DIMENSIONNEMENT DES CHAUSSÉES RIGIDES MGC 840

1. DIMENSIONNEMENTDES CHAUSSÉES RIGIDESMGC 840 Méthode AASHTO Méthode de la PCA pour le calcul des chaussées rigides Introduction Domaine d ’application Principes de design Facteurs de design Procédure de design Analyse à la fatigue Analyse à l ’érosion

2. Qu’est ce qu’une chaussée rigide • Avantages et inconvénients d’une chaussée rigide PourContre • Soutenir des charges plus élevées • Durée de vie plus élevée • Moins d’entretien • Peu sensible au climat • Coût initial plus élevé • Temps de prise plus élevé (12h) • Sensible au gel/degel - fissures

4. Portland Cement Concrete Surface Slab Prime Coat Stabilized Base Prime Coat Granular Subbase Natural Subgrade

6. Types de dalles • dalles non goujonnées en béton non-armé • sans acier d ’armature • sans goujons aux joints (espacement max 4,6 m) • dalles goujonnées en béton non-armé • goujons aux joints (espacement max 6,6 m) • dalles goujonnées en béton armé • armatures interrompues au niveau des joints • goujons aux joints (espacement max 13,0 m) • dalles continues • pas de joints de retrait transversaux

7. Jointed Plain Concrete Pavement (JPCP)

8. Jointed Reinforced Concrete Pavement (JRCP)

9. Continuously Reinforced Concrete Pavement (CRCP)

10. Pre-stressed Concrete Pavements (PCP)

11. Méthode de conception Empirique (AASHO). • Plusieurs versions : 1961 (Interim Guide), 1972. • 1986: Caractérisation poussée des matériaux. • 1993: • Accent sur la réhabilitation • Cohérence flexible vs rigide • 2002: Approche Mécaniste-empirique

13. Inputs • Pavement performance • Traffic • Roadbed soil • Slab characteristics • Environment • Reliability • Shoulder design

14. AASHTO Design: • JPCP, JRCP et CRCP • Identique aux chaussées flexibles • Portance mesurée par l’épaisseur de la Dalle D au lieu du SN • Dalles moins épaisses que les structures flexibles équivalentes.

15. Abaque AASHTO chaussées rigides • Equation: NOMOGRAPHE

16. MÉTHODE DE LA PCA • OBJECTIF: • Méthode de la Portland Cement Association (PCA) • même objectif que tous les travaux de structure • trouver l'épaisseur minimum de la dalle de béton • coût annuel le plus faible possible • coût de construction • coût d ’entretien • déterminer l ’épaisseur optimale

17. Objectifs • Déterminer l ’épaisseur optimale • Assurer un bon rendement • Préparation d ’une assise uniforme et mince couche de fondation traitée ou non pour contrer le phénomène de pompage • Utilisation de joints pour assurer un bon transfert de charge et sceller la surface

18. Procédure de design tient compte de: • degré de transfert de charges aux joints • incidence d ’un accotement en béton • deux critères de design • critère de fatigue • critère basé sur l ’érosion

19. Méthode de calcul basée sur: • Études théoriques de Westergaard, Pickett, Roy, … • Résultats d'essais routiers sur des chaussées expérimentales soumis aux charges de trafic contrôlés • Dalles expérimentales soumises à des essais routiers • Rendement des dalles construites normalement et sujettes à un trafic routier normal (+ importante) • Westergaard fut un des premiers à reconnaître que les résultats théoriques doivent être vérifiés par le comportement des chaussées en service.

