ε
σ
εεεεP
εεεεr
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MG 20 granitique (Valcartier)MG 20 granitique (Valcartier)
QuébecTransports
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Essais FWDEssais FWDEssais FWD
QuébecTransports
SCI
D0
D9
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Modules réversiblesModules réversiblesÉtalonnés pour la méthode de l'AASHTOÉtalonnés pour la méthode de l'AASHTO
800
1000
1200
b l e ( M P a )
MR5 émul + 1,5% cimentMR = K1θθθθK2
QuébecTransports
0
200
400
600
0 50 100 150 200 250
Contrainte totale - Theta (kPa)
M o d u l e r é v e
r s i
MG 112
MR3, 4 et 5
MG 20
MR5 émulsion
mu + , c men
MR5 (50%BB)
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QuébecTransports
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Variations saisonnières : Variations saisonnières :Matériaux granulaires : Paramètre «Matériaux granulaires : Paramètre « mm »»
« m » ft (Pente, perméabilité,Période de saturation, largeur desvoies, fossés, épaisseur etc…)
Appendice DD, AASHTO.
QuébecTransports
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Enrobé : Stabilité Marshall (années 90)Enrobé : Stabilité Marshall (années 90) Enrobé bitumineux conventionnelEnrobé bitumineux conventionnel
Ancienne exigence = 6,7 kN Ancienne exigence = 6,7 kN Valeurs usuelles = 9 Valeurs usuelles = 9--11 kN11 kN
- - - -
QuébecTransports
Exigence norme 4201=9kNExigence norme 4201=9kN
MPa Mr S
C 3000145 / 10)959,4·07737,0(
20 ≈= +
°
, , . ,
(EB-20, EB-14, EB-10, EB-5)
Calculs avec S = 9 kN
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Module vs température
−=
°36
·8,1
log5,2120
T
E
E
C
64
34
4
1
1 ++−
++= z zT T air pav
Température au tiers de la couche (formule de Witczak, 1972):(en po et °F)
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Variations saisonnières (BB)
Exemple Montréal-Dorval z = 100 mm / 3Mr = 3000 MPa à 20°C
Mois Tair Tpav
Janvier -10.2 -9.0
Février -9 -7.6
Mars -2.5 0.2Avril 5.7 9.9
Mai 13 18.6
Juin 18.3 24.9
Juillet 20.9 28.0
Mr FF FF · Mr
13352 0.07 965
13352 0.07 965
13352 0.07 9655291 0.44 2304
3241 1.13 3653
2290 2.21 5063
1909 3.15 6009
)·145·log(941,1061,1110 Mr FF −=Méthode du rapport FHWA-RD-80 (Von Quintus et al. 1980,Basma et Al-Suleiman 1991)
Août 19.6 26.4
Septembre 14.8 20.7Octobre 8.7 13.5
Novembre 2 5.5
Décembre -6.9 -5.1
2094 2.63 5508
2886 1.41 40744289 0.65 2807
7205 0.24 1724
13352 0.07 965
Somme 12.15 35005
Mr_eq 2882 Mpaa1 0.43
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Compilation sur plusieurs sitesCompilation sur plusieurs sites Moyenne zone sud:Moyenne zone sud:
aa11
= 0,43 (< 150 mm)= 0,43 (< 150 mm)
aa11 = 0,44 ( > 150 mm)= 0,44 ( > 150 mm)
Moyenne zone nord:Moyenne zone nord:
QuébecTransports
aa11 = 0,47 (< 150 mm)= 0,47 (< 150 mm) aa11 = 0,48 (> 150 mm)= 0,48 (> 150 mm)
Bitumes polymères, Enrobés HROBitumes polymères, Enrobés HRO
Stabilités env. 30% plus élevéesStabilités env. 30% plus élevées Appliqué uniquement sur la couche de surface Appliqué uniquement sur la couche de surface
aa11 = 0,47 zone Sud , 0,49 zone Nord= 0,47 zone Sud , 0,49 zone Nord
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Flexion cyclique (1997Flexion cyclique (1997--2006)2006)
QuébecTransports
100
1 000
10 000 100 000 1 000 000 10 000 000
Résistance à la fatigue, Nr (nombre de cycles)
D é f o r m a t i o n e n t e n
s i o n , e t ( µ m / m )
EG-10 (PG 64-34)
ESG-5 (PG 58-34)
GB-20 (PG 58-34)
15°C
a) Module complexe b) Résistance à la fatigue
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Base antifatigue ESG5Base antifatigue ESG5 BitumeBitume ModuleModule Résistance en fatigueRésistance en fatigue
Un calcul mécanistoUn calcul mécanisto--empiriqueempiriquepermet de réduire le revêtementpermet de réduire le revêtement
Tension ESG 5
GB 20
QuébecTransports
d’env. 10d’env. 10--15 mm pour une même15 mm pour une mêmeespérance de vieespérance de vie
Le coefficient structural (fonction du module) est le seulLe coefficient structural (fonction du module) est le seulparamètre disponible dans la méthode AASHTO 1993.paramètre disponible dans la méthode AASHTO 1993. 0,49 et 0,52 ont été introduits de façon à reproduire l’effet du0,49 et 0,52 ont été introduits de façon à reproduire l’effet du
calcul mécanistocalcul mécanisto--empiriqueempirique
Revêtements > 200 mm.
