COMPORTEMENT HIVERNAL ET PRINTANIER DE DIFFÉRENTES STRUCTURES DE CHAUSSÉES MUNICIPALES ISOLÉES ET DRAINÉES, SUR LA RUE NELSON, À ST-HYACINTHE

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1 COMPORTEMENT HIVERNAL ET PRINTANIER DE DIFFÉRENTES STRUCTURES DE CHAUSSÉES MUNICIPALES ISOLÉES ET DRAINÉES, SUR LA RUE NELSON, À ST-HYACINTHE Eric Blond Chargé de projets Centre des Technologies Géosynthétiques SAGEOS Jacek Mlynarek Directeur général Centre des Technologies Géosynthétiques SAGEOS Michel Brodeur Ingénieur Municipal Ville de St-Hyacinthe Luc Chartrand Coordonateur technologique CERIU Journée du bitume 2000 Mardi 21 mars 2000 Hôtel des gouverneurs, St-Hyacinthe Ce projet a été financé en partenariat par les trois paliers de gouvernement : municipal (Ville de St-Hyacinthe) - provincial (Québec) - fédéral (Canada) et plusieurs industries privées (O.C. CELFORTEC, TEXEL, SOLMAX-TEXEL) dans le cadre du programme des infrastructures Canada - Québec 1997.

2 Résumé Le projet de la rue NELSON a été initié afin d étudier les comportements thermique, hydraulique et structural de six types de structure de chaussées municipales soumises au climat nordique. La problématique liée à la protection des sols support des chaussées municipales est d abord discutée en considérant les contraintes liées à la présence de réseaux urbains, enfouis à faible profondeur sous les structures de chaussées. Le site expérimental est ensuite présenté : parmi les six tronçons évalués, quatre incorporent différents matériaux d isolation thermique et de drainage, un tronçon est reconstruit selon les standards de la municipalité, tandis qu un tronçon a été réhabilité par pulvérisation de l ancienne structure. Les matériaux mis à l essai sont : une couche de 230 mm d écorces de bois confinée entre un géotextile de séparation renforcé et un géotextile de séparation drainant, du polystyrène extrudé de haute densité posé sur un géotextile drainant, le géocomposite Isolotex qui comporte un noyau de polystyrène expansé de faible densité, et un géocomposite flexible dont le noyau est à base de bulles d air. Chacun des tronçons a été équipé d une grande variété d instruments de mesure tels que piézomètres, gelmètres, thermistances, sondes de teneur en eau TDR, etc. Des campagnes de mesure de la capacité structurale des structures ont également été menées à différentes périodes de l année, en particulier pendant la période du dégel. Les mesures effectuées lors de la première année de suivi et lors du premier dégel printanier ont montré que : La période la plus critique de la vie des chaussées est la période du dégel printanier ; L absence de drainage provoque une augmentation importante de la teneur en eau des matériaux de chaussée lors du dégel printanier ; L écorce de bois, le polystyrène extrudé à haute densité et le polystyrène expansé à faible densité procurent un certain niveau d isolation thermique du sol support ; La criblure de pierre n est pas un matériau approprié pour la protection du sol support contre le gel en milieu municipal. Les déflexion mesurées au déflectomètre Dynaflect sont plus élevées pour les structures équipées de la couche de 230 mm d écorce de bois et du géocomposite Isolotex avec polystyrène expansé de faible densité.

