Approche d’auscultation non-destructive et détermination des modules résilients pour la conception des chaussées municipales

Michel Vaillancourt, ing., Ph.D.

Pascale Pierre, ing., Ph.D.

Plan

• Introduction

• Types d’intervention en infrastructure routière

• Conception de chaussées neuves− Paramètres de conception et caractérisation

• Conception de réfection et réhabilitation de • Conception de réfection et réhabilitation de chaussées existantes− Paramètres de conception− Auscultation non-destructive

• Étude de cas− Pénétromètre− Déflectomètre

Introduction

• Amélioration des infrastructures municipales− Relevé détaillé de l’état du réseau (niveau réseau)

− Planification des interventions par priorité (niveau projet)

− Trois types d’intervention− Trois types d’intervention1. Services Égout-Aqueduc (infrastructures enfouies)

− Intervention majeureRéhabilitation du réseau et de la chaussée

2. Reconstruction de chaussée (long terme)3. Réfection et réhabilitation de chaussée (court terme)

− Intervention pressante qui ne peut attendre la réhabilitation des services ou la reconstruction

Introduction

Programme de réhabilitation du réseau

Reconstruction du réseau souterrain

Reconstruction des chaussées (+ 20 ans)

Réfection et réhabilitationTemporaire (2 à 15 ans)

Reconstruction des chaussées (+ 20 ans)

Outils de conception

Conception de chaussées neuves et Conception de réfection et réhabilitation

de chaussées en services

Pour un trafic donnéPour un trafic donné

Pour une durée de vie donnée

Outils de conception

• Vont nécessiter l’introduction de paramètres

Détermination des paramètres

• La conception des chaussées neuves ou à réhabiliter va nécessiter une investigation différente

• Cas d’une construction neuve

− Étude géotechnique routière conventionnelle− Étude géotechnique routière conventionnelle− Étude exhaustive pour couvrir tous les aspects

• Cas d’une réfection ou réhabilitation

− Relevé visuel et auscultation non-destructive− Étude partielle qui ne doit pas coûter plus chère que les travaux de réfection

Conception d’une construction neuve

Étude géotechnique routière

conventionnelle

• Forage dans la chaussée

− Détermination :• de la stratigraphie de la structure et de structure et de l’infrastructure

• de la profondeur du roc• de la compacité (Indice N)

− Échantillonnage• Caractérisation en laboratoire

− Granulométrie – Gélivité –Présence de contaminants

Conception d’une construction neuve

Étude géotechnique routière conventionnelle

• Va permettre entre autres :− De caractériser les sols d’infrastructure− D’évaluer la possibilité de réutiliser ou non les matériaux excavés matériaux excavés • Fondation• Sous-fondation• Remblai

− D’offrir des recommandations liées aux travaux de chantier • Pentes d’excavation• Cassage du roc (installation des conduites)

Conception d’une construction neuve

Conception routière conventionnelle basée

− sur le trafic− sur le climat− sur la capacité portante des sols d’infrastructure

−

d’infrastructure− sur la durée de vie espérée

On connaît généralement assez bien les paramètres mécaniques des matériaux

de chaussée neuve

Conception d’une réfection ou réhabilitation

Détermination de l’état de la chaussée1.Relevé visuel

• Quantité et nature des dégradations2.Caractérisation des matériaux

• Échantillonnage superficiel• Échantillonnage superficiel• Épaisseur du pavage • Granulométrie de la fondation

3.Propriétés mécaniques résiduelles • Couche de pavage – Fondation –Sous-fondation

Conception d’une réfection ou réhabilitation

1.Relevé visuel afin d’évaluer les causes des dégradations− Généralement sommaire

• Permet de localiser l’endroit des interventions à faire

− Peut être exhaustif− Peut être exhaustif• Relevé visuel saisonnier (mouvement de la chaussée –ouverture des fissures…)

Selon les causes de dégradation les interventions n’auront pas le même impact

Conception d’une réfection ou réhabilitation

1.Relevé visuel afin d’évaluer les causes des dégradations− Profondeur et types d’ornières− Nombre et types de fissures

• Va permettre de planifier l’investigation• Va permettre de planifier l’investigation

Conception d’une réfection ou réhabilitation

2.Caractérisation des matériaux de la chaussée (en place et en laboratoire)− Épaisseur des couches (stratigraphie)

• Par carottage de la chaussée

− Échantillonnage de la fondation et − Échantillonnage de la fondation et sous-fondation de façon manuelle• Granulométrie (comportement)• Proportion de particules fines dans la fondation (gélivité)

• Teneur en eau

Conception d’une réfection ou réhabilitation

3.Propriétés mécaniques résiduelles• Détermination de valeurs objectives plutôt que

d’une appréciation subjective− Modules résilients ou élastiques des matériaux de chaque couche de la structure (enrobé et de chaque couche de la structure (enrobé et granulaire)

• Résistance en pointe et indice de pénétration• Mesure de déflexion et rétro-calcul

Conception – Module Élastique - E

σσσσ E = σ / εLoi de HookeÉlastique

εεεε

E

Conception – Module résilient - Mr

σσσσd

εεεεRεεεεPεεεε

Conception – Module résilient - Mr

σd

Mr = σd / εrModule résilient(réversible)Élastique non linéaire

εεεεr

Mr

Essais en chantier

− Modules résilients ou élastiques des matériaux granulaires

− Utilisation d’outils portatifs à l’échelle du problème• Économique (peu de mobilisation)• Économique (peu de mobilisation)• Rapide (outils informatisés qui donnent rapidement la réponse)