ESG 5 ≅ 30-35% de l’épaisseur.
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Enrobé fissuréEnrobé fissuréCoefficient structuralFissuration de la surface
Revêtement
bitumineux
Fondation
stabilisée
Peu ou pas de carrelage0,35 à 0,40 0,20 à 0,35
Fissuration du revêtement
QuébecTransports
< 10 % carrelage de faible sévérité
< 1 fissure transversale tous les 6 m (sévérité moyenne et élevée)0,25 à 0,35 0,15 à 0,25
> 10 % carrelage de faible sévérité
< 10 % fissuration de fatigue de sévérité moyenne
> 1 fissure transversale tous les 3-6 m (sévérité moyenne et élevée)
0,20 à 0,30 0,15 à 0,20
> 10 % carrelage de sévérité moyenne
< 10 % carrelage de sévérité élevée
> 1 fissure transversale tous les 3 m (sévérité moyenne et élevée)
0,14 à 0,20 0,10 à 0,20
> 10 % carrelage de sévérité élevée
> 1 fissure transversale tous les 3 m (sévérité élevée) 0,08 à 0,15 0,08 à 0,15
8/17/2019 Dimensionnement Des Chaussees Souples Methodes Mtq Gb Dsl Fd
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Matériaux granulaires et solsMatériaux granulaires et sols
GelGel--dégeldégel PrécipitationsPrécipitations Fonte nei e et lentilles de laceFonte nei e et lentilles de lace
Variations saisonnières Variations saisonnières
QuébecTransports
Position de la nappe phréatiquePosition de la nappe phréatiquePour tenir compte des variations annuelles, un
dommage est attribué pour chaque période
(module représentatif) et un module équivalentest attribué pour représenter la somme des
dommages annuels
8/17/2019 Dimensionnement Des Chaussees Souples Methodes Mtq Gb Dsl Fd
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Sols supports : variations saisonnièresSols supports : variations saisonnières
60
70
80
90
100
i l i e n c e
ML-CL
SW
SP
Croûte
SM
SMfin
SC
CL avec IP>12
MH
CH
QuébecTransports
0
10
20
30
40
50
01-janv 02-mars 01-mai 30-juin 29-août 28-oct 27-déc
Date
M o d u l e d e r é
Mois Mr, MPa uf
8/17/2019 Dimensionnement Des Chaussees Souples Methodes Mtq Gb Dsl Fd
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Mr effectif Mr effectif
Méthode du dommageMéthode du dommageéquivalentéquivalent (AASHTO 1993)(AASHTO 1993) UUf f = 1,18·10= 1,18·10
88 (145,05·Mr)(145,05·Mr)--2,322,32
Janvier 140 0,01
140 0,01
Février 140 0,01
140 0,01
Mars 140 0,01
20,7 1,01
Avril 20,7 1,01
21,7 0,90
Mai 23,3 0,7725,9 0,60
Juin 31,0 0,39
38,8 0,24
Juillet 46,5 0,15
QuébecTransports
Exemple pourExemple pour ::ML, MLML, ML--CL ou CL (IP≤12)CL ou CL (IP≤12)
Facteur d’ajustement saisonnier:Facteur d’ajustement saisonnier: FAS = 36,1 / 51,7 = 0,70FAS = 36,1 / 51,7 = 0,70
49,6 0,13
Août 51,7 0,1251,7 0,12
Septembre 51,7 0,12
51,7 0,12
Octobre 49,1 0,14
45,5 0,16
Novembre 42,9 0,19
41,4 0,20
Décembre 41,4 0,20
140 0,01
Somme : 6,66
Moyenne : 0,28Mr effectif : 36,1
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Sols supports : variations saisonnièresSols supports : variations saisonnières Type de sol Module effectif Ratio saisonnier
Mr (MPa) Mreffectif /Mrnormal