3 1. PHÉNOMÈNE DE DÉGRADATION DES CHAUSSÉES DUS AU GEL ET AU DÉGEL La plus grande partie des chaussées Québécoises subissent 4 à 5 mois d exposition au gel, et la profondeur de gel du sol support varie généralement entre 1.2 et 3 mètres. Les dégradations engendrées par cette exposition sont de nature diverses, et peuvent être classés en deux principales catégories : Pendant l hiver, des dégradations proviennent de la présence de gel dans le sol support. La formation de lentilles de glace dans les sols gélifs s accompagne alors de soulèvements de la surface, lesquels provoquent la formation de lézardes et de fissures généralement longitudinales. Dès lors, l étanchéité du pavage n est plus assurée, ce qui a pour effet d accélérer les dégradations du pavage issues de la forte teneur en eau des matériaux de fondation et la dégradation du confort au roulement. Au début de la période de dégel printanier et durant les périodes de dégel ponctuelles de l hiver, le revêtement est supporté par la fondation dont une portion de l épaisseur est dégelée, généralement saturée lorsque la surface n est pas étanche, et de faible portance. Cet horizon de matériaux affaiblis repose à son tour sur une couche gelée, rigide et imperméable. Cette situation est en majorité à l origine de la formation des nids de poule dans les chaussées municipales. Une situation très propice à la formation de dégradations de chaussées (fissurations de fatigue, carrelage) se présente également lorsque la fondation est entièrement dégelée, non drainée, et repose sur un sol support saturé par l eau de fonte des lentilles de glace ayant causé les soulèvements durant la période de gel profond de la chaussée. Une situation similaire peut se présenter lors du dégel de certaines argiles n ayant pas gelé auparavant. Ce phénomène a pour effet d augmenter la sollicitation en fatigue du revêtement, provoquant la fissuration du pavage en piste de roue, la formation d ornières à grand rayon ou de nids de poule. 2. PRINCIPALES MÉTHODES PERMETTANT DE CONTRER CES DÉGRADATIONS Si l on considère que les chaussées sont adéquatement dimensionnées d un point de vue structural, les modes de dégradation présentés ci-dessus ont deux principales causes, qui sont une pénétration excessive du gel dans les matériaux du sol support et la teneur en eau trop élevée des matériaux de la fondation de chaussée. Dans le cas des dégradations survenant en hiver, provoquées par une pénétration excessive du gel dans un sol support gélif, les deux méthodes permettant de contrecarrer cette perte de confort de roulement sont l enlèvement du sol support gélif jusqu à la ligne de gel d une part, et l installation d isolants thermiques pour protéger le sol support d autre part. Certaines des dégradations survenant au printemps peuvent être réduites en imposant des restrictions de charge aux poids lourds, mais cette méthode ne peut être efficace

4 que si la totalité des véhicules touchés respectent ces limitations. L absence de contrôles en milieu urbain laisse penser qu une partie des véhicules circulant sur les chaussées municipales Québécoises ne respecte pas ces restrictions, mettant ainsi en danger la qualité de roulement des chaussées. De plus, ces limitations ne s appliquent pas aux véhicules de transport en commun, lesquels disposent d une charge par essieu très élevée lorsqu ils roulent à pleine capacité. Ainsi, si des restrictions de charge appliquées par les utilisateurs peuvent être considérés comme une méthode acceptable pour le contrôle de certaines dégradations printanières, il n en reste pas moins que l installation de dispositifs préventifs permettant de limiter les effets du gel s avérerait un moyen supplémentaire pour réduire l occurrence de ces dégradations. Par ailleurs, le contrôle de la teneur en eau des fondations de chaussée est bien connu comme étant une des méthodes permettant de ralentir leur dégradation. Les infiltrations d eau peuvent provenir de trois sources : Infiltration par les fissures du pavage. Ce mode d infiltration peut aisément être contrôlé en installant un dispositif améliorant l étanchéité du pavage, comme les chapes d étanchéité ou les dispositifs anti-remontées de fissure. Infiltration par les côtés de la chaussée, du fait de la percolation de l eau issue de la fonte des neiges provenant de la surface, ou de la circulation d eau à travers le sol support, notamment à travers les irrégularités de ce sol. Ce mode d infiltration peut aisément être contrôlé par le biais de l installation de drains latéraux ou d écrans de rives de chaussée. Remontée de la nappe phréatique vers la fondation, qui nécessite alors l installation d un système de rabattement de nappe ou l installation d un drain horizontal sous la fondation de chaussée. Ainsi, l installation d isolants thermiques protégeant le sol support, associés à un système de drainage, doit être considéré comme une approche permettant de contrôler à la source tant des dégradations hivernales que des dégradations printanières. 3. PARTICULARITÉS DES CHAUSSÉES MUNICIPALES Les chaussées municipales représentent 80 % des voies publiques du Québec. Aussi, la conception de ces chaussées doit être réalisée en tenant compte de l ensemble des facteurs intervenant dans leur cycle de vie, lesquels incorporent non seulement l analyse du trafic et leur dimensionnement structural, mais aussi l analyse des multiples contraintes autres, lesquelles sont principalement issues des réseaux enfouis sous les structures de chassées. 3.1 Encombrement des réseaux Si la plupart des conduites d aqueduc sont enfouies à une profondeur suffisante pour que le gel n y accède pas, plusieurs autres réseaux peuvent être localisés à faible

