Post on 30-Jun-2020
Effets des changements climatiques sur la performance à long terme des chaussées flexibles au Québec
Présenté par
Papa Masseck Thiam
Sous la direction de
Guy Doré : Directeur de recherche
Jean-Pascal Bilodeau : Co-directeur de recherche
SÉMINAIRE DE MAÎTRISE
Plan de présentation
o Mise en contexte
o Description et objectif du projet
o Méthodologie et résultat des essais
o Analyse des résultats et loi d’endommagement
o Conclusion
Mise en contexte
Mise en contexte (1)
o Évolution du climat:o Naturelle à Anthropique
o Augmentation des GES
o Manifestation des CC:o Fonte massive des neiges et océans
o des températures moyennes
o des précipitations
(GIEC, 2007)
(GIEC, 2007)
Mise en contexte (2)
o Plusieurs impacts des de précipitations sur l’environnement bâti dont:
o Et la performance à long terme des routes au Québec?
Sol d’infrastructure
Sous fondationfondation
Enrobé
Ornière structurale de l’infra = Endommagement à long termeCapacité portante Mr et εp = f (teneur en eau)
εp
Mise en contexte(3)
Concept de Mr
Module rigidité du sol Nbre d’application de charge
Relation Mr vs W
Concept de εp
Caractérise performance à long terme et ornièrage structural
Relation εp vs W
(Lekarp et al., 2000)
(Lekarp et al., 2000)(Lebeau, 2006)
Mécanisme d’Endommagement
Mise en contexte(4)
Quantifier la réduction de la performance à long terme des chaussées causée par les futures de Précipitation sur un horizon
défini
Conclusion revue littéraire
-Performance à long terme chaussée dictéepar ornièrage structural de l’infrastructure
-Critère de performance: N= f(Mr) et εp
-Mr et εp dépendent de la teneur en eau du sol(accéleration de l’endommagement)
-Lien entre futures de Précipitation et Wdans les sols?
Objectif du projet
Plan de présentation
o Mise en contexte
o Description du projet
o Méthodologie et résultat des essais
o Analyse des résultats et loi d’endommagement
o Conclusion
o Description du projet
Description du projet(1)
(MTQ, 2012)
Description du projet(2)
ΔW vs MrP vs ΔW Scénarios précipitation
Étape 1 Étape 2 Étape 3 Étape 4
Endommagement par εp relatif (simulateur)
Nbre d’application de
charges (N) relatif (triaxial)
Endommagement par εp relatif
(triaxial)
ΔW vs εp
(Triaxial)
ΔW vs εp(Simulateur)
3 zones
Horizon futur: 2010-2039
Horizon de référence: 1971-2000
Plan de présentation
o Mise en contexte
o Description et objectif du projet
o Méthodologie et résultat des essais
o Analyse des résultats et loi d’endommagement
o Conclusion
o Méthodologie et résultat des essais
Méthodologie et résultats(1)
Description de sols utilisés et sources
o 4 sols caractéristiques du contexte géologique du Québec
Parc des Laurentides, Qc
Saint-Alban, QC
Ste-Catherine-de-la-Jacques-Cartier, Qc
St-Augustin, Qc
o Till SM
o Sable SP
o Argile CH
o Argile CL
o Till SM
o Sable SP
o Argile CH
o Argile CL
(SM)
(CL)
(SP)
(CH)
Méthodologie et résultats(2)
Étape 1: Relation P vs W
o Chaussées instrumentées pour acquisition de données de W
o P des stations respectives utilisées
