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

Une fois les deux approches de prédictions des soulèvements au gel sur chaussées rigides analysées, une comparaison entre les résultats de prédictions obtenues pour chacune des approches a été réalisée. La Figure 6.13 présente toutes les prédictions de soulèvement obtenu

avec les deux approches étudiées pour chacune des sous-couches de sol d’infrastructure et chacun des types de revêtement.

Figure 6.13 Soulèvements cumulatifs de tous les revêtements étudiés en considérant les deux approches de prédictions des soulèvements au gel (échelle

logarithmique en Y), le suffixe D a été ajouté aux résultats considérant l’approche par déformations imposées

Sur la Figure 6.13, il est possible de remarquer que toutes les prédictions de soulèvement sur les chaussées rigides sont dans le même ordre de grandeur. Une réduction importante des

0,1 1 10 100 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Soulèvements cumulatifs (mm)

Sous-couche de sol d'infrastructure

BAC BAC D

Dalles courtes non armées non goujonnées Dalles courtes non armées non goujonnées D Dalles courtes non armées goujonnées Dalles courtes non armées goujonnées D Enrobé bitumineux

prédictions de soulèvements comparativement à la chaussée bitumineuse est remarquée pour les deux approches utilisées. La réduction des prévisions des soulèvements semble entièrement due à l’augmentation de résistance à la déformation du revêtement. Dans la première approche, un revêtement plus résistant à la déformation est moins influencé par une contrainte fixe qu’un revêtement peu résistant à la déformation. Dans la deuxième approche, la résistance à la déformation du revêtement permet une augmentation de la charge sur la frange gelée et ainsi une réduction de la déformation du revêtement.

Sur la Figure 6.13, il est aussi possible de remarqué que lors de l’utilisation de l’approche 1, chacune des sous-couches de sol d’infrastructure gonfle et l’addition de ces soulèvements engendre un soulèvement total du revêtement. Dans l’approche 2, le soulèvement s’effectue entièrement dans la première sous-couche de sol d’infrastructure. Cette différence s’explique par la méthodologie utilisée dans le but de simuler les soulèvements dans la structure de chaussée. Dans l’approche 1, la contrainte nécessaire pour faire gonfler de la grandeur voulue chacune des sous-couches de sol d’infrastructure de la chaussée bitumineuse type a été déterminée. Les contraintes déterminées ont ensuite été appliquées, sur leurs sous-couches respectives, dans les structures de chaussées rigides. Tandis que dans l’approche 2, lors de l’application du premier soulèvement sur les chaussées à revêtement rigide, la contrainte nécessaire à limiter complètement la prédiction de soulèvement a été obtenue.

Tel que le présente les Figure 6.3, Figure 6.7, Figure 6.9, Figure 6.10, Figure 6.11 et Figure 6.12, les contraintes en tension et en compression dans le revêtement ont toujours été inférieures à leurs limites respectives ne causant pas de fissuration. Pour dépasser ces limites, il aurait été nécessaire d’imposer de plus grandes déformations sur les revêtements. Tel que mentionné à la section 6.2.1, dans le cas du revêtement de BAC, une déformation de 35 mm aurait engendré une contrainte en tension supérieure à la limite et ainsi la rupture du revêtement.

Les prédictions totales de soulèvements au gel entre les deux approches sont assez similaires. Par contre, tel que mentionné précédemment, la méthodologie pour atteindre ces prédictions

est très différente. Dans l’utilisation de l’approche 1, il est supposé que les contraintes développées par la formation de lentilles de glace dans une structure de chaussée sont identiques, peu importe la résistance à la déformation des matériaux supérieurs. Par contre, lors de la solidification de l’eau en glace, la contrainte développée peut atteindre plus de 100 MPa. Donc, théoriquement, l’eau se transforme en glace si elle n’est pas confinée à plus de 100 MPa. Dans les simulations réalisées dans le cadre de ce travail, les contraintes ne dépassent jamais 1 MPa. La transformation de l’eau en glace devrait engendrée une contrainte suffisante dans le but de permettre le changement de phase de l’eau en glace. Par contre, le phénomène de formation de lentilles de glace est beaucoup plus complexe que le changement de volume de l’eau. Ce phénomène se base sur la remontée capillaire de l’eau, habituellement par la nappe phréatique, dans la partie gelée du sol. Considérant cette complexité et le fait que l’action de la formation de lentilles de glace dans une structure de chaussée soit peu couvertes dans la littérature, cette approche a toute de même été considérée comme valable.

De l’autre côté, l’approche 2 se base sur le soulèvement du revêtement dans le but d’augmenter la surcharge sur la frange gelée. Lors des simulations, un seul soulèvement ponctuel lié à la formation de lentilles de glace ponctuelle a été considéré. Le fait de considérer plus d’un soulèvement aurait augmenté la dimension de la zone de soulèvement, zone centrale où le revêtement s’appuie, et ainsi réduit la surcharge sur la frange gelée pour augmenter les prévisions de soulèvements liés à la formation de lentilles de glace. Dans un cas réel, il est très difficile de prédire avec précision la dimension de la zone de soulèvement. Par contre, dans le manuel d’utilisation du logiciel Chaussée 2, il est spécifié que soulèvement maximal admissible se doit d’être différentiel (St-Laurent, 2006). Habituellement, il devrait être possible de le mesurer in situ à l’aide d’un jalon de 2 mètres de longueur. C’est pourquoi une dimension arbitraire de 1 mètre de diamètre a été donnée au soulèvement simulé.

Bien que la comparaison de prédictions de soulèvements liés à la formation de lentilles de glace pour les deux approches ait été réalisée, les données recueillies ne permettent pas de déterminer si une des deux approches est préférable. Pour ce faire des essais théoriques ainsi que des vérifications en chantier supplémentaires sont nécessaires. Les deux approches se

basent sur des concepts valables et sur un modèle de prédiction de soulèvements au gel utilisé lors de la conception de chaussée au Québec. Il est intéressant de remarquer que les prédictions de soulèvements au gel pour les deux approches sont très similaires. L’écart maximal entre les deux approches de prévision des soulèvements se situe à 6,11 mm dans le cas des DCNANG ce qui représente un peu plus de 8% d’écart par rapport à la prévision de soulèvement initiale de 74,91 mm. Dans la section suivante, les deux approches ont été utilisées dans le but de dimensionner une chaussée rigide de DCNAG. Ce dimensionnement est le dénouement de cette recherche. Il permettra de faire ressortir les différences entre le dimensionnement face au gel d’une structure de chaussée bitumineuse et une structure de chaussée rigide.

6.4 Dimensionnement d'une chaussée rigide de DCNAG (dalles courtes non armées