5 profondeur, afin de limiter les coûts et la largeur des tranchées nécessaires à leur installation et à leur entretien, tel que présenté à la figure 1. Figure 1: Section type de la rue NELSON Lorsque les ingénieurs municipaux sont confrontés à un problème de réhabilitation d une chaussée souffrant des effets du gel, la faible profondeur des réseaux s avère souvent problématique. En effet, l épaisseur de la structure de chaussée dégradée est généralement faible, et plusieurs réseaux sont installés dans le sol support à proximité de la ligne d infrastructure. Le contrôle des dégradations dues à la pénétration du gel dans le sol support impliquera donc obligatoirement la sélection de matériaux disposant d une faible conductivité thermique, lesquels seront installés en remplacement d une grande épaisseur de matériaux granulaires non gélifs, laquelle ne peut simplement pas être installés du fait des limitations géométriques propres au contexte municipal. 3.2 Entretien des réseaux Les réseaux urbains font l objet de multiples réparations, ce qui a pour effet de réduire considérablement la qualité de roulement, donc la durée de vie effective des chaussées. Par ailleurs, les interventions réputées dégrader le plus fortement les chaussées sont les interventions hivernales issues des bris d aqueduc, du fait des mauvaises conditions de travail et de l impossibilité de compacter adéquatement les matériaux granulaires et le sol support saturés d eau. Ces bris étant fréquemment causés par une pénétration du front de gel supérieure à la profondeur des conduites, l installation d isolants thermiques pour la protection du sol support doit aussi être considérée comme un moyen de prévenir le bris des conduites d aqueduc, donc de limiter le nombre de zones fortement dégradées. Par contre, il faut prendre en compte le fait que l installation de matériaux d isolation thermique non-granulaires nécessitera des précautions particulières lors des interventions régulières sur les réseaux (réhabilitation, nouvelles connections, nouveaux réseaux). Cependant, ces interventions courantes sont généralement réalisées en période estivale, ce qui permet une d effectuer une planification appropriée

6 de l intervention. Cette intervention inclura l application d une procédure de réhabilitation permettant le maintient de la qualité de la fondation, et la remise en état du dispositif de protection contre le gel. 3.3 Politique de réhabilitation La décision de reconstruire une chaussée sera souvent dépendante de l état de l ensemble des infrastructures, et pas seulement du niveau de dégradation de la chaussée. Ainsi, une chaussée ne sera pas reconstruite que si les réseaux souterrains (égout, aqueduc) sont en bon état, l autre alternative étant d employer une méthode de réhabilitation dont l ampleur sera dépendante d un ensemble de considérations. Cependant, la durée de vie des réseaux souterrains se situe en moyenne entre 50 et 80 ans, tandis que la période de conception des chaussée varie souvent entre 20 et 40 ans au maximum, et à toutes fins pratiques inférieure si l on considère que les méthodes de construction conventionnelles en milieu urbain n incorporent pas de drainage, ni de protection au gel du sol support. Aussi, lorsqu une chaussée municipale arrive à la fin de sa durée de vie et nécessite une intervention majeure, cette reconstruction n est souvent pas effectuée jusqu à ce qu il soit nécessaire de réhabiliter les réseaux souterrains. Ce choix économique et stratégique a pour effet d augmenter progressivement les coûts d entretien liés à des réhabilitations de surface, au fur et à mesure que la chaussée vieillie. En pratique, la reconstruction de la structure de chaussée n est effectivement réalisée que très longtemps après la fin de la période de conception de la chaussée, entraînant des coûts d entretien très élevés pour le maintien d une surface de roulement tout juste acceptable et des coûts d entretien très élevés des véhicules des usagers. Une des avenues permettant de prévenir les coûts de réhabilitation excessifs à la fin de vie des chaussées est d allonger leur durée de vie effectivement utile de telle façon que celle-ci s approche autant que possible de la durée de vie utile des réseaux urbains installés dans son sol support, par le biais d une conception structurale appropriée, mais aussi en considérant l installation d'un système de drainage efficace et une conception au gel appropriée. 4. STRUCTURES DE CHAUSSÉES EXPÉRIMENTÉES Le projet d expérimentation de la rue Nelson à St-Hyacinthe a été mis sur pied afin d évaluer l efficacité de différentes alternatives permettant de remédier à la problématique du gel et du drainage des chaussées en milieu urbain. Le site expérimental a été sélectionné du fait de la présence de plusieurs modes de dégradation sur un même tronçon de chaussée. Ces dégradations ont été identifiées comme provenant de l absence d un système de drainage et une susceptibilité au gel importante.

