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Formulation et évaluation des méthodes de mise en oeuvre et d'essai en laboratoire sur l'endommagement et le recouvrement mécanique des bases granulaires traitées au ciment

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Ouellet, Jordan (2018). Formulation et évaluation des méthodes de mise en oeuvre et d'essai en laboratoire sur l'endommagement et le recouvrement mécanique des bases granulaires traitées au ciment. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Dans son ensemble, le réseau routier mondial souffre de sous-financement et ses besoins complexes ont poussé l’Association Canadienne du Ciment (ACC) à mettre de l’avant une technique économique, durable, polyvalente et performante, qui consiste à traiter au ciment les bases granulaires de chaussées revêtues ou non. Par contre, les bases granulaires traitées au ciment (BTC) subissent du retrait lors de la cure, qui résulte en fissuration. La remontée de ces fissures dans la chaussée mène à des problématiques de durabilité et de performance, ce qui limite l’utilisation actuelle des BTC. Une nouvelle approche contre-intuitive à cette problématique consiste à volontairement endommager le matériau à jeune âge, afin d’induire une microfissuration uniforme (préfissuration) qui permet de répartir ce retrait sur une multitude de petites fissures à sévérité réduite. Ainsi, un recouvrement mécanique des fissures peut être anticipé. Depuis cette découverte, quelques projets s’y sont intéressés, mais les résultats ou la mise en oeuvre sont mal documentés, incomplets ou inaccessibles.

Ce projet de maitrise vise à approfondir la technique de préfissuration des BTC, en développant une méthode d’évaluation de l’endommagement en laboratoire pour comprendre son influence sur les propriétés mécaniques. Pour ce faire, le projet a été divisé en 3 phases. La phase de formulation a permis de mesurer des propriétés mécaniques (compression, tension, CBR et module) et rhéologiques (masse volumique, vides), sur des mélanges contenant entre 3 % et 5 % de ciment GU (par rapport à la masse granulaire de MG 20 avec sable), auxquels on ajoute 5,2 % d’eau. Étant donné qu’il n’existe pas de normalisation et très peu de méthodes d’essai sur les BTC, une deuxième phase a porté sur l’évaluation des procédés généraux. Ainsi, les différentes techniques de malaxage, de compaction et d’endommagement des BTC ont été étudiées, en plus des différentes méthodes d’évaluation de l’hydratation, du retrait, de la fissuration et de la microfissuration. Les différents essais de la phase d’évaluation ont permis une meilleure compréhension du matériau et une sélection judicieuse des méthodes, elements essentiels pour entamer la phase d’expérimentation de l’endommagement en laboratoire. Ainsi, la troisième phase a permis de montrer l’évolution des propriétés mécaniques (module, coefficient de Poisson, résistance en compression) des BTC non endommagées dans le temps (1 jour à 28 jours). Également, des critères et trois niveaux d’endommagement à 24 heures de cure ont été définis et évalués pour mesurer l’impact sur les propriétés mécaniques. Finalement, le recouvrement mécanique a été mesuré en laboratoire par les mêmes essais, jusqu’à 28 jours après l’endommagement. Les résultats ont montré qu’il y a un niveau d’endommagement optimal à jeune-âge en laboratoire pour un recouvrement mécanique complet, qui surpasse même les propriétés non endommagées.

Titre traduit

Formulation, fabrication and testing methods evaluation in laboratory of mechanical damage and recovery of cement treated base

Résumé traduit

Globally, the road network suffers from underfunding and its complex requirements have pushed the Cement Association of Canada (CAC) to put forward a cost-effective, sustainable, versatile and efficient technique that consists of treating with cement granular bases of paved and unpaved roads. However, cement-treated bases (CTB) experience shrinkage during curing, which results in cracking. Reflective cracking leads to durability and performance issues, which limits the CTB usage. However, a new counter-intuitive approach to this problem is to intentionally damage the material at a young age, in order to induce a uniform microcracking pattern (precracking) which allows shrinkage distribution over a multitude of cracks. Thus, a mechanical recovery can be anticipated, because of the reduced severity of the cracks. Since this discovery, some projects have been interested by this method, but the results or implementation are poorly documented, incomplete or simply inaccessible.

This current project aims to deepens the CTB precracking technique by developing in the laboratory a damage evaluation method, to understand its influence on mechanical properties. The formulation phase measured mechanical properties (compression, tension, CBR and modulus) and rheological properties (density, air content) over a combination between 3% and 5% of GU cement by granular mass (0–20 mm with sand), to which 5.2% water is added. Since there is no CTB standardization and very few test methods, a general evaluation of methods was essential. Thus, the different techniques of mixing, compaction and damage of CTB were studied, in addition to different methods of evaluation of hydration, shrinkage, cracking and microcracking. The various tests of the evaluation phase allowed a better understanding of the material and a judicious selection of the methods, both essential to begin the damage experimentation phase in the laboratory. The experimentation phase demonstrated the evolution of the mechanical properties (modulus, Poisson’s ratio, compressive strength) of undamaged CTB in time (1 day to 28 days). Also, the criteria and three levels of damage at 24 hours of cure were evaluated, in order to measure its influence on these same mechanical properties. Finally, the mechanical recovery was measured in the laboratory always by these same tests, up to 28 days after damage. The results showed that there is an optimal level of early-age damage for a full mechanical recovery at 28 days, that even surpasses the undamaged properties.

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 avec mémoire en génie de la construction". Comprend des références bibliographiques (pages 471-485).
Mots-clés libres: Routes Fondations Matériaux. Matériaux granulaires. Ciment. Matériaux granulaires Propriétés mécaniques. Matériaux granulaires Fissuration. Matériaux granulaires Essais. Mécanique de l'endommagement. Chaussées Dégradations Prévention. base, granulaire, traité, microfissuration, préfissuration, recouvrement, fissuration par retrait, base traitée au ciment
Directeur de mémoire/thèse:
Directeur de mémoire/thèse
Carter, Alan
Codirecteur:
Codirecteur
Vaillancourt, Michel
Programme: Maîtrise en ingénierie > Génie de la construction
Date de dépôt: 31 oct. 2018 14:12
Dernière modification: 31 oct. 2018 14:12
URI: http://espace.etsmtl.ca/id/eprint/2130

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