o Diversification des sols (argile, sable, MG) dans leur type et provenance
o Rapport imminent W= f(P)
Ex: Données sur argile (source: Hwy 520, Manitoba)
0
2
4
6
8
10
12
0
10
20
30
40
50
60
juin-03 janv.-04 août-04 févr.-05 sept.-05 mars-06 Pré
cip
itat
ion
mo
yen
ne
s m
en
sue
lles
(mm
)
Ten
eu
r e
n e
au v
olu
mé
triq
ue
(%
)
Périodes mensuelles
PrecipitationmensuellesW à 0,6m deprofondeurWà 0,8 m deprofondeurW à 1m deprofondeurW à 1,2m deprofondeurW à 1,4 mProfondeurW à 1,6 m deprofondeur
-20
-15
-10
-5
0
5
10
15
0 2 4 6 8 10 12
ΔW
(vo
mu
létr
iqu
es
en
%)
Précipitations moyennes mensuelles (mm)
Argile Manitoba à -0,6m
Argile (Manitoba) à -0,8m
Argile Manitoba à -1m
Sable Saint Celestin
SERUL
Périodes entre Mars et Novembre
∆W(%)=0,9227P-0,1092
Corrélation:∆W.(à P=X)= W(à P=x+1) – k
où k = faible précipitation sur longue période
o Faible corrélation mais tendance à la hausse
Méthodologie et résultats(3)
Étape 2: Essai de Module réversible sur les 4 sols (méthodologie)
o Permet de mesurer rigidité du sol (lien Mr vs W)
o Effectué conformément à la norme de l’AASHTO T307-99
o Deux condition environnementales: État Optimal et Saturé
o Échantillons de dimensions 150mm x 300mm
o 3 paliers de confinement des échantillons
Différentes étapes de l’essai
(1) (2) (4)(3) (5)
Équipements utilisés
Méthodologie et résultats(4)
Étape 2: Essai de Module réversible sur les 4 sols (Résultats)
o Till SM
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
0 20 40 60 80
Mr
(MP
a)
σd (kPa)
σ3= 41,47 kPa état optiumσ3=41,47 kPa État Saturé
σ3=27,68 kPa État Optimumσ3=27,68 kPa État Saturé
σ3=13,82 kPa État optimumσ3=13,82 kPa État Saturé
Modèle de prédiction de Mr (suggéré par le MEPDG)
SolsK1 opt (Uzan) K2 Opt (Uzan) K3 opt (Uzan) θopt σd opt Ks W opt volumetrique R2 modèle Uzan
- - - MPa MPa - % État OptimumTill SM 1,37 1,17 -0,64
-
-1,20 0,11 0,95Sable SP 1,08 0,87 -0,38 -0,79 0,16 0,97Argile CL 2,16 0,10 -0,37 -10,55 0,23 0,97Argile CH 3,81 0,07 -0,41 -7,92 0,28 0,89
Mr = K1opt (Uzan)
Paθ
Pa
K2 opt (Uzan ) σ d
Pa
K3opt (Uzan )
× 10Ks W −Wopt( )
Mr (Uzan) à l’optimum
K1, K2, K3, Ks : Paramètres de régression du modèle
Mr = K1Pa
θ
Pa
K2 σ d
Pa
K3
Modèle de Uzan (1985):
Modèle initial MEPDG: Mr = 10Ks W −Wopt( )
0
100
200
300
400
500
600
700
800
0 200 400 600 800
Mr
Cal
culé
(M
Pa)
Mr mesuré (MPa)
Mr mesuré vs MrCalculé à l'étatsaturé
Mr mesuré vs Mrcalculé à l'étatOptimum
Illustration fiabilité du modèle (Till SM)
Méthodologie et résultats(5)
Étape 2: Essai de déformation permanente sur les 4 sols (méthodologie)
o Permet de décrire le comportement en déformation permanente (Lien εp v W)
o Deux condition environnementales: État Optimal et Saturé
o Échantillons de dimensions 100mm x 200mm
o σd= 20kPa et σ3= 15kPa (simulation sur Winjuléa)
o 50000 cycles par palier environnemental
o Chargement de type Haversine (200ms de chargement et 800ms de repos
Différentes étapes de l’essai
(1) (2) (3) (4) (5)
Méthodologie et résultats(6)