7 Six secteurs ont été définis dans ce tronçon de chaussée, lesquels ont fait l objet d une reconstruction ou d une réhabilitation dans le but d évaluer la performance et l efficacité de différentes solutions en milieu municipal. Le tableau 1 résume les différentes caractéristiques des tronçons de chaussée, lesquels sont illustrés à la figure 2. Tableau 1 : principales caractéristiques des tronçons de chaussée expérimentés Type Structure Drainage Protection thermique Secteur / 300 mm criblure de pierre 4 Reconstructio n 100mm EB10S 150mm MG20 230mm MG56 Géotextile de séparation drainant et tuyaux perforés avec filtre en rive de chaussée Polystyrène extrudé de haute densité 1 Polystyrène expansé de faible densité 2 Composite bulles d air / feuille d aluminium 6 Réhabilitation (*) Géotextile de séparation drainant et écrans de rives 230 mm écorces de bois mm EB10S 200 mm pulvérisé / / 5 (*) : idem, sauf MG56 = 300 mm Les solutions proposées peuvent ainsi être décrites de la façon suivante : Le secteur 4 (secteur témoin) est une reconstruction selon les méthodes conventionnelles, prenant en compte la limitation de profondeur issue de la présence des réseaux : la ligne d'infrastructure effleure la conduite de gaz installée sur la rue Nelson (de 50 mm). Le secteur 1 (polystyrène extrudé) est une reconstruction employant un matériau de protection thermique conventionnel de 38 mm d épaisseur, installé sur un géotextile de séparation drainant, associé à un drainage latéral. Les secteurs 2, 3 et 6 sont des reconstructions incorporant un drainage latéral et des matériaux d isolation thermique expérimentaux :

8 Figure 2: Planches expérimentales Sur le secteur 2, l isolation thermique est procurée par le produit Isolotex, qui est un géocomposite constitué d un noyau de polystyrène expansé à faible densité de 50 mm d épaisseur, couplé à un géotextile de séparation drainant et à un géotextile anti-poinçonnement assemblé par dessus le noyau de polystyrène. Sur le secteur 3, l isolation thermique est procurée par une couche de 230 mm d écorces de bois, confinée entre un géotextile de séparation drainant et un géotextile de séparation renforcé. Sur le secteur 6, le matériau installé pour la protection thermique est un géocomposite à base de bulles d air et d une feuille d aluminium, de 9 mm d épaisseur. Le secteur 5 est une réhabilitation majeure (pulvérisation), c est à dire une méthode largement pratiquée en milieu municipal du fait de son coût modéré, mais reconnue comme inefficace pour contrer les dégradations liées à la gélivité du sol support. Ainsi, l analyse à long terme du comportement des chaussées, et de l efficacité et de la durabilité des matériaux expérimentés dans le contexte décrit au chapitre 3, liée à une étude économique de la rentabilité de ces solutions, permettra de : valider certains aspects techniques liés au fonctionnement des solutions expérimentées;

