LES STRUCTURES DE CHAUSSÉES FLEXIBLES FORTEMENT SOLLICITÉES

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1 LES STRUCTURES DE CHAUSSÉES FLEXIBLES FORTEMENT SOLLICITÉES Colloque Bitume Québec - Mont Ste-Anne 23 mars 2006 Yvan Paquin, ing. Directeur Technique Adjoint

2 Contenu de la présentation Enrobé = flexible Paramètres à considérer Secteur industriel Voies d autobus et intersections Autoroutes Conclusion

3 Enrobé = flexible Flexibilité : capacité à se déformer sans se casser Flexibilité : caractère qui permet de choisir plusieurs possibilités

4 Enrobé = flexible Flexibilité pour le concepteur Matériau à 2 composantes principales Granulats Courbe granulométrique Proportions, discontinuité... Caractéristiques intrinsèques et de fabrication CPP, frottement inter-granulaire... Bitume Teneur en liant Propriétés Grade PG, cohésivité...

5 Enrobé = flexible Flexibilité pour le concepteur En considérant les paramètres les plus critiques, on peut déterminer la meilleure combinaison de formulations et d épaisseurs pour bien répondre à tous les types de chaussées incluant les chaussées les plus fortement sollicitées! Secteur industriel Voies d autobus et intersections Autoroutes dans les secteurs destinés au béton selon l orientation du MTQ

6 Paramètres à considérer Mécanique Fondamental 1 = très préoccupant 4 = peu préoccupant Paramètre Secteur Autobus Autoroute Autoroute industriel Intersectioncongestion fluide Module Fatigue Orniérage Cisaillement Torsion/arrach Poinçonnement Fissuration Uni Usure Adhérence Bruit Dév. durable

7 Secteur industriel Dimensionnement cas par cas car les types de charges sont très variables Configuration (roue simple, largeur de l essieu ) Pression au sol <> pression d un essieu 8,16 T Roue rigide (chariot élévateur ) Charges lentes qui affectent le module des matériaux Poinçonnement à considérer (enrobé percolé )

8 Secteur industriel Recommandations sommaires Matériaux de surface de très forte cohésion avec des grades PG adaptés aux sollicitations d orniérage (PG 76 PG 82 ) Surface très fermée pour limiter l arrachement par torsion

9 Voies d autobus et intersections Autobus CAM agressif entre 2,5 (GMC) et 3,7 (Novabus( Novabus) 10,1 T à 12,2 T plein = 65 personnes = 68 kg moyen (150 lbs) ) = 4,5 T 6 roues / 2 essieux trafic canalisé CAM de 0,6 à 1,0 lorsque vide Calcul structural adapté à la circulation d autobus Données de circulation faciles à obtenir

10 Voies d autobus et intersections Avant Après

11 Voies d autobus et intersections Recommandations sommaires Matériaux de surface de très forte cohésion avec des grades PG adaptés aux sollicitations d orniérage (PG 76 PG 82 ) Mélange dense avec couche de surface au maximum de l épaisseur préconisée pour résister au cisaillement

12 Autoroutes Orientation du choix des types de chaussées du MTQ On associe couramment DJMA élevé avec les chaussées en béton. Pourquoi une chaussée flexible ne pourrait pas convenir en zone urbaine avec trafic élevé? Orniérage? Trafic trop intense?

13 Autoroutes Orientation du choix des types de chaussées du MTQ Orniérage? Densité de population = DJMA élevé DJMA élevé + accès limités (pont ) = congestion Congestion = vitesse lente Vitesse lente + chaudes après-midi d été = besoin complètement différent pour l orniérage, le liant habituel ne suffit plus Les grades PG sont habituellement déterminés par les zones climatiques et un volume de trafic sous circulation relativement fluide.

14 Autoroutes Orientation du choix des types de chaussées du MTQ Orniérage? Prévoir des zones de transition avec améliorations des propriétés des liants selon la vitesse du trafic (zone 1) On le fait pour le béton... Préfissuration? Mélange Fluide Approche Congestion Congestion PM ESG-10 PG PG PG (-28?) PG (-28?) ESG-14 PG PG PG PG EB-20 PG PG PG PG 70-28

15 Autoroutes Orientation du choix des types de chaussées du MTQ Trafic trop intense? Conception adéquate avec des épaisseurs conséquentes peut répondre adéquatement Zone urbaines = beaucoup de voitures = faible % PL et meilleure répartition des PL dans les voies (2x3 voies et plus) Voie à dimensionner n est pas aussi sollicitée qu on pourrait le croire

16 Autoroutes Orientation du choix des types de chaussées du MTQ 16 cas comparés Enrobés vs Béton 2x2 voies 2x2 voies 2x3 voies 2x3 voies Local Local Transit Transit (urbain) (urbain) (rural) (rural) % PL CAM=1 10% PL CAM=1 10% PL CAM=3, % PL 10% PL 10% PL CAM=1 CAM=1 CAM=3, % PL 10% PL 10% PL CAM=1 CAM=1 CAM=3, % PL 10% PL 10% PL CAM=1 CAM=1 CAM=3, % PL CAM=3, % PL CAM=3, % PL CAM=3, % PL CAM=3,2

