Laboratoire sur les Chaussées et Matériaux Bitumineux. Laboratoire sur les Chaussées et Matériaux Bitumineux

Transcription

1 Par Daniel Perraton Alan Carter Michel Vaillancourt Claudiane Ouellet-Plamondon Professeurs Département de génie de la construction École de technologie supérieure Plan de la présentation Les objectifs du LCMB Les principaux acteurs L expertise Les activités de recherche en cours 1

2 Pourquoi le LCMB Contribuer à la recherche dans le domaine des chaussées Participer à l amélioration du réseau routier former du personnel hautement qualifié (PHQ) Offrir un service d experts Donner l accès à un laboratoire de fines technologies à l industrie Appuyer l industrie Favoriser l implantation des technologies innovantes Transfert aux petites et moyennes entreprises Assurer l accessibilité d une contre expertise ( p/r au donneurs d ouvrages) LCMB: Les objectifs Formation d un personnel hautement qualifié Offrir aux étudiants une conjoncture favorable à la réflexion sur les matériaux de chaussées. Élaborer des projets de recherche fondamentale et appliquée Contribuer à comprendre les causes et les mécanismes de détérioration trouver des solutions appliquées Service de laboratoire à l industrie Mise à la disposition d appareillages de haute technologie pour des essais très spécialisés 2

3 LCMB: toujours en développement Inauguration du LCMB (sept 2001) Recherche sur matériaux Graduellement on a intégré les aspects liés à la CONCEPTION DES CHAUSSÉES Initialement mis sur pied pour la Recherche sur les Matériaux Adéquation Matériau-structure Dimensionnement Approche mécanistique-empirique Intégration au sein du LCMB d expertises complémentaires recrutement de professeurs initié en 2012 LCMB: Les principaux acteurs Professeurs (4) Daniel Perraton ( ) Alan Carter ( ) Michel Vaillancourt ( ) Claudiane Ouellet-Plamondon ( ) Professeurs associés H. Di Benedetto ENTPE/France ( ) F. Olard Eiffage / France ( ) Techniciens Francis Bilodeau ( ) Alain Desjardins ( ) Sylvain Bibeau ( ) Étudiants gradués: 26 en 2 ème cycle (maitrise) 6 en 3 ème cycle (PhD) 3

4 LCMB: La somme d une Expertise ciblée D. Perraton Formulation BC, MR-Traités, EB Caractérisation Thermo Mécanique E*; * (2D, 3D) Fatigue Déformations permanentes orniérage TSRST Modélisation Perméabilité A. Carter Formulation EB, MR-Traités, ECF, Micro Surfaçage, Enrobés tièdes Stabilisation des sols Auscultation des Chaussées Conception de Chaussées M. Vaillancourt Géotechnique routière Impact sol Nature des sols Teneur en eau Échanges de chaleur propriétés Auscultation Conception de Chaussées Modélisation numérique FLAC C. Ouellet- Plamondon Caractérisation physico-chimique FTIR Potentiel Zéta Adhésivité Tension de surface Stabilisation des sols Matériaux cimentaires En poste depuis LCMB: Expertise complémentaire Équipe de recherche du LCMB: Une expertise complémentaire Perraton Carter Vaillancourt Ouellet-Plamondon Matériaux Structure Stabilisation Caractérisation Mix Design Pavement Design Auscultation 4

5 LCMB: Accès à des équipements de Technologie de pointe Compacteur - Orniéreur Formulation LCMB: Accès à des équipements de Technologie de pointe Formulation Moulin à émulsion de bitume Moulin à mousse de bitume Malaxeur Thermorégulé 5

6 LCMB: Accès à des équipements de Technologie de pointe Thermo-Mécanique (TM) Presse MTS 3 unités complètes (Presse + Chambre) - MTS 810 (100kN) - 2 Bionix (25kN) LCMB: Accès à des équipements de Technologie de pointe Résistance à basse température TSRST Rhéologie petites déformations Fatigue et E* 6

7 LCMB: Accès à des équipements de Technologie de pointe Remontée des fissures Rhéologie petites déformations Mr LCMB: Accès à des équipements de Technologie de pointe Caractérisation des bitumes (Resp.: C. Ouellet-Plamondon) Spectroscopie Infra Rouge (FTIR) Quantification du degré de vieillissement; Détermination du contenu en polymère; Analyse sur bitume de RAP 7

