Recherche sur la conception et le comportement des chaussées souples en régions froides et très froides dans le cadre des programmes i3c et Arquluk

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1 Recherche sur la conception et le comportement des chaussées souples en régions froides et très froides dans le cadre des programmes i3c et Arquluk Guy Doré Université Laval

2 La chaire i3c: Démarrage de la phase 2

3 La chaire i3c o Première chaire industrielle canadienne spécialisée dans le domaine des chaussées. o Vise l amélioration des connaissances et le développement d outils techniques pour maximiser la performance des chaussées sollicitées par les charges lourdes et le climat.

4 La phase I de la Chaire i3c en quelques chiffres o 17 partenaires des secteurs privé et public o 2,5M$ sur 5 ans d appui financier o $ de contributions en services o 15 projets de recherche o 10 comités de suivi o 30 rencontres de coordination et de suivi des partenaires

5 15 projets de recherche regroupés sous trois thèmes Thèmes 1- Sols et matériaux de chaussées 2- Conception et comportement des chaussées 3- Caractéristiques de surface et performance du transport routier

6 Programme i3c PII 10 projets de recherche 3 projets de doctorat 7 projets de maîtrise 5 projets de baccalauréat Programme i3c- P2 Chaire i3c Programme complémentaire RDC Conception et la performance des chaussées Analyse de l effet des charges lourdes Endommagement des chaussées en régions froides

7 Production de la Chaire i3c 1. amélioration des connaissances et développement d outils d ingénierie à caractère pratique 2. formation de main d œuvre hautement qualifiée 3. capacité d expertise et de recherche 4. publications scientifiques 5. bases de données 6. collaborations nationales et internationales

8 Le logiciel i3c-me: La plateforme de T 2 du programme de Chaire Structure de chaussée d essai Analyse mécanique Performance Analyse au gel Performance Design final

9 Intégration des résultats de recherche dans le logiciels i3c-me Estimation M R (Mellizo) Estimation M R et SP (Sols) (Soto Tafur) Matériaux recyclés (Depatie) Drainage (Savoie/Bozat) Effet des pneus (Grellet) Structure de chaussée d essai Matériaux - Climat Analyse mécanique (Quijano) Analyse au gel (Farcette) Design final Performance Performance Déformation permanente (Poupart) Modèle d uni (Djonkanla) Comportement dynamique (Villeneuve/Fahimi) Incidence sur l efficacité du transport (Gagnon) Effets des changements climatiques (Thiam/Perron-Drolet)

10 Démarrage de i3c-p2 o Projet accepté intégralement par le CRSNG (Début avril 2015) o Première rencontre du comité de direction prévue en mai o Premier projet (MSc) a débuté en janvier 2015 et plusieurs autres projets seront démarrés à l été et à l automne 2015

11 Besoins identifiés pour la phase II o o o o Lois d endommagement adaptées au contexte d exploitation du Québec (contexte municipal et rural) Routes à faible volume et chemins d accès aux ressources Transport hors normes Problèmes spécifiques de comportement des chaussées en régions froides Analyse mécanique Analyse au gel Structure de chaussée d essai Design final Performance Performance

12 Le programme mise sur une capacité de recherche unique - Équipement existant

13 Capacité accrue par l acquisition d un simulateur routier et d une fosse d essai intérieure - Subvention de $18M de la FCI

14 Conclusion i3c o Bilan très positif du premier mandat de la chaire i3c o Plusieurs produits de recherche intégrés dans un logiciel de conception des chaussées o Le CRSNG a approuvé le renouvellement de la chaire o Le programme i3c-pii vise à bâtir sur les acquis de la phase I

15 Programme ARQULUK Préservation des infrastructures de transport dans le Nord du Canada

16 En langage Inuktitut, Arquluk réfère à une route endommagée Programme de recherche et développement coopératif Financement de $ sur 5 ans CRSNG et 12 partenaires (publics et privés). BUT Améliorer les capacités actuelles d adaptation, en développant une expertise sur l atténuation des instabilités du pergélisol, sous les infrastructures de transport. 1 / 16

17 Objectifs 1) Améliorer les connaissances sur les facteurs affectant le régime thermique dans un remblai routier 2) Améliorer les techniques de détection et de caractérisation des sols et remblais instables 3) Élaborer des lignes directrices pour l application de différentes stratégies de construction et d entretien, basées sur les coûts, la faisabilité et l efficacité des solutions applicables 4) Développer des outils pour la gestion du risque pour les infrastructures de transport construites sur le pergélisol 3 / 16

18 Calendrier du programme démarré en avril 2012 Projet / activité Amélioration des connaissances Suivi des sites d essai Modélisation 2D Paramètres d ingénierie 2- Identification et caractérisation a. Méthodes géophysique et thermique b. Analyse de profils c. Essais oedométriques in situ d. Comportement mécanique des sols marginalement gelés 3- Techniques d adaptation Stage Maîtrise Maîtrise Maîtrise Doctorat Maîtrise Maîtrise a. Modélisation (laboratoire et numérique) b. Traitements d entretien c. Lignes directrices et stratégies Maîtrise Doctorat Maîtrise Rapports (E: d étape; F: final) E E F 5 / 16

19 Méthode de conception des remblais pour contrer l effet de l'accumulation de neige en bordure de remblai Florence Lanouette (MSc) Projet en cours thème 1 Objectif Comprendre et documenter l impact de la rétention de chaleur dans le sol due à l accumulation de neige en bordure de remblai. - Suivi et analyse des régimes thermiques aux sites d essais de Beaver Creek (Yukon) et Tasiujaq (Nunavik) - Développement d un modèle thermique 2D calibré à partir des données de suivi Développement une méthode de conception pour la mitigation de la dégradation causée par l accumulation de neige 6 / 16