CL, ML, CH, MH (IL ≥ 0,9) ≤ 20 0,60
CH, MH ≤ 20 0,64
CL (IP ≤ 12) ≤ 36 0,70
ML, ML-CL
CL I > 12 47 0,91
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SCfin 36 0,84
SMfin 45 0,65
SCgros 57 0,84
SM-SC 62 0,75
SW-SC, SP-SC 66 0,80
SMgros 76 0,85
Croûte argileuse (≥ 1,0 m) 39 0,70
SP, SW-SM, SP-SM 74 0,90
(idem MG-112 type B)
SP-SW 87 0,91
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Logiciel Chaussée 2 : NouveautésLogiciel Chaussée 2 : Nouveautés Enrobé recyclé à froid ERF (émulsion avecEnrobé recyclé à froid ERF (émulsion avec
0,5% ciment)0,5% ciment) Dalles concassées par résonance (rubblizing)Dalles concassées par résonance (rubblizing)
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ERF Rubblizing
Fatigue de l'enrobé avec un recyclage à froid de 100 mm
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g y g(Théorie des couches élastiques, interfaces bien collés)
130
140
150
160
170
180
190
200
s s u s d e l ' E R F (
m m )
0 mm d'enrobé fissuré laissé en place sous l'ERF20 mm d'enrobé fissuré laissé en place sous l'ERF
50 mm d'enrobé fissuré laissé en place sous l'ERF
75 mm d'enrobé fissuré laissé en place sous l'ERF
100 mm d'enrobé fissuré laissé en place sous l'ERF
Limite minimale du nf / f = 2
Note:
Ce critère de fatigue doit être vérifié ensupplément de la méthode du nombre structural
SN
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50
60
70
80
90
100
110
120
1 10 100
W18 (millions d'ECAS)
E n r o b é r e q u i s a u d
Structure de la chausséeH E v
1 axe y 5000 0.30
2 100 2400 0.30
3 courbes 1500 0.30
4 375 250 0.35
5 500 125 0.35
6 75 0.40
l’utilisateur,CHAUSSÉE 2,
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Nouveaux matériauxNouveaux matériaux
Polystyrène extrudé (thermique)Polystyrène extrudé (thermique) Polystyrène expansé (thermique)Polystyrène expansé (thermique)
Logiciel Chaussée 2Logiciel Chaussée 2
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osyn quesosyn ques
Polystytène Géosynthétiques
D é d iD é d i MiMi
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126°C
145.0 °C
140
FLIR Systems
Arrêts de finisseur:zone refroidie et noncompactée
Durée de vieDurée de vie →→→→→→→→Mise en œuvreMise en œuvre
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79°C69°C
105°C
75.0
80
100
120
92,3%
89,4%
Arrière de la table à l’arrêt
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Durée de vieDurée de vie→→→→→→→→
Mise en œuvreMise en œuvre
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Conséquences: défauts cycliques
Ségrégation thermique longitudinale (STL) → fissures
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Ségrégation thermique longitudinale (STL) → fissures
QuébecTransports
∆T°< 10°C
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0
1
m )
Durée de vieDurée de vie →→→→→→→→Mise en œuvreMise en œuvre
≅ 0.6
Gain de durée de vie > 5 ans1.0 :Moyenne
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2
I R I ( m /
1 2 3 4 5
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