Recherche et Développement Coopératif (RDC) sur les matériaux bitumineux

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1 Recherche et Développement Coopératif (RDC) sur les matériaux bitumineux «Intégration des propriétés thermomécaniques dans le processus de conception des chaussées souples» D. Perraton (ÉTS) et A. Carter (ÉTS) Mars 2009

2 But de la présentation Cette présentation vise à mettre en perspective les projets de type «RDC» Introduire le LUCREB Bilan des activités réalisées au cours de la 1 ère année du RDC

3 Un projet de R&D Coopératif Les projets de R&D Coopératif, sont parrainés par : le Conseil de Recherches en Sciences Naturelles et en Génie du Canada : le CRSNG pour appuyer l avancement des connaissances dans différents domaines Les acteurs: Partenaires Industriels Professeurs Le CRSNG

4 Un projet de R&D Coopératif RDC Le CRSNG contribue financièrement aux projets Projet RDC de recherche: Recherche et Développement Coopératif Il double la mise ($) des partenaires Pour notre Un projet structurant en cours : pour l industrie Budget réalisable annuel : à ~ partir $ de ressources et d expertises qui la lui moitié sont en $ complémentaires provient du CRSNG Le budget vise à: à partir d une ÉTROITE COLLABORATION Financer des bourses d étudiants (2 ème et 3 ème cycles) Payer une partie du salaire Technicien Professionnel de recherche Achat d équipements spécialisés

5 LUCREB: Laboratoire Universitaire pour la recherche dans le domaine des Chaussées, Routes et Enrobés Bitumineux Objectif à long terme: Mettre sur pied une équipe permanente à l ÉTS pour une recherche appliquée dans le domaine des Matériaux Bitumineux (MB) répondre aux besoins aux besoins de développement dans les chaussées souples au Québec

6 LUCREB Comment? Court terme : Projet de RDC avec l industrie financement du CRSNG pour 4 ans (2009 : c est la 2 ème année de 4!) Long terme : Mise sur pied d une Chaire de recherche financement du CRSNG pour plus de 10 ans, et de l industrie. En tout état de cause, l INDUSTRIE est toujours au cœur du processus

7 RDC ÉTS Le projet : C est quoi? Titre du projet de RDC: Intégration des propriétés thermomécaniques dans le processus de conception des chaussées souples Donc, le projet de RDC en bref: Caractériser en laboratoire les propriétés thermomécaniques des matériaux bitumineux les plus couramment utilisés au Québec Mettre en place une approche de conception de type mécaniste-empirique empirique ( volet fatigue) Réaliser une planche d essai pour se raccrocher à la réalité de la route

8 RDC ÉTS : Le projet : C est qui? Responsable (ÉTS) Daniel Perraton Associé (ÉTS) Alan Carter Par ordre alphabétique Bitume Québec DJL inc. Inspec-Sol inc. Les Industries McAsphalt Limitées SINTRA inc. Talon Sebeq inc. Collaborateurs G. Doré (U. Laval) H. Di Benedetto (ENTPE, Lyon, France) B. Buttler (Illinois State University) 2 professeurs de l ÉTS 6 partenaires industriels 3 Collaborateurs externes

9 RDC ÉTS Le projet : Pourquoi? Favoriser l intégration des technologies récentes dans les chaussées souples Arrimer les concepts d une conception de type mécaniste-empirique pour chaussées souples Appuyer les concepteurs dans la démarche visant une analyse fondée sur le principe de la notion de coût-performance Conception suivant une approche analytique Outils prévisionnels de performance

10 RDC ÉTS : Pourquoi? Appuyer l industrie dans le développement et l application de technologies innovantes Consolider un Partenariat Université Industrie traiter des problèmes appliqués! Tirer profit des ressources d un PHQ et d équipements de technologies de pointe Favoriser le transfert technologique