20. Pour déterminer l’épaisseur de la dalle • 4 facteurs: • Résistance en flexion du béton MR • Module de réaction de l ’infrastructure ou de la combinaison fondation-infrastructure k • Charges, fréquence et types de camions • Année de conception

21. RÉSISTANCE EN FLEXIONDU BÉTON • Principalement pour le critère de fatigue • contrôle la fissuration • Charges de la circulation dans la dalle de béton: • Efforts de compression et de flexion • Rapport entre contraintes de compression et résistance en compression trop faibles • pas d ’influence sur l'épaisseur de la dalle. • Rapport entre contraintes de tension et résistance en tension fréquemment supérieur à 0,5 • grande influence si la résistance à la flexion de la dalle n'est pas suffisante

22. RÉSISTANCE EN FLEXIONDU BÉTON • Essai en flexion: • Module de rupture du béton • Sur des poutres de 150 x 150 x 760 mm • Mesure du module de rupture selon l'une des 3 méthodes de chargements suivantes : • chargement en porte-à-faux • chargement au point central de la poutre • chargement à deux points au tiers de la poutre - Choix de cette dernière plus conservatrice

23. RÉSISTANCE EN FLEXIONDU BÉTON • Essai du module de rupture: • Habituellement effectués à 7, 14, 28 et 90 jours • Résultats d'essais à 7 et 14 jours • pour vérifier si la résistance du béton est conforme aux exigences des devis • pour déterminer le moment propice pour ouvrir la chaussée à la circulation • Résultats d'essais à 28 et 90 jours • utilisés dans le calcul de l'épaisseur des chaussées pour routes, rues et aéroports • durant les premiers mois, la chaussée ne doit supporter qu'un nombre limité de répétitions de charges • la résistance du béton continue à augmenter après 90 jours

24. RÉSISTANCE EN FLEXIONDU BÉTON • Relation entre la résistance en flexion, l’âge et les conditions de design

25. PORTANCE DE LA FONDATIONET DE L ’INFRASTRUCTURE • Portance de l ’infrastructure et de la fondation: • définie par le module de réaction • déterminée par des essais de chargement sur plaque • s ’exprime en MPa/m • calculée à l'aide de l'une des 2 équations suivantes:

26. PORTANCE DE LA FONDATIONET DE L ’INFRASTRUCTURE • Module de réaction k • essai long et onéreux • corrélation avec le CBR • résultats d'essai sur plaque ajustés pour tenir compte des facteurs qui pourraient modifier significativement la capacité portante du sol • la teneur en eau du sol durant la période de dégel

27. PORTANCE DE LA FONDATIONET DE L ’INFRASTRUCTURE

28. PORTANCE DE LA FONDATIONET DE L ’INFRASTRUCTURE

29. PORTANCE DE LA FONDATIONET DE L ’INFRASTRUCTURE • Couche de matériaux sous la dalle : • Augmente la capacité portante de la dalle • Plus économique d'augmenter l'épaisseur de la dalle que de placer une couche de fondation • Nécessaire de placer une couche de matériau granulaire sous la dalle pour d'autres raisons : • Assurer un support uniforme de la dalle • Remplacer les sols instables, gonflants ou gélifs • Assurer un soulèvement ou affaissement uniforme • Empêcher les matériaux fins de remonter • Permettre la circulation pendant de la construction

30. PORTANCE DE LA FONDATIONET DE L ’INFRASTRUCTURE Effet d ’une fondation non traitée sur les valeurs du module de réaction k (en MPa/m et en pci)

31. PORTANCE DE LA FONDATIONET DE L ’INFRASTRUCTURE Valeur de k pour une fondation traitée au ciment

32. EXEMPLES • Exemple 1 : Si l'on intercale 150 mm de matériau granulaire entre un sol de portance k = 40 MPa/m et la dalle, la portance du sous-sol, mesurée à la surface du matériau granulaire, sera de 49 MPa/m • Exemple 2 : Si l'on intercale 150 mm de matériau stabilisé au ciment entre le sol de portance k = 40 MPa/m et la dalle de béton, la portance du sous-sol mesurée à la surface de la fondation stabilisée sera de 130 MPa/m

33. ANNÉE DE DESIGN • Durée de vie d'une chaussée: • expression ambiguë • représente l'âge après lequel la chaussée aura besoin d'un renforcement • Année de design: • période d ’analyse du débit routier • varie généralement entre 20 et 50 ans • horizon de plus de 20 ans difficile à prévoir

