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Influence de la rigidité du revêtement sur les prédictions de soulèvement au gel

Lalonde Renaud, Olivier (2015). Influence de la rigidité du revêtement sur les prédictions de soulèvement au gel. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Chaque année, lors de la saison hivernale, la pénétration du gel dans les structures de chaussées induit de nouvelles contraintes pouvant provoquer des soulèvements au gel. En fonction de la structure de chaussée, plusieurs outils de prédiction permettent de quantifier la grandeur de ces soulèvements au gel. Par contre, dans ces outils, le type de revêtement n’est pas considéré. Le but de ce projet est de déterminer si la rigidité d’un revêtement de chaussée influence la grandeur des soulèvements au gel. Présentement, lors du dimensionnement d’une structure de chaussée, les soulèvements au gel sont limités sur autoroute par le Ministère des Transports du Québec à 50 mm pour les chaussées à revêtement bitumineux et 40 mm pour les chaussées à revêtement rigide. Lorsque les prévisions de soulèvements au gel dépassent ces valeurs, l’épaisseur de la couche de matériau granulaire est augmentée dans le but de diminuer la portion de sol d’infrastructure gélif exposé au gel. L’installation d’un revêtement de chaussée limitant les soulèvements au gel permettrait de diminuer l’épaisseur de la couche de matériau granulaire, ce qui pourrait entraîner des économies intéressantes.

Pour répondre à la problématique, un logiciel d’analyse par différences finies a été utilisé dans le but d’y modéliser une structure de chaussée. Le revêtement de cette structure de chaussée a été modélisé dans le logiciel selon quatre scénarios; un revêtement d’enrobé bitumineux, un revêtement de béton armé continu (BAC), un revêtement de dalles courtes non armées non goujonnées (DCNANG) et un revêtement de dalles courtes non armées goujonnées (DCNAG). Les contraintes et les déformations liées aux soulèvements au gel de la chaussée à revêtement bitumineux ont été définies et ensuite appliquées sur les trois types de chaussées à revêtement de béton. Il a été possible de simuler la réaction des revêtements de béton face aux soulèvements au gel. Dans le cas où les contraintes liées aux soulèvements au gel de la chaussée bitumineuse ont été appliquées sur les trois types de chaussées de béton, les résultats montrent que la réduction de soulèvement est importante. Dans le cas où les déformations liées aux soulèvements au gel de la chaussée bitumineuse ont été appliquées sur les trois types de chaussées de béton, les résultats montrent que la réduction de soulèvement est aussi importante. Dans ces deux cas, une couche de matériau granulaire permettant de réduire l’exposition au gel d’un sol d’infrastructure gélif ne serait pas requise. Ces simulations montrent qu’un revêtement possédant une rigidité importante devrait être en mesure de limiter, en partie, la grandeur des soulèvements au gel prévus.

Titre traduit

Influence of pavement stiffness on frost heave predictions

Résumé anglais

Each year, during winter, frost penetration in road structures creates new stresses. Those new stresses can cause heaving of the pavement. Depending on the road structure, several prediction tools can be used to quantify the magnitude of frost heaves. Those tools do not consider the type of pavement. The research problematic of this project is to determine if the stiffness of the pavement impacts the magnitude of the frost heaves. Currently, the maximum accepted frost heaves are limited on highway by the Ministry of Transport of Quebec is 50 mm for asphalt pavement structure and 40 mm for rigid pavement structure. When the magnitude of frost heaves exceeds these values, an insulating layer of granular material is introduced in order to reduce the amount of frost susceptible subgrade exposed to freezing. A more resistant pavement against frost heaves would reduce the thickness of the insulating layer resulting in significant savings.

To solve the problematic, a finite difference analysis software was used in order to model a road structure. Four types of pavement were analysed on this road structure. An asphalt pavement, a continuous reinforced concrete pavement (CRCP), a jointed reinforced concrete pavement (JRCP) with dowels and a JRCP without dowels were modeled in the software. The stresses and strains associated with frost heaving of an asphalt pavement were applied using the finite differences analysis software on the three types of rigid pavement. It was possible to simulate the response of these rigid pavements against frost heaves. In the case where the stresses associated with frost heaving of asphalt pavement were applied to the three types of rigid pavements, the results show that the reduction of the heaving is important. In cases where the strains associated with frost heaving of an asphalt pavement were applied to the three types of rigid pavements, the results also show that the reduction of frost heave is important. In those two cases, no layer of granular material would be needed. These simulations show that a high stiffness pavement should be able to reduce, in part, the magnitude of the predicted frost heave.

Type de document: Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires: "Mémoire présenté à l'École de technologie supérieure comme exigence partielle à l'obtention de la maîtrise en génie de la construction". Bibliographie : pages 209-214.
Mots-clés libres: Chaussées Dégâts causés par le gel Modèles mathématiques. Gonflement par le gel. Revêtements (Voirie) Revêtements bitumineux. Chaussées rigides. soulèvement, chaussée rigide, chaussée bitumineuse, simulation numérique, approche mécanistique, dimensionnement de chaussée, lentilles de glace
Directeur de mémoire/thèse:
Directeur de mémoire/thèse
Vaillancourt, Michel
Co-directeurs de mémoire/thèse:
Co-directeurs de mémoire/thèse
Carter, Alan
Programme: Maîtrise en ingénierie > Génie de la construction
Date de dépôt: 28 juill. 2015 19:34
Dernière modification: 28 juill. 2015 19:34
URI: http://espace.etsmtl.ca/id/eprint/1480

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