9 proposer certaines avenues pour la conception et la réhabilitation de chaussées en milieu municipal. 5. COMPORTEMENT DES CHAUSSÉES PENDANT LA PREMIÈRE ANNÉE DE SERVICE 5.1 Instrumentation Pour évaluer l efficacité des systèmes installés et le comportement des chaussées sur une base objective des points de vue thermique, hydraulique et structural, une instrumentation complète a été installée au sein de la structure de chaussée, et un certain nombre de relevés ont été effectués en surface pendant la première année d expérimentation, tel que résumé au tableau 2. Les lectures de l ensemble de ces instruments ont été relevés à différentes fréquences, afin de mesurer la réponse des structures de chaussée expérimentées aux contraintes environnementales survenant pendant l année. 5.2 Pénétration du gel pendant l hiver Les lectures obtenues à l aide des gelmètres et des thermistances installées à travers la structure de chaussée ont permis d évaluer la profondeur du front de gel (figure 3) et la distribution de la température à travers la structure et le sol support. Cette distribution est présentée à trois périodes distinctes : au début de l hiver (figure 4), pendant l hiver (figure 5) et après l hiver (figure 6). On constate que le gel a pénétré plus profondément dans le sol support de trois des structures de chaussée expérimentées : dans la structure pulvérisée (secteur 5), dans la structure conventionnelle (secteur 4) et dans la structure équipée du composite isolant constitué de bulles d air et d une feuille d aluminium (secteur 6). Le front de gel n a par contre pas atteint le sol support sur les secteur 1 (polystyrène extrudé) et 3 (écorces de bois), et n a dépassé la ligne d infrastructure que très modérément pour le secteur 2 (Isolotex / polystyrène expansé à faible densité). 5.3 Comportement pendant le dégel printanier Pendant la période du dégel, les équipements installés sur les planches expérimentales ont été relevés à une grande fréquence afin de disposer d une source d information précise relativement au comportement des structures de chaussées. Tableau 2 : Instrumentation Paramètre évalué Profil vertical de Instrumentation correspondante (typique) Six thermistances réparties sur un axe vertical

10 température Distribution horizontale de Quatre thermistances réparties sur un axe horizontal température perpendiculaire à l axe de la chaussée Teneur en eau de la Deux sondes TDR dans la fondation, à 50 mm du bas fondation de chaussée du MG56, à deux distances de l axe médian de la chaussée Teneur en eau de la sous Une sonde TDR dans la sous-fondation, à 50 mm du fondation bas Teneur en eau du sol Une sonde TDR installée dans le sol support support Pression totale transmise Une sonde 300 mm sous la ligne d infrastructure, et une à l infrastructure sonde dans la fondation, à 50 mm du bas du MG56 Profondeur du front de gel Un gelmètre Niveau piézométrique de l eau souterraine Débits des drains Soulèvement du pavage Épaisseur de la couche d écorces de bois Capacité structurale Fissuration du pavage Un piézomètre Mesures de débit Mesures profilométriques Détecteur de tassement intermédiaire (section 3 uniquement) Mesures de déflexion (Dynaflect) Relevés visuels Profondeur du gel L analyse de la profondeur de gel enregistrée lors du dégel printanier (figure 3) a permis de montrer que le sol reste partiellement gelé pendant une durée qui varie pour chaque secteur : Le secteur 1 (polystyrène extrudé) a dégelé complètement en 10 jours ; Les secteurs 2 (Isolotex / polystyrène expansé à faible densité) et 3 (écorces de bois) ont dégelé en 20 jours ; Les secteurs 4 (structure conventionnelle), 5 (pulvérisé) et 6 (composite à base de bulles d air et d une feuille d aluminium) ont dégelé en 30 jours. Ces résultats montrent ainsi que le secteur 1 est le plus favorable à la diminution de la durée de la période du dégel printanier, tandis que les secteurs 2 et 3 permettent de réduire du tiers la durée pendant laquelle une partie de la structure de chaussée est partiellement gelée.

11 5.3.2 Teneur en eau des matériaux de fondation Les mesures de teneur en eau enregistrées pendant la période du dégel ont montré que les secteurs disposant d un système de drainage efficace n ont pas subi de variations significatives (figure 7), tandis que la couche de criblure de pierre installée comme sous-fondation du secteur 4 (conventionnel) a subi une augmentation significative de sa teneur en eau dès le dégel de celle-ci (figure 8). Cette augmentation importante de la teneur en eau peut être mise en relation avec l absence de système acheminant l eau collectée par la couche de criblure de pierre vers un exutoire, c est à dire avec l absence d un système de drainage efficace Portance Des mesures au déflectomètre Dynaflect ont été effectuées sur les six planches expérimentales après la construction, et avant, pendant et après la période du dégel. Les modules des couches de matériaux ont été rétro-calculés, en considérant deux couches séparées de la manière suivante : Module fondation : module de l ensemble pavage - pierre concassée ; Module sol support : module de l ensemble isolant - sol support. Ainsi, le module de la fondation est représentatif des couches de matériaux conventionnelles, tandis que le module du sol support intègre les matériaux isolants installé en sous-fondation (polystyrènes, écorce, criblure de pierre, etc.). Les résultats sont synthétisés aux figures 9-a à 9-f, et les moyennes estivales sont présentées au tableau 3. On constate tout d abord que les structures de chaussée non conventionnelles présentent un module de fondation rétro-calculé inférieur à celui de la structure conventionnelle, en dehors de la période de dégel. Cette observation peut être justifiée par l impact des matériaux plus compressibles installés au niveau de la ligne d infrastructure sur le compactage des matériaux de fondation lors de la construction des planches expérimentales. On peut ensuite remarquer que les déflexions représentatives des secteurs 2 (Isolotex / polystyrène de faible densité) et 3 (écorce de bois) sont nettement plus élevées que celles des autres secteurs. Tableau 3 : Modules moyens rétro-calculés (mois de juin) Déflexion représentative (mm) Module fondation (Mpa) Module sol support et isolant (Mpa) Secteur 1 : Polystyrène extrudé

