Analyse des résultats des simulations de soulèvement au gel par déformations

Dans la série de résultats obtenue en considérant la deuxième approche, le soulèvement prévu par l’ODPSG pour la chaussée bitumineuse type a été imposé sur les dix sous-couches de sol d’infrastructure des trois structures de chaussées rigides étudiées. Lors des simulations de soulèvements, les contraintes verticales sur la frange gelée ont été mesurées dans la section 5.3 et ont été utilisées comme surcharge appliquée dans l’équation de correction du SP. Une nouvelle prédiction des soulèvements qui prend en compte la correction du SP0 a été calculée et a ensuite été appliquée sur la structure de chaussée rigide étudiée. Ce processus a été réalisé jusqu’à la stabilisation du soulèvement.

Le Tableau 6.2 présente les résultats de soulèvements liés à la formation de lentilles de glace en fonction de la contrainte verticale appliquée sur la frange gelée pour chacun des revêtements étudiés en utilisant l’approche de déformations imposées. Dans ce tableau, ce veut un résumé de la Figure 6.9.

Tableau 6.2 Résultats de prédictions de soulèvement lié à la formation de lentilles de glace avec l’approche de déformations imposées Type de revêtement Prédiction de soulèvements

(mm)

Contrainte verticale appliquée sur la frange gelée (kPa)

BAC 1,75 260

Dalles courtes non armées

goujonnées 2,48 210

Dalles courtes non armées non

La Figure 6.9 présente l’évolution entre le soulèvement initial visé et le soulèvement prévu en considérant la déformation du revêtement pour tous les types de revêtement rigide étudié. Sur cette figure, on peut voir que les revêtements de DCNANG et de DCNAG réagissent de façon similaire lors de l’imposition des soulèvements. Dans le cas du revêtement de BAC, il est possible de remarquer qu’il est beaucoup plus performant face au soulèvement. Le soulèvement final de tous les revêtements se veut le point où le soulèvement initial visé est équivalent au soulèvement prévu en considérant la déformation du revêtement.

Figure 6.9 Comparaison entre le soulèvement initial visé et du soulèvement prévu en considérant la déformation du revêtement

6.2.1 BAC (Béton armé continu)

Dans le scénario étudié, le revêtement de BAC permet de limiter le soulèvement lié à la formation de lentilles de glace à 1,75 mm. Cette diminution est entièrement due à l’augmentation de contrainte verticale sur la frange gelée qui passe de 18 kPa à 260 kPa. Lors de la simulation effectuée, une largeur de revêtement de 7,40 mètres au centre du modèle se

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 0 2 4 6 8 10 Soulèvement initial visé (mm)

Nouvelle hauteur de soulèvement en considérant une diminution du potentiel de ségrégation (mm)

BAC DCNANG

DCNAG Puissance (BAC) Puissance (DCNANG) Puissance (DCNAG)

sépare de la fondation granulaire et se retrouve uniquement appuyée sur la zone de soulèvement. Si on considère l’effet du soulèvement sur une zone circulaire, on obtient une surface de revêtement de 43,71 m² qui est appuyé uniquement sur une zone de soulèvement de 0,785 m². Le poids propre élevé de la dalle de béton et la zone de soulèvement relativement faible permettent l’imposition d’une grande contrainte verticale vers la frange gelée.

Lorsque le soulèvement est à son maximal, soit 1,75 mm, la contrainte en tension présente dans la partie supérieure du revêtement de BAC s’élève à 0,75 MPa. Cette contrainte se transforme en contrainte en compression en s’éloignant du centre du revêtement. Cette valeur est bien en dessous de la résistance en tension maximale du béton (5 MPa). La Figure 6.10 présente une vue en coupe longitudinale et transversale d’une partie des contraintes en tension et en compression dans le revêtement de BAC lors d’un soulèvement de 1,75 mm. Pour obtenir fissuration du revêtement de BAC dans le cas présent, un soulèvement d’environ 35 mm au centre du revêtement serait nécessaire. Ce soulèvement engendrait une contrainte en tension localisée dans la partie supérieure de la dalle, au-dessus de la zone de soulèvement, supérieure à 5 MPa, qui engendrait la rupture.

Figure 6.10 Contraintes en tension et en compression dans le revêtement BAC lors d’un soulèvement de 1,75 mm en utilisant l’approche de déformations imposées

6.2.2 DCNAG (Dalles courtes non armées goujonnées)

Le revêtement de DCNAG possède deux coupes différentes à analyser, la coupe transversale et la coupe longitudinale. Tel que présenté au Tableau 5.11, la coupe transversale, possédant des dalles de béton de moins grande dimension et possédant de l’acier d’armature aux joints de plus faible diamètre installé à une fréquence plus faible, performe moins bien face aux soulèvements. Puisque la coupe transversale performe moins bien face aux soulèvements au gel, il sera considéré que la coupe transversale gouverne la résistance face aux soulèvements du revêtement de DCNAG.

Dans le scénario étudié, le revêtement de DCNAG permet de limiter le soulèvement lié à la formation de lentilles de glace à 2,48 mm. Cette diminution est entièrement due à l’augmentation de contrainte verticale sur la frange gelée qui passe de 18 kPa à 210 kPa.

La Figure 6.11 présente un vue en coupe transversale des contraintes en compression et en tension lors du soulèvement de 2,48 mm du revêtement de DCNAG. Dans cette figure, le soulèvement a été appliqué sous le joint central de la chaussée. Le joint central se trouve sur l’axe vertical complètement à gauche sur la figure.