8 LCMB: Accès à des équipements de Technologie de pointe Analyse thermique (Resp.: C. Ouellet-Plamondon) Calorimétrie différentielle à balayage (DSC) Transition vitreuse (T g ); Températures de fusion et de cristallisation LCMB: Accès à des équipements de Technologie de pointe Étude d adhésivité (Resp.: C. Ouellet-Plamondon) Mouillabilité Mesure d adhérence 8

9 LCMB: Auscultation de chaussées Relevés non-destructif (resp.: M. Vaillancourt) Profilomètre Déflectomètre Pénétromètre dynamique (PANDA) LCMB: Simulations numériques (FLAC, MEF) (resp.: M. Vaillancourt) Prédiction de l UNI 9

10 LCMB: Simulations numériques (FLAC, MEF) (resp.: M. Vaillancourt) Prédiction de l UNI Pseudo-profil de différents Scénarios IRI # 1- Nappe phréatique 0,06 # 2- Stratigraphie 0,17 # 3- variabilité des Sols 0,31 # 4- variabilité des matériaux de 0,58 # 5- Somme facteurs 0,75 # 1 + # 2 + # 3 + # 4 0,78 LCMB: Simulations numériques (FLAC; MEF) (resp.: M. Vaillancourt) Prédiction de l UNI Soulèvement au gel Simulations numériques FLAC 10

11 LCMB: Simulations numériques (FLAC; MEF) (resp.: M. Vaillancourt) Prédiction de l UNI Soulèvement au gel Simulations numériques FLAC LCMB: Approche de recherche préconisée Approche de Recherche préconisée au LCMB À l échelle du Matériau À l échelle de la structure Formulation Caractérisation Conception Auscultation Instrumentation Recherche à l échelle du matériau en adéquation avec la structure! 11

12 LCMB: Approche de recherche préconisée Approche de Recherche préconisée Matériau Structure Formulation Caractérisation Enrobés bitumineux Hot Mix Warm Mix Foam Emulsion Cold Mix RAP RAS Rubber Etc. Bétons TM E*(2D/3D: *) Fatigue TSRST ( s/ C) Durabilité Eau & FTC LCMB: Approche de recherche préconisée Approche de Recherche préconisée Matériaux Structure Conception OPECC Analyse-IRI Lois de comportements Fondation, sous fondation, INFRA Capacité LWD/FWD PANDA Stabilisation au ciment Enrobés Bétons Soulèvement au gel Micro Surfacage Instrumentation Gauge- T -meas. 12

13 La recherche au LCMB Un juste équilibre! Projets pratiques Sciences fondamentales Recherche en cours Projets Recherche fondamentale subventionnés Formulation EB - Verre EME Enrobés tièdes ECF Projets Recherche appliquée commandités R&D coopérative EB-spéciaux TM d EB-Usine Innovation Conception-ME 13

14 Incorporation du VERRE postconsommation dans les chaussées Volet I Performance dans la Chaussée (Michel Vaillancourt) OBJECTIF: Évaluer la faisabilité d incorporer des particules de verre dans la structure de la chaussée en vue d en améliorer les performances Volet II Performance dans l enrobé bitumineux (Daniel Perraton) OBJECTIF: Optimiser les constituants de l enrobé bitumineux avec VERRE du point de vue de ses propriétés rhéologiques Volet III Potentiel de développement (Alan Carter) OBJECTIF: Valider la faisabilité de la technologie à l échelle du territoire autant du point de l approvisionnement que de la production Incorporation du VERRE postconsommation dans les chaussées Volet I Performance dans la Chaussée (Michel Vaillancourt) OBJECTIF: Évaluer 1- Performances la faisabilité ciblées: d incorporer Mécaniquedes particules Thermique de verre dans la structure Hydriquede la chaussée 2- Simulation en vue numérique d en améliorer 3- Planches les d essais performances Volet II Performance dans l enrobé bitumineux (Daniel Perraton) OBJECTIF: Optimiser Échelle d analyse: les constituants Interface -de Adhésivité l enrobé bitumineux Mastic - avec G* VERRE du Enrobé point de bitumineux vue de ses propriétés Module rhéologiques complexe Fatigue Orniérage Volet III Potentiel de développement (Alan Carter) OBJECTIF: Valider 1- Exigences la faisabilité MTQ de la technologie 2- Exigences à l échelle du municipales territoire autant du point 3- Cycle de de vie l approvisionnement 4- Disponibilité en que de région la production 5- Re-recyclage! 14