12 Secteur 2 : Isolotex / polystyrène expansé de faible densité Secteur 3 : Écorces de bois Secteur 4 : Structure conventionnelle Secteur 5 : Pulvérisé Secteur 6 : Composite à base de bulles d air On constate ensuite que les modules des différentes couches se sont comportés de la façon suivante lors de la première année de service : Secteur 1 (polystyrène extrudé) : pas de variation significative lors du dégel printanier, ni dans le sol support ni dans la fondation. Secteur 2 (Isolotex / polystyrène expansé de faible densité) : pas de variation significative lors du dégel printanier, ni dans le sol support ni dans la fondation. Secteur 3 (écorces de bois) : réduction du module du sol support et de la couche d écorces sans rétablissement après la période du dégel. Ce comportement peut être attribué au dégel de la couche d écorces, qui a un module plus élevé en hiver du fait de la présence de glace. La fondation a subi une réduction de module, qui peut être considérée comme le reflet de la réduction observée pour la couche d écorces. Secteur 4 (conventionnel) : réduction des modules du sol support et de la fondation, suivis d un rétablissement après environ 3 semaines. Secteur 5 (pulvérisé) : pas de variations significatives lors du dégel printanier de la première année de service. Secteur 6 (composite à base de bulles d air) : réduction des modules du sol support et de la fondation, suivis d un rétablissement après plus d un mois. 6. DISCUSSION ET CONCLUSION L analyse de l ensemble des résultats obtenus lors de la première année de suivi a permis de détecter quelques tendances, présentées dans les paragraphes ci-dessous, relatives au comportement des différentes solutions expérimentées. 6.1 Conditions particulières d expérimentation Lors de l analyse des résultats, il est important de prendre en compte les deux points suivants : L hiver n a pas été très rigoureux du point de vue du gel (indice de gel 30% inférieur à la normale). Aussi, il est nécessaire de procéder au suivi du comportement des solutions expérimentées lors d au moins un hiver dont la rigueur

13 sera représentative de conditions normales, afin de disposer de conditions expérimentales défavorables. Le pavage mis en place sur les secteurs expérimentaux est neuf et exempt de fissures, ce qui doit être considéré comme une situation provisoire, surtout en l absence de dispositif d étanchéisation / de contrôle de la remontées des fissures au niveau du pavage. Ainsi, des fissures apparaîtront inéluctablement après quelques années dans le pavage, ce qui pourrait modifier significativement le comportement des chaussées, notamment lors de la période du dégel et lors d averses importantes. Il sera donc essentiel de mettre en oeuvre un nouveau programme de suivi du comportement des structures après quelques années de service, afin de maîtriser complètement l impact des solutions expérimentées sur la durée de vie des chaussées. 6.2 Secteur 1 - Polystyrène extrudé, géotextile de séparation drainant et drains latéraux Le polystyrène extrudé a rencontré les performances attendues, le front de gel ayant été maintenu au dessus de la ligne d infrastructure. Le sol a dégelé en 10 jours. La teneur en eau des matériaux de fondation n a pas subi de variations, du fait de l absence de fissures dans le pavage et de l efficacité du système de drainage latéral. La déflexion représentative moyenne enregistrée pendant l été au déflectomètre Dynaflect est 30% plus élevée que celle de la structure conventionnelle. Un bon comportement structural printanier a été enregistré. 6.3 Secteur 2 - Isolotex à base de polystyrène expansé de faible densité et drains latéraux Le front de gel n a que légèrement pénétré sous la ligne d infrastructure. Le sol a dégelé en 20 jours. La teneur en eau des matériaux de fondation n a pas subi de variations, du fait de l absence de fissures dans le pavage et de l efficacité du système de drainage latéral. La déflexion représentative moyenne enregistrée pendant l été au déflectomètre Dynaflect est nettement plus élevée que celle de la structure conventionnelle. Le comportement structural de la chaussée s est maintenu pendant la durée du printemps. 6.4 Secteur 3 - Écorce de bois et écrans de rives de chaussée L écorce a maintenu le front de gel au dessus de la ligne d infrastructure, rencontrant ainsi les performances attendues. Les matériaux de structure et la couche d écorce ont mis 20 jours à dégeler. La teneur en eau des matériaux de fondation n a pas subi de variations, du fait de l absence de fissures dans le pavage et de l efficacité du système de drainage latéral.