20 Développement d une méthode de conception de système de drainages de surface à faible impact sur le pergélisol Julie Malenfant-Lepage (PhD) Projet en cours thèmes 1 et 3 co-financé par ADAPT (CRSNG) 1. Profil de température du sol en fonction du débit de l'eau 2. Modélisation thermique et essais en laboratoire. 3. Élaboration de critères pour calculer la quantité de chaleur admissible pouvant être transférer au pergélisol par l eau. 4. Développement d'indices mécaniques et de fonctions de transfert de chaleur pour convertir les flux d'eau en transfert de chaleur potentiel. 5. Développement d'une méthode d'ingénierie pratique pour les systèmes de drainage à faibles impacts sur le pergélisol 7 / 16

21 Étude du régime thermique autour des ponceaux Loriane Perier (MSc) Projet associé lié au thème 1 financé par Transports Canada 1. Identifier les facteurs clefs pour une conception de drainage optimal 2. Quantifier les effets de plusieurs paramètres de conception: - diamètre du ponceau - hauteur du remblai - isolation - débit d eau - température de l air 3. Documenter le régime thermique autour des ponceaux en fonction du débit et de la température de l air 8 / 16

22 Détection et caractérisation de glace massive Benoît Loranger (MSc) Projet en cours thème 2 Simulations numériques utilisant des modèles existants pour générer d importantes anomalies de densité du sol représentant de la glace massive. Mesures de terrain utilisant: 1. Gravimètre de haute précision 2. Profilage thermique 9 / 16

23 Analyse de profils longitudinaux de chaussées existantes Laurie-Anne Grégoire (MSc) Projet en cours thème 2 - Techniques basées sur le filtrage du signal et sur l analyse de la longueur d onde - Détection précoce de la dégradation du pergélisol sous les infrastructures de transport - Outil d aide à la prise de décision dans le processus d entretien et de réhabilitation des remblais: - localiser les zones sensibles au dégel le long d'un corridor de transport - diagnostiquer les causes de la dégradation - sélectionner la stratégie d'atténuation approprié 10 / 16

24 Tassement (mm) Développement d un carottier permettant de réaliser les essais de consolidation de fonte, in situ Cédric Flécheux (MSc) Projet terminé thème 2 Problématique: Difficulté de faire l analyse des propriétés mécaniques des sols en milieu pergélisolé Objectif : Développer un outil de caractérisation des propriétés mécaniques des sols gelés en place Essais de consolidation de fonte in situ à différents niveaux de charge. Système innovateur faisant l objet d une demande de brevet Courbes de consolidation (hauteurs d échantillons variables, sous 480 kpa) Temps (minutes) (2) 232 (3) 265 (4) 285 (5) / 16

25 Comportement mécanique des sols marginalement gelés Mathieu Durand Jézéquel (MSc); Anne-Gabrielle Lessard Nolet (MSc) Projet en cours thème 2 Problématique: Étalement des remblais par rotation et fluage des épaulements Objectif : Quantifier l effet de la charge déviatorique répétée sur le comportement mécanique des sols marginalement gelés. Essais de fluage: Sols: - en cellule triaxiale, conditionnés à température homogène de -0,5 C - conditions statiques et chargements déviatoriques répétés à 3 niveaux de contraintes - till et silt argileux (intacts et reconstitués) - pergélisol reconstitué par gel lent, taux constant de pénétration du gel 12 / 16

26 Stabilisation thermique des infrastructures de transport utilisant des surfaces de revêtement à albédo élevée Simon Dumais (MSc); Caroline Richard (MSc) Projet en cours thème 3 Prévenir l absorption de chaleur due aux surfaces foncées Quantifier l effet d albédo sur la température de surface Développer un modèle de prédiction des températures superficielles Programmation d un utilitaire de calcul 13 / 16

27 Développement d'un cadre pour la gestion du risque pour les infrastructures de transport construites sur pergélisol Heather Brooks (PhD) Projet en cours thème 3 Élaboration d'outils pour la gestion du risque pour les infrastructures de transport dans les régions de pergélisol Activités principales : - méthodologie pour déterminer la condition et son évolution - quantification des risques - analyse des options de mitigation - analyse des impacts sociaux et économiques 14 / 16

28 Suivi thermique et mécanique de la route d'accès à l'aéroport de Salluit, Nunavik Vincent Lamontagne (MSc) Projet associé lié au thème 3 financé par MTQ Drain thermique Géomembrane permettant la circulation de l air sous le remblai Suivi thermique Thermistances verticales et horizontales Thermistances à l intérieur du drain thermique Suivi mécanique Inclinomètres verticaux et horizontaux 15 / 16

29 Conclusion Conclusion Arquluk À mi-chemin du mandat de 5 ans, le programme de recherche en ingénierie nordique ARQULUK progresse bien Tous les projets sont en cours de réalisation (dont deux au doctorat) Plusieurs projets associés (MTQ; TC) Interaction très positive avec les partenaires 16 / 16

30 Merci à nos partenaires et collaborateurs

31 Partenaires de la phase II Transports Québec Ville de Québec Ville de Montréal Hydro Québec Colas Canada FPInnovations Texel Géosol Roche ACRGTQ Opsens ACQ MERCI DE VOTRE ATTENTION!