Étape 2: Essai déformation permanente sur les 4 sols (Résultats)
0
5000
10000
15000
20000
25000
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
4500
5000
0 20000 40000 60000 80000 100000 120000
εp (
Mic
ro d
efo
rmat
ion
) fo
r C
H,S
M, S
P, C
L
Cycle N
Argile CH
Till SM
Sable SP
Argile CL
Légende des axes:Gauche: CH,SM, SPDroite: CL
État optimal État saturé
Analyse des résultats de l’essai
Utilisation du modèle de Dresden : ε p = AN
1000
B
B: taux de εpA: Déformation à 1000 cyclesN: Nbre de cycle
Lien entre B et W pour chaque sol
o B à 50000 cycles par condition environnementaleo Relation linéaire en fonction de la W
Type de sol Argile CL Argile CH Till SM Sable SP
W volumétriqueOptimum Saturé Optimum Saturé Optimum Saturé Optimum Saturé
28,84% 34,43% 25,06% 43,25% 13,32% 19,75% 17,18% 35,08%
Corrélation 0,99 0,98 0,99 0,90 0,99 0,97 0,99 0,99
Paramètre A 694,6 18146,0 405,8 2276,4 932,7 218,4 1150,1 366,6
Paramètre B 0,17 0,03 0,17 0,14 0,06 0,11 0,06 0,32
Méthodologie et résultats(7)
Étape 2: Essai au simulateur de charge routier (Description)
o Décrit le comportement en déformation permanente (Lien εp v W) (validation de l’essai triaxial)
o Simule à petite echelle le comportement de chaussée (rotation de σ) (sol d’infrastructure)
o Validation de l’essai de déformation permanente
o L=2,75m, l=1,25m, h=2,5m
Simulateur Vitesse max = 6km/h
Tps de passage = 1,5 s
Confection d’échantillon et instrumentation
(Juneau et pierre, 2008)
Infra: 185 mm
SF: 185 mm
F: 140 mm
EB: 50mm: Prise de mesure
Cycle
1 0
2 50
3 100
4 200
5 350
6 500
7 1000
8 2000
9 3500
10 5000
11 10000
12 20000
13 30000
14 40000
15 50000
Méthodologie et résultats(8)
Étape 2: Essai au simulateur de charge routier (Méthodologie)
o Deux condition environnementales: État Optimal et Saturé
o Pression dans le ballon= 25 PSI et pression dans le pneu=80 PSI (simulation sur Winjuléa)
o 50000 cycles par palier environnemental
o Réalisation sur Till SM et argile CL
Différentes étapes de l’essai
(1) (2) (3) (4) (5) (6)
Méthodologie et résultats(9)
Étape 2: Essai déformation permanente sur les 4 sols (Résultats)
Analyse des résultats de l’essai
Utilisation du modèle de Dresden : ε p = AN
1000
B
B: taux de εpA: Déformation à 1000 cyclesN: Nbre de cycle
Lien entre B et W pour chaque sol
o B à 50000 cycles par condition environnementaleo Relation linéaire en fonction de la W
0,0%
0,5%
1,0%
1,5%
2,0%
2,5%
3,0%
3,5%
4,0%
4,5%
0 20000 40000 60000 80000 100000 120000
Dé
form
atio
n p
erm
ane
nte
(%
)
Cycle N
Argile CL Étatoptimum et saturé
Till SM étatoptimum et saturé
État optimum État Saturé
Type de sol Argile CL Till SM
W Volumétrique (%)
Optimum Saturé Optimum Saturé
29,0% 36,7% 13,4% 26,7%
Correlation 0,92 0,84 0,92 0,97
Paramètre A 0,0016 0,0037 0,0037 0,0021
Paramètre B 0,5885 0,6491 0,1891 0,4118
Plan de présentation
o Mise en contexte
o Description et objectif du projet
o Méthodologie et résultat des essais
o Analyse des résultats et loi d’endommagement
o Conclusion
o Analyse des résultats et loi d’endommagement