14 La déflexion représentative moyenne enregistrée pendant l été au déflectomètre Dynaflect est nettement plus élevée que celle de la structure conventionnelle. Du fait du dégel de la couche d écorces, les modules des matériaux ont diminués au dégel et ont repris la valeur qu ils avaient avant le début de l hiver. 6.5 Secteur 4 - Structure usuelle avec criblure de pierre et non drainée Le gel a pénétré le plus profondément dans cette structure de chaussée. Les matériaux de structure et le sol support ont nécessité une durée de 30 jours pour compléter le dégel. La teneur en eau des matériaux de fondation n a pas subi de variations, du fait de l absence de fissures dans le pavage. La teneur en eau de la sous-fondation a par contre subi un pic important lors du dégel, confirmant la nécessité d installer un système de drainage efficace (tuyaux perforés avec filtre, écrans de rive) dans la sousfondation pour lui donner une fonction drainante. La déflexion représentative moyenne enregistrée pendant l été au déflectomètre Dynaflect correspond à ce qui est couramment mesuré avec le type de sol support rencontré sur la rue Nelson. Cependant, on constate une perte de portance significative lors du dégel printanier, qui peut être mise en relation avec l absence de drainage et avec la pénétration du gel dans le sol support. 6.6 Secteur 5 - Structure pulvérisée et non drainée Le gel a pénétré profondément dans le sol support de cette structure de chaussée. Les matériaux de structure et le sol support ont nécessité une durée de 30 jours pour compléter le dégel. La teneur en eau de la fondation s est maintenue à un niveau acceptable pendant le dégel, malgré l absence de système de drainage. Cette observation doit cependant être analysée en considérant que le pavage est neuf, et que les venues d eau vers les matériaux de fondation sont très restreintes. La déflexion représentative moyenne enregistrée pendant l été au déflectomètre Dynaflect est 34% plus élevée que celle mesurée sur le secteur témoin. On ne constate aucune perte de portance significative lors du dégel printanier, malgré la forte pénétration du gel et l absence de drainage. Ces observations devront être confirmées lors de mesures ultérieures. 6.7 Secteur 6 - Géocomposite à base de bulles d air et d une feuille d aluminium et drains latéraux Le gel a pénétré profondément dans le sol support de cette structure de chaussée, montrant l inefficacité du produit à protéger le sol support contre le gel. Les matériaux de structure et le sol support ont nécessité 30 jours pour compléter le dégel.