Figure 6.11 Contraintes en tension et en compression dans le revêtement de dalles courte armées goujonnées lors d’un soulèvement de 2,48 mm

Dans la Figure 6.11, il est possible de remarquer la présence de contraintes en tension dans le haut du joint central. Ces contraintes en tension semblent être le fruit de la présence de tirants qui tentent de limiter l’espacement des dalles. On peut aussi remarquer un mouvement de

rotule autour des joints, phénomène présenté à la Figure 6.5. Cet effet de rotule permet aussi une augmentation la contrainte en compression dans le bas du joint central à plus de 0,5 MPa.

L’effet de roture semble aussi montrer que les joints créent une faiblesse dans le revêtement. Grâce au joint, le revêtement de DCNAG peut se déformer légèrement dans le but de mieux épouser la couche de sol support. Le comportement du revêtement de DCNAG face aux soulèvements se rapproche un peu du comportement de l’enrobé bitumineux. Le revêtement a tendance à mieux épouser son sol support ce qui diminue la contrainte verticale transmise à la frange gelée.

Sur la Figure 6.11, il est aussi possible de remarquer une contrainte en compression et une contrainte en tension dans le revêtement en lien avec une partie du revêtement non appuyée. En effet, lors du soulèvement central du revêtement de 2,48 mm, la dalle de béton de 3,7 mètres (à gauche sur la Figure 6.11) se retrouve presque entièrement soulevée. Elle est appuyée sur la zone de soulèvement sur 0,512 m au centre et près du joint à droite. En tout, elle est soulevée sur 3,340 mètres. Considérant un appui et un soulèvement circulaire, la section de dalle soulevée de 35,05 m² s’appuie sur 0,824 m². La contrainte verticale totale transmise à la frange gelée s’élève à 210 kPa.

6.2.3 DCNANG (Dalles courtes non armées non goujonnées)

Le revêtement de DCNANG possède deux coupes différentes à analyser, la coupe transversale et la coupe longitudinale. Les prédictions de soulèvements au gel pour les deux coupes sont relativement similaires. Cette similarité s’explique par le fait que bien que la coupe longitudinale du revêtement de DCNANG ne comporte pas d’acier d’armature pour transférer les charges entre les dalles, un certain transfert s’effectue tout de même grâce à un blocage entre dalles. Par contre, tel que présenté au Tableau 5.11, la coupe longitudinale performe moins bien face aux soulèvements. Puisque la coupe longitudinale performe moins bien face aux soulèvements au gel, il sera considéré que la coupe longitudinale gouverne la résistance face aux soulèvements du revêtement de DCNANG.

Le phénomène de rotule aux joints entre les dalles, présenté à la Figure 6.5, est aussi présent dans la coupe longitudinale lorsque la sollicitation est imposée sous le joint. Par contre, seules les contraintes en compression peuvent être transférées via les joints sans armature. La Figure 6.12 présente une coupe longitudinale des contraintes en tension et en compression présentes dans la coupe longitudinale lors du soulèvement de 2,50 mm d’un revêtement de DCNANG.

Figure 6.12 Contraintes en tension et en compression dans le revêtement de dalles courte armées non goujonnées lors d’un soulèvement de 2,50 mm

Sur cette figure il est possible de voir le transfert de contrainte en compression entre les dalles. Il est aussi possible de remarquer des contraintes en tension et en compression dans le haut et dans le bas de la dalle à gauche, sur la Figure 6.12, dues à un soulèvement au centre du revêtement de 2,50 mm. Ces contraintes sont liées au fait que, lors du soulèvement du revêtement de 2,50 mm, la dalle à gauche n’est pas appuyée en son centre. Elle est appuyée sur la zone de soulèvement sur 0,514 m au centre et près du joint à droite. En tout, la dalle est

soulevée sur 3,346 mètres. Considérant un appui et un soulèvement circulaire, la section de dalle soulevée s’appuie sur 0,830 m² et la grandeur de la section de dalle soulevée s’élève à 35,172 m². La contrainte verticale totale transmise à la frange gelée s’élève à 209,52 kPa.

6.2.4 Résumé de l’analyse de l’approche de déformations imposées

L’approche par déformations imposées prédit pour les trois revêtements rigides une réduction du soulèvement lié à la formation de lentilles de glace très importante, de l’ordre de 97%, par rapport à la prédiction de soulèvement de la même structure de chaussée possédant un revêtement bitumineux. Cette réduction est entièrement due un soulèvement d’une partie du revêtement et à la diminution de la surface contact entre le revêtement et le sol support.

La deuxième approche de prédiction se voulait aussi un moyen de déterminer le soulèvement possible maximal d’un revêtement de chaussée rigide. Dans tous les types de revêtement étudiés, la limitation totale de la prédiction de soulèvement a été obtenue dans la première sous-couche de sol d’infrastructure. Une contrainte en tension suffisante à engendrer la rupture du revêtement, quel qu’il soit, n’a jamais été atteinte.

Les prédictions de soulèvements liés à la formation de lentilles de glace sont relativement similaires pour les trois types de revêtement analysés. Cette similitude s’explique encore une fois par le faible soulèvement du revêtement. Un soulèvement plus important aurait imposé une sollicitation plus accrue du revêtement et aurait pu causer la fissuration et la rupture des dalles de béton ce qui aurait permis une augmentation des prévisions de soulèvements liés à la formation de lentilles de glace.

6.3 Comparatif entre les résultats obtenus avec l’approche par contraintes