11 RDC ÉTS : Problématique Rigidité de la méthode actuelle de conception des chaussées souples pour permettre l intégration de Technologies Innovantes Actuellement : Méthode EMPIRIQUE ça fait très bien l affaire SI on fait toujours la même chose! conception fondée sur l analyse des forces en jeu! Transfert technologique de l international : ardu! une Difficile approche de cerner les Analytique améliorations conséquentes Ne on permet s intéresse pas de prendre à la MÉCANIQUE en compte la spécificité des produits d entreprises Une alternative s inscrit dans une méthode de une approche mécaniste! Comment se présente LA PERFORMANCE: LA LE PERFORMANCE RENDEMENT de nos structures dans le contexte nord américain? Fissuration (thermique, fatigue) Orniérage IRI Climat nordique MÉCANIQUE de la chaussée

12 RDC ÉTS : Problématique LA PERFORMANCE D UNE CHAUSSÉE! La «notion» de PERFORMANCE! une «notion» qui, à la base, est très bien une «notion» qui est tout à fait louable! Par contre: c est une chose de fixer les limites de performance s en est une autre d en prédire l évolution! Comment peut-on la prédire cette " performance"? Quels sont les outils dont on dispose actuellement?

13 RDC ÉTS : Problématique LA PERFORMANCE D UNE CHAUSSÉE! On mise sur des modèles d endommagement empiriques, établis à l échelle internationale ponctués d une certaine incertitude fortement tributaire de l environnement DONC, des modèles à «caractère» régional, il faut donc les «calibrer»! on a beaucoup de travail à faire pour en avoir la maîtrise pour un environnement spécifique comme celui du Québec

14 RDC ÉTS : Problématique LA PERFORMANCE D UNE CHAUSSÉE! La solution passe, en partie, par une meilleure compréhension du comportement de la chaussée et l utilisation d une méthode mécaniste de conception.

15 RDC - ÉTS Le projet : Bilan de la 1 ère année Mise en opération d une nouvelle presse pour mesurer les propriétés thermomécaniques 1 presse MTS I chambre thermo régulée La 2 ème unité en opération depuis 2009 La 1 ère unité en opération depuis 2001

16 RDC - ÉTS Déroulement Déroulement en trois phases

17 RDC - ÉTS Déroulement Phase I Phase I : Caractérisation en laboratoire de matériaux bitumineux utilisés au Québec base de données Caractérisation complète Fatigue Basse Température TSRST et T/C Orniérage Rigidité Mr et E* Autres? Matériaux ciblés Matériaux bitumineux des couches d une chaussée souple Technologies innovantes MR-traité Matériaux spécifiques Ex.: GB20 vs MR5-traité EB-14 vs MR7-traité ESG-14 ESG-10 vs SMA-10

18 RDC - ÉTS Déroulement Phase I Phase I : Caractérisation en laboratoire de matériaux bitumineux utilisés au Québec base de données Pour chacun des matériaux caractérisés en laboratoire, une fiche technique de données (Technical Data Sheet) ) est produite. La fiche TDS vise à consigner l ensemble des informations requis pour élaborer une conception suivant une approche mécaniste

19 RDC - ÉTS Déroulement Phase I Aspects de formulation Caractérisation en LABO Propriétés Thermomécaniques - Orniérage - E* - TSRST - Fatigue

20 RDC - ÉTS Déroulement Phase I Essais à l orniéreur MLPC

21 RDC - ÉTS Déroulement Phase I Rhéologie en petites déformations E*

22 RDC - ÉTS Déroulement Phase I Résistance à basse température TSRST

23 RDC - ÉTS Déroulement Phase I Essais Rhéologie cycliques: en petites 10 C déformations 10 Hz Fatigue Fatigue

24 RDC - ÉTS Déroulement Phase II Thèmes Sous-groupes Période Phase II : Implantation des concepts liés à une méthode Bilan mécaniste-empirique des méthodes Perraton - Carter (ÉTS) de conception de chaussées mécanistiques M. Vaillancourt (InspecSol) H09 à H10 Y. Paquin (DJL) Détail Travail INFRA en coopération G. Doré : formation (U. Laval) de sous-groupes de travail D. Perraton - Carter (ÉTS) Sollicitation Conception de la planche M. Vaillancourt d essai (InspecSol) suivant une méthode H09 à H10 (trafic climat) mécaniste : Hiver 2010! B. Tessier (Sintra) Étude des modèles Perraton - Lamothe (ÉTS) de prédiction pour la B. Tessier (Sintra) H09 à H10 fatigue Y. Paquin (DJL) Protocole calage LABO-Chantier Planche d essais Conception et Instrumentation Perraton - Carter - Ortéga (ÉTS) M. Vaillancourt (InspecSol) Perraton - Carter - Ortéga (ÉTS) C. Blais (TalonSebeq) M. Vaillancourt (InspecSol) H09 à H10 H09 à H10

