ÉCOLE DE TECHNOLOGIE SUPÉRIEURE PROJET D'APPLICATION PRÉsENTÉ À L'

156 Pages·2001·4.64 MB·French

ÉCOLE DE TECHNOLOGIE SUPÉRIEURE
UNIVERSITÉ DU QUEBEC
PROJET D'APPLICATION PRÉsENTÉ À
L'~COLED E TECHNOLOGIE SUPERJEURE
COMME EXIGENCE PARTIELLE
A L'OBTENTION DE LA
MAÎTRISE EN G J ~DEE LA CONSTRUCTION
M. ING.
PAR
CHAOUKI ABOU-RJAILI, B.Sc.A.
DÉVELOPPEMENT ET CALAGE DES MODÈLES DE COMPORTEMENT DU
&SEAU DE CHAUSSEESR iGiDES DU MTQ
MONRÉAL, NOVEMBRE 1999
O droits réservés de Chaouki Abou-Rjaili 1999
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permission. autorisation.
M. Gabriel J. Assaf, professeur-tuteur et professeur
au département de génie de la construction à l'École de technologie superieure
M. Daniel Perraton, professeur
au département de génie de la construction à l'hale de technologie supérieure
M. Marc Bourdeau, professeur
Au département des mathématiques appliquées A l'École Polytechnique de Montréai
IL A FAIT L'OBJET D ' W P &SENTATION DEVANT CE JURY ET UN PUBLIC
LE 27 OCTOBRE 1999
A L'ÉCOLE DE TECHNOLOGIE SUPÉRIEURE
DÉVELOPPEMENT ET CALAGE DES MODÈLES DE COMPORTEMENT DU
&SEAU DE CHAUSS~ESR IGIDES DU MTQ
(Sommaire)
Dans le cadre de Ia politique sur les chaussées en béton de ciment et de
l'implantation d'un système de gestion des chaussées au Ministère des transports, le
développement et l'utilisation subséquente de modèles prévisionnels du comportement
des chaussées constituent une étape importante. Les modèles de comportement
permettent d'établir le comportement ou l'évolution de l'état de la surface ainsi que la
performance des chaussées selon leurs caractéristiques et leurs conditions d'exploitation.
Des efforts importants et fivctueux ont déjii été consentis à l'élaboration de
modéles de comportement des chaussées provinciales flexibles à l'bcole de technologie
supérieure. Le développement de modtYes de comportement du réseau de chaussées
mixtes et rigides s'inscrit dans le cadre d'une initiative identique. Le présent projet
d'application traite uniquement des modéles pour chaussées rigides.
Il existe une multitude de mod&lesd e détérioraîion des chaussdes rigides, élaborés
par diverses associations, organisations et administrations. L'application et la validation
de certains de ces modèles aux conditions qudbecoises permettra ii la fois de répondre aux
besoins du Ministère pour alimenter le systkme de gestion des chaussées et de compldter
un engagement envers I'AIPCR de participer aux essais de validation du logiciel HDM-4
de la Banque Mondiale. Dans ce contexte, un contrat de recherche a été octroyé à l'École
de technologie supérieure pour procéder à la validation et au calage des modèles de
détérioration des chaussées rigides du logiciel HDM-4 de la Banque Mondiale.
Le projet a été réalisé en plusieurs phases. Ces phases consistent à présenter
l'origine, le développement et la structure du logiciel HDM-4.L es types, les défauts de
surface et les caractéristiques stnicturaies d'une chaussée rigide sont établis. Une revue
des modéles proposés dans KDM-4 est ensuite réalisée siTi de retenir les modèles
pertinents aux types de chaussées rigides au Québec. La méthodologie de calage
proposée par HDM4 est discutée et les données fournies par le MTQ sont évaluées à la
lumiére des modèles de détérioration retenus. Les divers facteurs de cdage sont présentés
ainsi que les résultats, les conclusions et les reçommandations importantes qui se
dégagent des calages effectués.
Les modèles retenus selon les types de chaussées rigides au Québec sont : la
dénivellation des joints transversaux, l ' é p a h des joints transversaux, la fissuration et
l'uni. Il ressort de l'étude que les données requises pour effectuer le calage proviennent
d'un kchantillonaage de taiile restreinte. À la lumi& de cette constatation, la qualité des
facteurs de calage a été étudide selon une méthode statistique en choisissant la meilleure
erreur de prédiction.
II est donc recommandé que le Ministem procède à la validation des ces facteurs
de cdage en fournissant des échantillons de données de taille sufnsante. Ce projet se
poursuit par un recueil de données supplémentaires pour valider les calages des modéles
du HDM-4 obtenus dans cette étude.
REMERCIEMENTS
Je tiens tout d'abord a exprimer ma reconnaissance et mes remerciements
chdeureux envers mon directeur de projet, M. Gabriel J. Assaf, Ph.D. pour son appui
continuel et ses précieux conseils qui m'ont motivé tout au long de la réalisation du
projet. Aussi, je suis très reconnaissant à M. Marc Bourdeau de m'avoir aidé au niveau
technique et je tiens a le remercier sincèrement pour ses conseils et ses remarques. Je
remercie aussi M. Daniel Perraton pour ses renseignements supplémentaires.
Mes remerciements vont également à tous les membres de ma famille, pour leur
aide et leurs encouragements essentiels tout au long de mes études.