15 EME Enrobés à Module Élevé OBJECTIF: Normaliser l EME pour des applications en régions froides Volet I Mix Design (Daniel Perraton) OBJECTIF: Préciser les proportions limites pour atteindre des propriétés TM cibles Volet II Pavement Design (Alan Carter) OBJECTIF: Arrimer le dimensionnement suivant Chaussée 2 à partir d une approche mécanistique (OPECC) Volet III Test Sections (Michel Vaillancourt) OBJECTIF: Quantifier la variabilité en cours de production et Évaluer les performances en service à l aide d un simulateur de charges dynamiques Formulation et caractérisation d enrobés tièdes incorporant des granulats recyclés (GBR) Par moussage du bitume unité d injection au malaxage Étude sur l évolution de la viscosité en cours de mise en œuvre Élaborer un essai de caractérisation Établir la relation entre la viscosité de l enrobé et le réseau de la vapeur d eau injectée lors du moussage 15

16 ECF: matériaux entretien de chaussées ECF: matériaux entretien de chaussées Problématique: Méthode de formulation incomplète Méthode de caractérisation incomplète Manque de connaissances sur l effet des caractéristiques des composants sur le comportement mécanique 16

17 Formulation des ECF A B C OBJECTIFS: Utilisation de GBR et de bardeaux recyclés Ajout régénérant Formulation d émulsion pour ECF Essais de caractérisation des ECF 17

18 Caractérisation propriétés Thermo-Mécanique d EB produit en Usine Production à l Usine Échantillonnage de masse Non Validation Oui Caractérisation LABO Simulation chaussée Échantillonnage de masse Usine 50 boîtes 18

19 Échantillonnage STD Camion 2 boîtes dans un camion Étude de variabilité: -PCG -d mm - Four à ignition - Granulométrie Essais de Performance: - Orniéreur - Perméabilité (K) - Tenue à l eau Essais TM: - Module complexe (E*) - Fatigue - Dilatation thermique ( ) - TSRST & 19

20 Étude de variabilité: -PCG -d mm - Four à ignition - Granulométrie Essais de Performance: - Orniéreur - Perméabilité (K) - Tenue à l eau Essais TM: - Module complexe (E*) - Fatigue - Dilatation thermique ( ) - TSRST Pour chacun des matériaux caractérisés en laboratoire, une fiche technique de données (Fiche Technique de Produit - FTP) est produite. La fiche FTP vise à consigner l ensemble des informations requis pour élaborer un dimensionnement suivant une approche Mécanistique-Empirique (ME) 20

21 Plusieurs commandites de recherche vise la validation de nouveaux produits Mesure de la capacité Structurale : Essais LWD 21

22 Le LCMB travaille activement à l implantation d un Outil pour un dimensionnement des chaussées suivant une approche Mécanistique-Empirique : OPECC Outil en ligne sur le WEB: T (ºC) Climat Trafic N ÉCAS Approche ME Modèle Multicoucle Birmister t,cal t E* Infra H final E* Fatigue Les matériaux Bitumineux log t,adm t,cal H Loi de Fatigue N N ÉCAS Solution: H final 22

23 Propriétés des matériaux - Module complexe (E*) - Loi de Fatigue 23

24 Conception ME Mécanistique - Empirique Chaussées Neuves Lois de comportement Labo E* - 2S2P1D Fatigue - Wöhler Orniérage - ESSO Outil de calcul: OPECC Réhabilitation Auscultation / Capacité résiduelle FWD / Carottage Propriétés équivalentes Adaptation des lois de comportement Outil de calcul: OPECC Conception - Chaussées neuves Type de structure Matériaux Circulation Trafic Climat Pré dimensionnement Réponse de la structure : (OPECC) Calcul prévisionnel des dommages Lois de comportement Calage Modèles de Performance réalité de la route! Douteux Validation du design Ok! Fin 24

25 Conception - Chaussées à réhabiliter Auscultation Carottage FWD Structure Équivalente Matériaux Circulation Trafic Climat Pré dimensionnement e resurfaçage Réponse de la structure : (OPECC) Calcul prévisionnel des dommages Adaptation des lois de comportement Calage Modèles de Performance Douteux Validation du design Ok! Fin Comportement des matériaux vieillis TRÈS de celui des matériaux neufs LCMB: Quelques Collaborateurs Alliance Designer Products Bitume Québec Bitumar CERIU Construction DJL, CTNA Groupe Eiffage Permaroute Solmatech Sintra SAQ / Recyc-Québec / Eco Entreprises QC Talon-Sebeq Villes (Montréal, Brossard, St-Hyppolyte, ) 25

26 Merci de votre attention 26