Analyse des résultats et loi d’endommagement(1)
Moyennes de précipitations actuelles
(MTQ, 2012)
Région d’étudeo Référence des scénarios climatiques
o Moyennes effectuées sur 30 ans
o Période de référence de 1971 à 2000
o 3 zones étudiées entre Mars et Novembre
Zone 1 85,4 mm
Zone 2 74,3 mm
Zone 3 72,7 mm
Zone 1
Zone 2
Zone 3
85,4 mm72,7 mm
74,3 mm
Ptotal=232,4mm
Analyse des résultats et loi d’endommagement(2)
(MTQ, 2012)
Moyennes de précipitations futures
o Établis par Ouranos (2012)
o Périodes future d’analyse : 2010- 2039 (référence de 1971-2000)
o 3 zones étudiées entre Mars et Novembre
o 10 scénarios de MRCC effectués
o 2 scénarios retenus : un scénario optimiste et un scénario pessimiste d’ de Précipitations pour chaque zone
Optimiste
Pessimiste
Zone 1 6,39% 0,67%
Zone 2 7,40% -0,10%
Zone 3 8,45% 2,17%
Zone 1
Zone 2
Zone 3
0,67%
2,17%
-0,10%
Total: 2,74 % Pessimiste
zone 1
zone 2
zone 3
6,39%
7,40%
8,45%
Total: 22,24 %
Optimiste
Analyse des résultats et loi d’endommagement(3)
Résumé des scénarios de d’augmentation de précipitation
Période de référence (1971-2000)
Zone 1
Zone 2
Zone 3
85,4 mm72,7 mm
74,3 mm
Ptotal=232,4mm
Période future (2010-2039)
Scénario optimiste
Scénario pessimiste
90,905
79,757
78,863
Optimiste: Total = 249,5 mm
Zone 1
Zone 2
Zone 3
86,023
74,187
74,293
Pessimiste: total= 234,4 mm
Zone 1
Zone 2
Zone 3
Analyse des résultats et loi d’endommagement(4)
Analyse du dommage
Deux paramètres: N (essai triaxial de Mr) et B (Essai triaxial εp et essai simulateur εp )
N (ECAS): Nbre de charges axiales admissibles dans la chaussée
o Loi d’endommagement de l’Asphalt Instituteo εz : déformation au dessus de l’infra (fonction de Mr)o εz :obtenu par simulation Winjuléa
o Pour chaussée nationale et charge standard
B: Taux de déformation permanente o Modèle de Dresden
N = 106 ε z
482
−4,48
Durée de vie relative entre horizon futur et référence
N futur
N référence
(essai M r)
BRéférence
B futur
(essai triaxial)
BRéférence
B futur
(essai sim ulateur)
Démarches de l’analyse du Dommage
P vs ∆W
∆W vs Mr(triaxial)
∆W vs B (triaxial et
simulateur)
Scénario ∆P
B
NLoi d’endommagement
Modèle de Dresden
P
∆W
∆W
o zone 1 (Endommagement relatif)
Analyse des résultats et loi d’endommagement(5)
73,4%
93,6% 93,8%
80,68%
92,91%
76,09%
89,49%96,13%
72,25%
108,14%
0%
20%
40%
60%
80%
100%
Mr (N futur/N actuel) Def. Perm (B actuel/Bfutur) Simulateur (B actuel/Bfutur)
Du
rée
de
vie
re
lati
ve (
%)
Zone 1: (Scénario Optimiste de ΔP)
P1971-2000=85,5 mmP 2010-2039 =90,9 mm
Till SM
Sable SP
Argile CL
Argile CH
96,72% 99,29% 99,31%97,72% 99,20%97,12% 98,78% 99,58%96,61%100,80%
0%
50%
100%
Mr (N futur/N actuel) Def. Perm (B actuel/Bfutur) Simulateur (B actuel/Bfutur)
Du
rée
de
vie
re
lati
ve (
%)
Zone 1: (Scénario Optimiste de ΔP)
P1971-2000=85,5 mmP2010-2039 =86,0 mm
Till SM
Sable SP
Argile CL
Argile CH
o Zone 2 (endommagement relatif)
Analyse des résultats et loi d’endommagement(6)
71,11%
92,63% 92,90%
79,39%
91,65%
74,83%
86,52%
95,76%
71,24%
92,96%
0%
20%
40%
60%