Je désire findernent dédier cet ouvrage à une personne qui m'a constamment
enrichit de vitalité d'esprit :
Sanaa Abou-Rjeily
TABLE DES MATIÈRES
........................................................................................................................
SOMMARE i
...
.......................................................................................................
REMERCIMENTS
iii
.................................................................................................
TABLE DES MATIERES v
..................................................................................................
LISTE DES TABLEAUX ix
....................................................................................................
LISTES DES FIGURES xi
.............................................................*.................*.........................*.....
iNTRODUCTION 1
...........................................................................
CHAPITRE 1 :M éthodologie du HDM-4 5
.......................................................................................................
1.1 Historique 5
..............................................................................................
1.2 Développement 7
.......................................................................................
1.3 Stnicture du systkme 9
..................................................................................
1.3.1 Outils d'analyse 1
...................................................................
1.3.1.1 Analyse de projet 11
..........................................................
1.3.1.2 Analyse de programme 13
...............................................................
1.3.1.3 Analyse de stratégie 14
...........................................................................
1.3.2 Gestion des données 15
...........................................................
1.3.2.1 Gestionnaire du réseau 15
...........................................
1A 2.2 Gestionnaire du pan: automobile 17
.......................................................
1.3.2.3 Gestionnaire des travaux 17
............................................
1.3.2.4 Gestionnaire de configuration 1 8
.................................................................
1.3.3 Analyse sur le cycle de vie 20
.....................................................
CHAPITRE 2 :C aractéristiques des chaussées rigides 22
....................................................................
2.1 Fonctions des chaussées rigides 22
..........................................
2.2 Caractéristiques générales des chaussées rigides 22
.............................................................
2.3 Classification des chaussées rigides 24
...............................................................
2.3.1 Types des chaussées rigides 24
2.3.1.1 Chaussées rigides jointées sans goujons pour le transfert
..........................................................
du charge (JPCP. dg) 24
............
2.3.1.2 Chaussées rigides jointées avec goujons (JPCP, dg) 25
2.3.1.3 Chaussées rigides jointées et renforcées (JRCP). .................. 25
..............
2.3.1.4 Chaussées rigides continues et renforcées (CRCP) +26
.................................
2.3.2 Types des matériaux de surface et de fonbtion 27
.......................................................................
2.4 L'dtat de la couche de surface 28
........................................
2.5 Les défauts de surface dans les chauss4es rigides 29
.........................................................................................
2.5.1 Les fissures 30
. .....................................................
2.5.1 1 La fissuration ûansversale 30
...................................................
2.5.1.2 La fissuration longitudinale 31
.................................................................
2.5.1.3 Cassures aux coins 32
2.5.1.4 Les fissurations associées h la durabilitd
................................................................
(fissures de type D) 33
..................................................................
2.5.2 La détérioration des joints 34
......................................
2.5.2.1 Défaut dans le scellement des joints 34
2.5.2.2 Épaufnue des joints longihidinaux ........................................ 35
..........................................
2.5.2.3 Épaufiure des joints transversaux 35
..................................................................
2.5.2.4 Épaufiure ducoin 36
............
2.5.2.5 Dénivellation aux joints transversaux et aux fissures 36
........................................................................
2.5.3 Les defauts de surface -37
...............................................................................
2.5.3.1 Faïençage 37
...............................................................................
2.5.3.2 Écaillage -37
.........................................................
2.5.3.3 Po lissage des granulats -37
vii
.............................................................................
2.5.3.4 Éclatement 37
....................................................................................
2.5.4 Autres défauts -38
......................................................
2.5.4.1 Souliovement, flambage -38
...........................................................
2.5 .4.2 Fissuration polygonale 38
.................................................
2.5.4.3 Infiltration et pompage d'eau 39
...........................................................................
2.5.4.4 Nid de poule 39
..............................................
2.5.4.5 Dénivellation voie-accotement 40
.................
2.5.4.6 Emploi partiel et détérioration de l'emploi partiel 40
.....................................
2.5.4.7 Séparation de l'accotement et la voie 41
...........
2.5 A.8 Détérioration des joints transversaux de construction 42
CHAPITRE 3 : Analyse structurale d'une chaussée rigide ...............................................4. 3
..............................................................................
3.1 Stmcture de la chaussée 43
.....................................................................
3.1.1 Propriétés des matériaux 43
3.1.1.1 Module de rupture du béton (MR,), . ....................................4. 3
3.1 .1 .2 Coefficient de drainage (Ca ..................................................4 6
......................................................
3.1.1.3 Coefficient thermique (a) 48
...............................
3.1.1.4 Cuefficient de rétraction hydraulique (e) 49
.
...................................................
3.1 1.5 Coefficient de Poisson ( v) 51
..........................................................
3.1.1.6 Module d'élasticité (EJ 52
3.1.1.7 Module d'élasticité du goujon (Eh .........................................5 2
.....................................
3.1.1.8 Modde de support des goujons (KJ 53
............................................................................
3.1 .1.9 Fondation - 3 3
......................................
3.1.2 Pourcentage des armatures de renforcement 55
....
3.1.3 La capacitd de transfert de charge dans les joints transversaux 0 56
.........................................................................................
3.1.4 Voie élargie 58
. ........................................................................................
3 1.5 Accotement S9
.............................................................................
3.2 Effets environnementaux -60
...............
3.2.1 Jours où la température est plus élevée que 90°F (DAY90) 60