17 Autoroutes Orientation du choix des types de chaussées du MTQ 16 cas comparés Enrobés vs Béton Cas 16 - Autoroute rurale avec DJMA de x 3 voies 25% PL CAM de 3,2 78% pleine charge / 22% vide? 2% d accroissement annuel du DJMA Design de 20 ans avec R=95% Sol de type argileux «CL» Protection au gel de 1079mm Hypothèses principales

18 Autoroutes DJMA de en 2006 sur une autoroute rurale (transit) de 2 x 3 voies : 50% par direction 25% PL 54% dans la voie lente (logiciel Chaussée) * 50% * 25% * 54% = 6075 PL/jour sur la voie la plus sollicitée 134 M ÉCAS

19 Autoroutes 42% Sollicitation extrême ou normalité? Coefficient d Agressivité Moyen (CAM) de % 29%

20 Méthode française : CAM = 2,1 Autoroutes CAM = 2,1 Sollicitation extrême ou normalité? Coefficient d Agressivité Moyen (CAM) de % chargé aux charges légales Charges à l'essieu (T) (selon Guide Édition 2005) Silhouette du 42% du trafic Camion Remorque Limite Agressivité Comptage % CA Simple Tandem Tandem Tridem de masse individuelle (Nb de PL) poids lourd semi-remorque A.12 5,50 18,00 18,00 41,50 4, ,8% 1,36 semi-remorque A.42 5,50 18,00 24,00 47,50 3, ,6% 0,82 semi-remorque A.44 5,50 18,00 26,00 49,50 4, ,6% 0,95 A12 vide 5,50 4,80 4,80 0, ,2% 0,02 A42 vide 5,50 5,00 7,00 0, ,4% 0,01 A44 vide 5,50 5,00 7,20 0, ,4% 0,01 TOTAL ,0% 3,2

21 Autoroutes Orientation du choix des types de chaussées du MTQ 16 cas comparés Enrobés vs Béton Cas 14 - Autoroute urbaine avec DJMA de x 3 voies 10% PL CAM de 1,0 plus de petits PL, % chargés? 2% d accroissement annuel du DJMA Design de 20 ans avec R=95% Sol de type argileux «CL» Protection au gel de 1079mm Hypothèses principales 2430 PL/jour 16,7 M ÉCAS

22 Autoroutes Orientation du choix des types de chaussées du MTQ 16 cas comparés Enrobés vs Béton Cas 8 - Autoroute rurale avec DJMA de x 2 voies 25% PL CAM de 3,2 78% pleine charge / 22% vide? 2% d accroissement annuel du DJMA Design de 20 ans avec R=95% Sol de type argileux «CL» Protection au gel de 1079mm Hypothèses principales 3650 PL/jour 87 M ÉCAS

23 Autoroutes Sollicitation extrême ou normalité? Ouest vers Est ou Sud vers Nord 25% PL = 2x2 voies sur DJMA < (cas 8) Cas 16 : % PL pas réaliste! Quelques cas (Données MTQ 1995 et 2002) Secteur DJMA 2002 DJMA 2006 Voies % PL (MTQ) (2%/an) (1995 *) Référence Cas 16 rural x3 25% Référence Cas 14 urbain x3 10% Référence Cas 8 rural x2 25% A40 Vaudreuil x3 10% A40 Montréal Est x3 9% A40 Vanier x3 6% A15/A x3 7% A15 Ste-Thérèse x3 6% A20 Boucherville x3 10% A20 Drummondville x2 16% A20 Villeroy x2 25% A20 St-Nicolas x2 21% Local Transit

24 Autoroutes Sollicitation extrême ou normalité? DJMA Quelques cas (Données MTQ 1995 et 2002) Secteur DJMA 2002 DJMA 2006 Voies % PL (MTQ) (2%/an) (1995 *) A15/A x3 7% A40 Vanier x3 6% A15 Ste-Thérèse x3 6% A40 Montréal Est x3 9% A20 Boucherville x3 10% Référence Cas 14 urbain x3 10% Référence Cas 16 rural x3 25% A40 Vaudreuil x3 10% A20 St-Nicolas x2 21% Référence Cas 8 rural x2 25% A20 Drummondville x2 16% A20 Villeroy x2 25%

25 Autoroutes Sollicitation extrême ou normalité? Quelques cas (Données MTQ 1995 et 2002) Secteur DJMA 2002 DJMA 2006 Voies % PL % VL (MTQ) (2%/an) (1995 *) A15/A x3 7% 49% A40 Vanier x3 6% 50% A15 Ste-Thérèse x3 6% 50% A40 Montréal Est x3 9% 52% A20 Boucherville x3 10% 54% Référence Cas 14 urbain x3 10% 54% Référence Cas 16 rural x3 25% 54% A40 Vaudreuil x3 10% 58% A20 St-Nicolas x2 21% 72% Référence Cas 8 rural x2 25% 73% A20 Drummondville x2 16% 73% A20 Villeroy x2 25% 80% Selon Chaussée Même répartition du trafic?