80%
100%
Mr (N futur/N actuel) Def. Perm (B actuel/Bfutur) Simulateur (B actuel/Bfutur)
Du
rée
de
vie
re
lati
ve (
%)
Zone 2: (Scénario Optimiste de ΔP)
P1971-2000=74,3 mmP2010-2039 =79,8 mm
Till SM
Sable SP
Argile CL
Argile CH
100,72% 100,11% 100,11%100,32% 100,13%100,41% 100,22% 100,06%100,47% 100,10%
0%
20%
40%
60%
80%
100%
Mr (N futur/N actuel) Def. Perm (B actuel/Bfutur) Simulateur (B actuel/Bfutur)
Du
rée
de
vie
re
lati
ve (
%)
Zone 2: (Scénario Optimiste de ΔP)
P1971-2000=74,3 mmP 2010-2039 =74,2 mm
Till SM
Sable SP
Argile CL
Argile CH
o Zone 3 (endommagement relatif)
Analyse des résultats et loi d’endommagement(7)
67,85%
91,66% 91,97%
77,16%
90,53%
72,42%
84,59%
95,23%
0%
20%
40%
60%
80%
100%
Mr (N futur/N actuel) Def. Perm (B actuel/Bfutur) Simulateur (B actuel/Bfutur)
Du
rée
de
vie
re
lati
ve (
%)
Zone 3: (Scénario Optimiste de ΔP)
P1971-2000=72,7 mm P 2010-2039 =78,9 mm
Till SM
Sable SP
Argile CL
Argile CH
90,34%
97,72% 97,81%93,47%
97,39%91,90%
95,54%98,73%
90,66%
97,83%
0%
20%
40%
60%
80%
100%
Mr (N futur/N actuel) Def. Perm (B actuel/Bfutur) Simulateur (B actuel/Bfutur)
Du
rée
de
vie
re
lati
ve (
%)
Zone 3: (Scénario Optimiste de ΔP)
P1971-2000=72,7 mm P2010-2039 =74,3 mm
Till SM
Sable SP
Argile CL
Argile CH
Plan de présentation
o Mise en contexte
o Description et objectif du projet
o Méthodologie et résultat des essais
o Analyse des résultats et loi d’endommagement
o Conclusiono Conclusion
Conclusion(1)
des précipitations mensuelles entre -0,10% et 8,45% sur un horizon de 2010-2039o Pour des scénarios optimiste et pessimiste
Objectif: Quantifier réduction de vie utile causée par ces augmentationso Lien P vs ∆W et ∆W vs Prop. Mécaniques(Mr, εp)
Endommagement, caractérisé par N (fonction de Mr) et εp, avec expérimentationo
Résultats obtenus dans les 3 trois zones de la région d’étude
N futur
Nréférence
(essai Mr) BRéférence
B futur
(essai triaxial) BRéférence
B futur
(essai simulateur)
Till SM Sable SP Argile CL Argile CH
Nfutur/Nactuel
(Triaxial)67,9%-100,7%
77,2%-100,3%
74,4%-91,9%68,4%-100,5%
Bactuel/Bfutur
(triaxial)91,7%-100,1%
90,5%-100,1%
84,6%-100,2%
92,9%-100,1%
Bactuel/Bfutur
(simulateur)91,9%-100,1%
-95,2%-100,1%
-
Conclusion(2)
Quelques incertitudes!
o Améliorations futures
1. Corrélation et données pour Relation P vs ΔW
2. Modèle linéaire de εp
3. Incertitude dans les scénarios climatiques1. Horizon utilisé
2. Nombre de scénarios
3. Périodes mensuelles dans l’année
-10
-5
0
5
10
15
20
25
Au
gme
nta
tio
n d
es
pré
cip
itat
ion
s (%
)
deltas moyens de précipitation, de Mars à Novembre, 1971-90 vs 2046-65
zone 1 zone2 zone 3
acuagr
afx
agr agx
adc
Conclusion(3)
o Solutions tangibles
o Utilisation de matériaux moins sensibles à l’eau
o L’adaptation de meilleurs systèmes de drainage
Remerciements
o Guy Doréo Jean-Pascal Bilodeauo Pierre Perrono Marie France Sotilleo Christian Juneauo André Lapierreo Jolyo Rayelleo Mes parentso Tous les partenaires de la chaireo Tous ce que j’aurais oublié (et qui me pardonneront)
QUESTIONS