• Non-destructif• Pénétromètre dynamique• Déflectomètre portatif

Essais en chantier

Marteau de battage

Tête de frappe à Courroie de mesure

Terminal de dialogue

Tête de frappe à pont de jaugesmesure

d’enfoncement

Unité Centrale d’Acquisition

Essais en chantier

• Pénétromètre dynamique à énergie variable PANDA

Essais en chantier

• Pénétrogramme

Mr

0

0.5

1

Pro

fond

eur

(m)

1

1.5

2

2.5

30 20 40 60 80 100

Mr (MPa)

Pro

fond

eur

(m)

Essais en chantier

• Corrélation des résultats avec d’autres essais

1.Essai courant SPT (Indice N)− Essais SPT et qd réalisés en parallèle sur des − Essais SPT et qd réalisés en parallèle sur des sols de fondation – sous fondation -infrastructure

Indice N et Résistance en pointe qd

Essais en chantier

Relation Qd-N selon les types de sols

40

50

60

Argile

Pierre concassée

0

10

20

30

0 5 10 15 20 25 30

Qd

N

ArgileP.C.SableSols fins

Essais en chantier

• Corrélation des résultats avec d’autres essais− Essais en chantier avec le pénétromètre sur des sols d’infrastructure

− Échantillon prélevé − Échantillon prélevé − Essai Mr en laboratoire

• Chargement cyclique

− Transformer la résistance en pointe (qd) en module par une relation (Pen 1990)

Essais en chantier

• Corrélation des résultats avec d’autres essais Corrélation E pénétromètre - Mr laboratoire

R2 = 0.8531

60708090

Mr

Labo

rato

ire (

MP

a)

0102030405060

0 20 40 60 80

E Pénétromètre (MPa)

Mr

Labo

rato

ire (

MP

a)

Élaboration de modèles mathématiques pour l’interprétation des données obtenues avec le pénétromètre dynamique MTQ (Boutet, Pierre et Doré)

Conception d’une réfection ou réhabilitation (résumé)

Étude de la chaussée existante pour

conception− Recherche de données historiques

− Structure, âge, réfection (rarement disponible)

− Relevé visuel et auscultation non-destructive− Relevé visuel et auscultation non-destructive− Nombre d’années de service supplémentaires envisagé

− Trafic : Résidentiel – Commercial – Industriel

Étude de cas

• Municipalité de l’Île de Montréal− Relevé sommaire � État global− Carottage et échantillonnage− Essais de pénétration dynamique− Essais de laboratoire− Essais de laboratoire− Analyse des résultats − Conception

Étude de cas

• Relevé sommaire � État global

Étude de cas

Essais de pénétration dynamique Carottage et échantillonnage

Étude de cas

• Analyse des résultats

qd = 4,5 MPa

qd = 1,8 MPa

50 mm

150 mm

qd = 1,8 MPa

qd = 3,8 MPa

650 mm

infini

Étude de cas

• Analyse des résultats

Mr = 115 MPa

Mr = 39 MPa

50 mm

150 mmCorrélation qd pénétromètre - Mr

R2 = 0.8393

2.5

3.0

3.5

Rés

ista

nce

en p

oint

e

Mr = 39 MPa

Mr = 71 MPa

650 mm

infini

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

0.0 20.0 40.0 60.0 80.0 100.0

Module (MPa)

Rés

ista

nce

en p

oint

e (

MP

a)

Étude de cas

• État résiduel

Le module de l’enrobé a été estiméMr = 115 MPa

Mr = 39 MPa

50 mm

150 mm

500 MPa ?

Mr = 39 MPa

Mr = 71 MPa

650 mm

infini

Alizé – Modèle mécaniste -empirique

Performance en fonction

• De la déformation admissible à la base de l’enrobé

• De la déformation verticale à l’infrastructure

εεεεh

σσσσz

Étude de cas

• État résiduelPour un trafic de 12 PL/jourÉCAS = 8700/an

εadm = 650 µdef par passage

Mr = 115 MPa

Mr = 39 MPa

50 mm

150 mm

Mr = 39 MPa

Mr = 71 MPa

650 mm

infini La structure ne joue plus son rôle

Recouvrement mince

• Conception− Recouvrement de 25 mm EB Mr = 115 MPa

Mr = 39 MPa

50 mm

150 mm

25 mmMr = 4000 MPa

Mr = 39 MPa

Mr = 71 MPa

650 mm

infini ± 2.5 ans

εadm = 650 mdef par passage

Planage et recouvrement

• Conception− Planage de 25 mmet recouvrement de 50 mm

Mr = 115 MPa

Mr = 39 MPa

25 mm

150 mm

50 mmMr = 4000 MPa

Mr = 39 MPa

Mr = 71 MPa

650 mm

infini ± 5 ans

Décohésionnement et recouvrement

• Conception− Décohésionnementet recouvrement de 70 mm

Mr = 115 MPa

Mr = 39 MPa

70 mm

150 mm

Mr = 4000 MPa

Mr = 39 MPa

Mr = 71 MPa

650 mm

infini ± 8 ans

Décohésionnement et stabilisation

• Conception− DécohésionnementFondation stabiliséeet recouvrement de 70 mm

Mr = 800 MPa

Mr = 39 MPa

70 mm

150 mm

Mr = 4000 MPa

Mr = 39 MPa

Mr = 71 MPa

650 mm

infini > 20 ans

Résumé

Caractérisation de l’état de la chaussée

+Techniques de réfection appropriées

=Diverses possibilités de conception

pour différentes durées de service