Modélisation de la performance à la fissuration des chaussées réhabilitées par les techniques de retraitement type I et type II

Ferjani, Amel (2020). Modélisation de la performance à la fissuration des chaussées réhabilitées par les techniques de retraitement type I et type II. Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Le passage répété du poids lourd et les conditions climatiques extrêmes entrainent la dégradation des structures de chaussées, ce qui impose parfois le recours à des techniques de réhabilitation permettant de maintenir la route en état sécuritaire et prolonger sa durée de vie. Depuis les années 1980, les techniques de recyclage, notamment les techniques de retraitement type I et type II, ont commencé à gagner en popularité au Québec. Ces méthodes permettent d’améliorer l’état structural et fonctionnel de la chaussée et répondent aux exigences du développement durable. Bien que ces techniques soient considérées performantes, certains aspects relatifs à la prédiction de leurs performances restent peu maitrisés.

La fissuration est l’un des modes de dégradation les plus fréquents dans les chaussées réhabilitées, cependant les méthodes de dimensionnement actuelles ne tiennent pas compte de l’existence des fissures dans les structures dégradées. En outre, la compréhension du comportement des matériaux recyclés à froid est nécessaire pour prédire le comportement de ces chaussées. C’est dans ce cadre que s’inscrit cette thèse qui vise à modéliser et évaluer la performance des chaussées réhabilitées par retraitement type I et type II à la fissuration.

Afin d’atteindre l’objectif de cette thèse, l’étude s’est divisée en trois volets. La première partie concerne la caractérisation, en laboratoire, du comportement des matériaux recyclés à froid utilisés dans les chaussées réhabilitées par retraitement type I et type II (MR7 et MR5, respectivement). L’essai de module complexe a été utilisé pour caractériser le comportement viscoélastique alors que l’essai de flexion semi-circulaire pour déterminer la résistance à la fissuration des MR5 et MR7. La deuxième partie a été consacrée pour modéliser le comportement de ces matériaux en utilisant la méthode des éléments finis. Pour ce faire, un modèle 2D de l’essai SCB a été développé à l’aide du logiciel ABAQUS et calibré selon les résultats expérimentaux. L’initiation et la propagation des fissures ont été modélisées par la méthode des éléments finis étendus. Les résultats numériques ont montré un bon accord avec la propagation des fissures observée en laboratoire. La dernière partie est destinée pour développer des modèles en éléments finis des structures de chaussées et évaluer leurs comportements. Afin de valider l’approche de modélisation, une structure réelle disponible dans la base de données LTPP a été modélisée par la méthode des éléments finis. La comparaison des résultats de modélisation et les mesures de déflexions sur la chaussée a permis de valider cette approche. Finalement, les structures réhabilitées ont été modélisées et évaluées vis-à-vis à la fissuration. Les résultats ont montré que la technique de retraitement type I est sensible à la remontée des fissures existantes alors que la performance du retraitement type II est liée au comportement des MR5.

Résumé traduit

The repetitive loading from traffic and the extreme weather conditions cause pavement structure failure, that involves pavement rehabilitation to maintain the road in a safe state and extend its life. Since the 1980s, rehabilitation treatments especially, cold-in place recycling (CIR) and full-depth reclamation (FDR), have been gaining momentum in Quebec. These methods improve the structural and functional condition of the pavement and meet the requirements of sustainable development. Although CIR and FDR technics are considered performant for pavement rehabilitation, their cracking performance are not well understood.

Cracking is one of the most frequent deterioration modes in rehabilitated pavements. However, current pavement design methods do not consider the effect of the existence cracks in the pavement. In addition, satisfactory research is yet to be done with regards to gaining further comprehension of the behavior of CIR and FDR materials to predict the rehabilitated pavement performance.

The main objective of this thesis is to evaluate and model the cracking performance of CIR and FDR technics. To achieve this goal, this thesis was oriented along three main axes. The first part covers the characterization of viscoelastic and the fracture properties of CIR and FDR materials using the complex modulus test and the semi-circular bending test (SCB). The second part covers the cracking performance modeling of CIR and FDR materials using the finite element method. A 2D finite element model of the SCB test was developed using ABAQUS software. The crack initiation and propagation were modeled using the extended finite element method (XFEM). The numerical results were validated and showed a good agreement with the crack propagation observed in the laboratory testing. Finally, the rehabilitated pavement structures are modeled to investigate their performance to cracking. In order to validate the modeling approach, a real structure available in the LTPP database has been modeled. The numerical results were validated and showed a good agreement with the deflections measured on pavement. Finally, rehabilitated structures were modeled and evaluated to cracking. The results showed that the CIR structure is sensitive to reflective cracking while the FDR performance is related to the behavior of the FDR materials.

Type de document:	Mémoire ou thèse (Thèse de doctorat électronique)
Renseignements supplémentaires:	"Thèse présentée à l'École de technologie supérieure comme exigence partielle à l'obtention du doctorat en génie". Comprend des références bibliographiques (pages 221-230).
Mots-clés libres:	enrobés recyclés à froid, chaussées réhabilitées, comportement viscoélastique, résistance à la fissuration, méthode des éléments finis étendus, propagation des fissures
Directeur de mémoire/thèse:	Directeur de mémoire/thèse Carter, Alan
Codirecteur:	Codirecteur Vaillancourt, Michel
Programme:	Doctorat en génie > Génie
Date de dépôt:	14 juill. 2020 18:28
Dernière modification:	14 juill. 2020 18:28
URI:	https://espace.etsmtl.ca/id/eprint/2498

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