34. CIRCULATION • Intensité et charge de circulation: • facteurs déterminants dans le calcul de l'épaisseur • nombre et poids des véhicules • DJMA • DJMA-C • Charges axiales des camions

35. FACTEURS DE SÉCURITÉSUR LES CHARGES • Coefficients de majoration recommandés par la PCA pour tenir compte de la nature du trafic: Routes et rues supportant un trafic lourd continu 1,20 Routes interprovinciales Rues et routes supportant un trafic lourd avec interruptions Routes et artères résidentielles 1,10 Rues résidentielles et routes à faible trafic lourd 1,00 Chemins secondaires

36. PROCÉDURE DE DESIGN • Procédure détaillée lorsque les données sur les charges axiales sont connues • Pour calculer l'épaisseur, il faut connaître : • la nature de la route • le type de joints et d ’accotement • le module de rupture du béton (MR) • le module de réaction de fondation-infrastructure (k) • le facteur de sécurité sur les charges • l'intensité et le poids de la circulation

37. PROCÉDURE DE DESIGN • 2 types d ’analyse: • Analyse à la fatigue, contrôle l ’épaisseur des dalles • routes à trafic léger (dalles goujonnées ou non) • routes moyennement achalandées (dalles goujonnées) • Analyse à l ’érosion, contrôle l ’épaisseur des dalles • routes à achalandage moyen et élevé (dalles non goujonnées) • routes à trafic lourd (dalles goujonnées)

38. ANALYSE À LA FATIGUE • Procédure: • Contrainte équivalente • sans accotement de béton: tableau 6a • avec accotement de béton: tableau 6b • Écrire en 8 et 11 les facteurs de contrainte équivalente à partir d ’une épaisseur d ’essai et de la valeur k de la fondation-infrastructure • Diviser ces facteurs par MR et écrire en 9 et 12 • Calculer la fatigue en pourcentage en divisant le nombre de répétitions de charges envisagées par le nombre de répétitions permises • Faire la somme des dommages dus à la fatigue

39. CONTRAINTE ÉQUIVALENTE - 6aPas d ’accotement en béton

40. CONTRAINTE ÉQUIVALENTE - 6bAvec accotement en béton

41. ANALYSE À LA FATIGUENb de répétitions de charges permises

42. PROCÉDURE DE DESIGN

43. ANALYSE À L ’ÉROSION • Procédure: • Facteur d ’érosion • sans accotement de béton : figure 6a • joints goujonnés ou dalle armée continue: tableau 7a • joints non goujonnés: tableau 7b • avec accotement de béton : figure 6b • joints goujonnés ou dalle armée continue: tableau 8a • joints non goujonnés: tableau 8b • Écrire en 10 et 13 les facteurs d ’érosion • Déterminer le nombre de répétitions permises • Calculer les dommages en pourcentage • Faire la somme des dommages dus à l ’érosion

44. FACTEUR D ’ÉROSION - 7aPas d ’accotement - Joints goujonnés

45. FACTEUR D ’ÉROSION - 7bPas d ’accotement - Joints non goujonnés

46. FACTEUR D ’ÉROSION - 8aAvec accotement - Joints goujonnés

47. FACTEUR D ’ÉROSION - 8bAvec accotement - Joints non goujonnés

48. ANALYSE À L ’ÉROSIONPas d ’accotement en béton

49. ANALYSE À L ’ÉROSIONAvec accotement en béton

50. EXEMPLE DE DESIGN • Données du projet: • Autoroute à 4 voies • Année de design : 20 ans • DJMA = 12 900 • Facteur d ’accroissement du trafic = 1,50 • DJMA-C = 19% du DJMA • Calculs de circulation: • DJMA projeté = 12 900 x 1,5 = 19 350 • DJMA-C projeté = 19350 x 0,19 = 3 680 • 9675 véh/direction = 81% dans la voie de conception • 3680 x 0,5 x 0,81 x 365 x 20 = 10 880 000 camions