15 La teneur en eau des matériaux de fondation n a pas subi de variations, du fait de l absence de fissures dans le pavage et de l efficacité du système de drainage latéral. La déflexion représentative moyenne enregistrée pendant l été au déflectomètre Dynaflect est 28% plus élevée que celle mesurée sur le secteur témoin. Une perte de portance significative a été observée lors du dégel printanier, qui peut être mise en relation avec l absence de drainage et avec la pénétration du gel dans le sol support. 7. RÉFÉRENCES Blond E., Mlynarek, J., Brodeur, M., Chartrand, L. (1998) : «Fonctionnalité et rentabilité de drains et séparateurs géosynthétiques en milieu routier municipal sur la rue Martineau à St-Hyacinthe», 33e Congrès AQTR, Québec. Blond E., Mlynarek, J., Brodeur, M. (1999) : «Expérimentation de solutions pour améliorer le comportement thermique, hydraulique et structural de chaussées par l utilisation de géosynthétiques», Tournées régionales du CERIU à Rouyn-Noranda, Sherbrooke et Hull. Chartrand, L.L., (1997) «Prévenir les dégâts de l hiver», La Revue Municipale et des Travaux Publics, Vol 75, n 5 Chartrand, L.L., (1999) «Les effets de l eau sur la détérioration des chaussées urbaines durant les périodes de dégel», Journée de formation Les géosynthétiques d étanchéité en infrastructures urbaines, SAGEOS, le 22 mars 1999 MTQ (1995) : «Polystyrène pour construction routière», Normes - Ouvrages routiers, volume VII-2 (matériaux) - norme Mlynarek J, Blond E., Bouthot M., Marcil R., (1999) : «General investigation of the behavior of a roadway with Geosynthetic Edge Drains during a Thunder rainfall in LaSalle Municipality (Quebec)», Proc. of Geosynthetics 99 Conference. Rioux, N. (1999) : «Impact du gel sur les chaussées au Québec», Innovations transports, pp 13-16

16 0 200 Profondeur de gel Ligne d'infrastructure Secteur Profondeur de gel (mm) Polystyrène extrudé (1) Isolotex (2) Écorce de bois (3) Criblure de pierre (4) Pulvérisé (5) Bulles d'air (6) Ligne d'infrastructure Secteurs 3, 4 Ligne d'infrastructure Secteurs 1, 2, Figure 3: Pénétration du gel 0 0 Profondeur sous le pavage (mm) Polystyrène extrudé 40 mm Isolotex 50 mm Ecorces 230 mm Criblure de pierre 300 mm Pulvérisé 200 mm Thermaflex Profil vertical de température 5 novembre Température ( C) Figure 4: Distribution de la température au début de l hiver

17 0 0 Profondeur sous le pavage (mm) Profil vertical de température 6 janvier 99 Polystyrène extrudé 40 mm Isolotex 50 mm Ecorces 230 mm Criblure de pierre 300 mm Pulvérisé 200 mm Thermaflex Température ( C) Figure 5: Distribution de la température pendant l hiver Profondeur sous le pavage (mm) Profil vertical de température 14 juin 99 Polystyrène extrudé 40 mm Isolotex 50 mm Ecorces 230 mm Criblure de pierre 300 mm Pulvérisé 200 mm Thermaflex Température ( C) Figure 6: Distribution de la température à la fin de l hiver

18 16 14 Teneur en eau - MG56 (secteur 1, typique) Teneur en eau volumique (%) Hiver Dégel sept 1-oct 31-oct 1-déc 31-déc 31-janv 2-mars 1-avr 2-mai 1-juin Figure 7: Teneur en eau non gelée du sol support au niveau de la ligne d infrastructure Teneur en eau volumique (%) Teneur en eau - criblure de pierre (secteur 4 - fondation non drainée) Hiver Dégel 0 1-sept 1-oct 31-oct 1-déc 31-déc 31-janv 2-mars 1-avr 2-mai 1-juin Figure 8: Teneur en eau non gelée du sol support au niveau de la ligne d infrastructure

19 1000 Secteur Secteur 2 Module rétrocalculé (Mpa) Fondation 100 Sol support 10 1-sept 1-déc 2-mars 1-juin 1-sept 1000 Secteur 3 (a) Module rétrocalculé (Mpa) Fondation 100 Sol support 10 1-sept 1-déc 2-mars 1-juin 1-sept 1000 Secteur 4 (b) Module rétrocalculé (Mpa) 100 Fondation Sol support Module rétrocalculé (Mpa) 100 Fondation Sol support 10 1-sept 1-déc 2-mars 1-juin 1-sept 1000 Secteur 5 (c) 10 1-sept 1-déc 2-mars 1-juin 1-sept (d) 1000 Secteur 6 Fondation Module rétrocalculé (Mpa) Fondation 100 Sol support 10 1-sept 1-déc 2-mars 1-juin 1-sept Module rétrocalculé (Mpa) 100 Sol support 10 1-sept 1-déc 2-mars 1-juin 1-sept (e) (f) Figure 9: Modules rétrocalculés