26 Autoroutes Sollicitation extrême ou normalité? Quelques cas (Données MTQ 1995 et 2002) Secteur DJMA 2002 DJMA 2006 Voies % PL % VL Nombre (MTQ) (2%/an) (1995 *) PL/jour A15/A x3 7% 49% 3653 A40 Vanier x3 6% 50% 2325 A15 Ste-Thérèse x3 6% 50% 2025 A40 Montréal Est x3 9% 52% 2527 A20 Boucherville x3 10% 54% 2538 Référence Cas 14 urbain x3 10% 54% 2430 Référence Cas 16 rural x3 25% 54% 6075 A40 Vaudreuil x3 10% 58% 1726 A20 St-Nicolas x2 21% 72% 3440 Référence Cas 8 rural x2 25% 73% 3650 A20 Drummondville x2 16% 73% 2336 A20 Villeroy x2 25% 80% 2200

27 Autoroutes Sollicitation extrême ou normalité? Quelques cas (Données MTQ 1995 et 2002) Secteur DJMA 2002 DJMA 2006 Voies % PL % VL Nombre ÉCAS (MTQ) (2%/an) (1995 *) PL/jour 10E6 A15/A x3 7% 49% A40 Vanier x3 6% 50% A15 Ste-Thérèse x3 6% 50% A40 Montréal Est x3 9% 52% A20 Boucherville x3 10% 54% Référence Cas 14 urbain x3 10% 54% ,7 Référence Cas 16 rural x3 25% 54% A40 Vaudreuil x3 10% 58% A20 St-Nicolas x2 21% 72% Référence Cas 8 rural x2 25% 73% A20 Drummondville x2 16% 73% A20 Villeroy x2 25% 80%

28 Autoroutes (cas 14) Quelques cas récents de reconstruction en béton (cas 14) Sollicitation extrême ou normalité? Quelques cas (Données MTQ 1995 et 2002) Secteur DJMA 2002 DJMA 2006 Voies % PL % VL Nombre ÉCAS (MTQ) (2%/an) (1995 *) PL/jour 10E6 Référence Cas 16 rural x3 25% 54% Référence Cas 8 rural x2 25% 73% A20 St-Nicolas x2 21% 72% A20 Drummondville x2 16% 73% A20 Villeroy x2 25% 80% A15/A x3 7% 49% A40 Montréal Est x3 9% 52% A20 Boucherville x3 10% 54% A40 Vanier x3 6% 50% Référence Cas 14 urbain x3 10% 54% ,7 A15 Ste-Thérèse x3 6% 50% A40 Vaudreuil x3 10% 58%

29 Nombre de PL/jour dans la voie lente (2006) Cas 14 Urbain 2x3 voies 5 à 10% PL

30 Autoroutes Sollicitation extrême ou normalité? Cas 16 pas adapté : 134 M ÉCAS 6075 PL/jour/VL : aucun tronçon au Québec n est soumis à ce volume d ÉCAS Cas 14 représente la portion des autoroutes en béton mais il s agit pourtant de la plus faible sollicitation en fatigue : 16,7 M ÉCAS pour 2430 PL/jour/VL Région métropolitaine : 1227 à 3653 PL/jour/VL 26 M ÉCAS maximal Cas 8 représente la majeure partie du réseau en enrobé et c est la portion la plus sollicitée dans les conditions de trafic réelles : 87 M ÉCAS

31 Épaisseur (mm) 0 Autoroutes Cas M ÉCAS 6075 PL/jour X x3 voies rural CAM=3,2 25% PL 54% VL Cas 8 87 M ÉCAS 3650 PL/jour 2x2 voies rural CAM=3,2 25% PL 73% VL Cas M ÉCAS 3653 PL/jour Cas 14 16,7 M ÉCAS 2430 PL/jour 285 2x3 voies urbain CAM=1 10% PL 54% VL Cas 14 9 M ÉCAS 1227 PL/jour Région de Montréal MG-112 MG-20 EB-20 ESG-14 ESG-10

32 Autoroutes Épaisseur (mm) Avec un peu de base stabilisée... Cas 8 87 M ÉCAS 3650 PL/jour 6075 PL/jour 3653 PL/jour mm d enrobé en moins Cas 8 87 M ÉCAS 3650 PL/jour C est encore mieux que mettre du béton... MG-112 MG-20 Stabilisé EB-20 ESG-14 ESG

33 Conclusion Par une conception adaptée, les enrobés bitumineux peuvent répondre adéquatement à toutes les sollicitations Sur autoroute : les enrobés sont soumis aux efforts de fatigue les plus élevés 2x2 voies, rurale : DJMA plus faible mais % PL plus élevé (> 20% PL) PL plus canalisé dans la voie lente (environ 75% des PL) PL plus souvent chargés (long transport à optimiser) = CAM plus élevé ÉCAS les plus élevés

34 Conclusion En zone urbaine (cas 14), il faut 230mm d enrobés pour répondre au trafic alors que l on met plus de 250 à 320mm de béton Pour l orniérage, le secret est dans le bitume...

35 Merci de votre attention Des questions?

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