Le dimensionnement des structures de chaussées souples

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Nicolas Lévesque
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1 Le dimensionnement des structures de chaussées souples Ce qu est la structure de chaussée Université de Sherbrooke Le 11 mars 21 Denis St-Laurent, ing. M.Sc. En quoi consiste le dimensionnement? Déterminer la structure de chaussée e requise, dans un contexte donné,, pour atteindre un objectif de niveau de service et de durée e de vie A l inverse, l il devrait être possible d estimer d une espérance de vie pour un cas donné Analyser diverses options Études paramétriques Études d impact C est une tâche d ingd ingénierie nierie qui doit se fonder sur des bases tangibles Les défis d du dimensionnement des chaussées HEY P PA, COMMENT FONT ILS POUR SAVOIR LA LIMITE DE CHARGE DES PONTS? C EST SIMPLE PETIT, ILS FONT PASSER DES CAMIONS DE PLUS EN PLUS LOURD JUSQU À CE QU IL TOMBE ENSUITE ILS PÈSENT LE DERNIER CAMION ET ILS RECONSTRUISENT LE PONT OH, J AURAIS DÛ LE DEVINER CHÉRI, SI TU NE CONNAIS PAS LA RÉPONSE DIS LE LUI!

2 Historique : Méthode M de dimensionnement de l AASHTOl 1 ère version : ième version: ième Version 1986 mise à jour en 1993 Utilisé par 9% des agences nord-am américaines L essai routier AASHO Vue d un circuit Ottawa, Illinois AASHO RT Prochaine version attendue!!!,6 à 2 km R = 6 m Un seul type de sol (silt argileux) Construction (ann( années ) 57) 6 circuits fermés 468 planches (ch. souples) 368 planches (ch. rigides)...et un seul climat: - 86 mm de précipitations - 7 mm de gel (AASHO, 1961) Et 16 ponts de courte portée (8 acier + 8 béton) (AASHO, 1961)

3 1,14 millions de passages en 2 ans ans (1958-6) (AASHO, 1961) Vitesse constante (56 km/h) circuit n 1 n 1 non circulé Truck crash on loop 8 Fiche de pointage (indice PSI) Essai AASHO : RésultatsR Loi de puissance 4 (équivalence( des charges, ECAS) Corrélations statistiques entre les déflexions d et la structure de chaussée Concept d'indice de viabilité (PSI) Qualité de service vs variations du trafic et la conception de la chaussée Méthode de dimensionnement AASHTO Basée e sur des observations en conditions réellesr

4 Formule AASHTO 1993 (ch. Souple) PSI log 4,2 1,5 log( 18) 9,36log( 1),2 W Z R S SN 2,32log M r 8,7 194,4 5,19 SN 1 Extrapolation de l essai l AASHO Exemple Solution SN = Empirique: Une formule qui «semble vérifier des faits expérimentaux» mais que l on ne peut pas démontrer théoriquement passages en 2 ans AASHTO 1993 vs 21 PAVEMENT THICKNESS Data Limits (AASHO Road Test) Extrapolations AXLE LOAD REPETITIONS Projection Projection C Projection B Projection A Current Designs > 1 Million Grande variété de techniques Sections limitées Essai AASHO 1,1 millions de passages Guide AASHTO 93 1climat, 2 ans 5+ millions de passages 1 sol 1 set de matériaux Climats terrestres, 2 à 4 ans Plusieurs sols, Matériaux nouveau et variés

5 La théorie des couches élastiques (Modélisation analytique) Multicouche élastostatique. Solution générale publiée par Yue (1994) Cas élastostatique: xx xy xz x y z yx yy yz x y z zx zy zz x y z xx yx zx xy yy yz xz yz zz t v Solutions fournies par: Burmister (1943), Yue (1994) Fonction de Bessel: J m J i( rsin m ) m( r) e d Fonctions de Bessel Résultent d'équations différentielles de la forme: Coordonnées cylindriques (x,y,z) (r,, z) Oscillantes à l'infini Précautions à prendre lorsqu'elles se retrouvent dans une intégrale infinie Cette solution correspond aux logiciels VIEM et NRCLAYER, sauf que ces derniers sont bridés pour permettre l'entrée d'une force verticale uniquement.

6 Élongation du revêtement 35 3 BB à 2 C Sans considération de l'affaiblissement dégel Base du revêtement Base de la couche intermédiaire Élongation dans l'enrobé (µm/m) Essieu légal (1 tonnes) ECAS (8 tonnes) 5 En dessous d un certain seuil (65µ), on pense qu il n y a plus de phénomène de fatigue. Zone sans fatigue Épaisseur du revêtement (mm) Revêtements fissurant par fatigue (AASHTO 24, ensemble des données nord-am américaines) % fissuré en fatigue 1 Micro-élongation 1 1 Vb 4,84,69 3 Vb 3,291 N 79,581 1 Vv f t EBB, ,4 Fissuration de fatigue 7 MPa 15 MPa 35 MPa 7 MPa 1 MPa BB (mm) Asphalt Institute (pour température 2 C) (Vb = 11%, Va = 5%) Millions de passages admissibles

7 Déformation verticale (µm/m) 1 1 Orniérage Critère Shell (Klomp) Chaussées de Californie (Monismith) Essai routier de Brampton (Haas) Critère Chevron (Santucii 1977) Chevron: 15 N réf.: Haas, R., Hudson, WR, et Zaniewski, J. (1994). Modern pavement management. Malabar, FL: Kreiger Publishing. Page 319 (fig. 26.4) Nombre de passages pour atteindre un PSI de 2.5 v,223 Simulation de la détérioration Réponse Climat (évolutif) Matériau c t Structure Sol Dommages = n/n Passages admis N E Charge i (n passages) État ( dommages) Endommagement ou % du seuil (D) Détérioration Simulation de la détériorationd Scénario X (fictif) Orniérage Fatigue Fiss.thermique IRI, m/km Durée de vie selon les seuils tolérés sept-1998 sept-23 sept-28 Date Temps IRI (m/km) Les éléments finis Géométries diverses Dalles de béton Rhéologies diverses Charges diverses et encore plus loin, il y a les éléments discrets.

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