25 RDC - ÉTS : Déroulement Phase III Phase III : Réalisation d une planche d essai à plusieurs sections Analyse de performance dans un perspective globale! Étude sur le matériau en laboratoire définir leurs Caractéristiques Intrinsèques Fatigue E* et Mr TSRST Bilan dans le contexte de la structure de la chaussée Exploiter les outils de dimensionnement des chaussées! Intégrer ces propriétés dans la conception Suivie In Situ 1) Mise en œuvre 2) Variation de la déflexion 3) Durabilité fatigue!

26 RDC - ÉTS : Déroulement Phase III Vue en coupe Profil initial Élévation couche de roulement existante à réhabiliter Vue en coupe Déblai ~400 à 600 m 150 mm MB ~300mm Section à excaver Élévation couche granulaire Vue en coupe mise en œuvre sections expérimentales Vue en coupe Mise en œuvre couches de liaison et de roulement

27 RDC - ÉTS : Déroulement Phase III Réalisation de la planche d essai dans le cadre d un projet de réhabilitation avec matériaux recyclés traités Mise en œuvre de 5 sections distinctes GB-20 Tronçons de 75 à 125 m Différentes mconfigurations de section de chaussée souple à déterminer Homogénéisation de la fondation pour l ensemble des sections À déterminer MR5 3%E MG - vierge

28 RDC - ÉTS : Déroulement Phase III Chacune des sections sera instrumentée Après la mise en œuvre des bases bitumineuses: Mise en œuvre d une couche de liaison Mise en œuvre d une couche de roulement Élévation couche de roulement ex: ESG-10 Élévation de la couche de liaison ex: ESG-14 GB-20 à déterminer À déterminer MR5 3%E Date de réalisation : printemps 2010

29 RDC - ÉTS Phase III : aspect critique! La pierre angulaire demeure la transposition LABO CHANTIER

30 MERCI DE VOTRE ATTENTION

31 T (ºC) Climat On considère La vitesse Trafic On transpose l effet du Climat T moy T éq t f r La MÉCANIQUE simplifiée N ÉCAS d une chaussée souple On transpose les charges N ÉCAS Une Les structure Forces de en chaussée jeu! Analyse - Structure! Les matériaux Approche Modèle H granulaires Bitumineux Multicoucle Analytique mécaniste Birmister ε t,cal ε t,cal Solution E* ν Infra log ε t,adm Caractéristiques des matériaux On détermine les caractéristiques des matériaux ESSAIS E* de LABO! Fatigue M r H final H Droite de Fatigue N N ÉCAS

32 Définitions Propriétés thermomécaniques des matériaux bitumineux Les matériaux bitumineux sont thermosensibles Si la température change ( thermo) les propriétés du matériaux changent ( mécanique) À hautes températures plus déformable sa rigidité

33 Définitions Propriétés thermomécaniques des matériaux bitumineux Les matériaux bitumineux sous charge présentent des déformations permanentes Déformations irréversibles après chargement Empreintes de surface le matériau reste marqué! L empreinte est plus importante : Aux hautes températures (thermo sensible!) Avec des temps de chargement plus long matériau doué de viscosité! Phénomène comportement d orniérage visco-élastique

34 Définitions Propriétés thermomécaniques des matériaux bitumineux Dans le domaine des chaussées souples, on associe: La rigidité du matériau à la notion de Module complexe (E*) et de module résilient (M r ) sert à définir l état de σ ε dans la structure La déformation irréversible: à la notion de déformation permanente présence d ornières! La résistance aux basses températures à la notion de retrait thermique Fissuration transversale empêché (TSRST) fissuration transversale essai de retrait thermique empêché (TSRST)

35 Plan de la présentation Présenter Le but de la présentation Le LUCREB Le projet de Recherche et Développement Coopératif (RDC - ÉTS) Bilan approche mécaniste au Québec

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