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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 W I Nalio~Lli brary Bibliothèque nationale ofcana& du Canada Acquisitions and Acquisitions et Bibliographie Services services bibliographiques 395 Wellington Street 395. rue Wellinq(on Ottawa ON KI A ON4 ûtîawaûN K l A W canada Canada The author has granted a non- L'auteur a accordé une licence non exclusive licence allowing the exclusive permettant a la National Library of Canada to Bibliothèque nationale du Canada de reproduce, Ioan, distribute or selt reproduire, prêter, distribuer ou copies of this thesis in microform, vendre des copies de cette thèse sous papa or electronic formats. la f m ed e microficheifilm, de reproduction sur papier ou sur format électronique. The author retms ownership of the L'auteur conserve ta propriété du copyright in this thesis. Neither the droit d'auteur qui protège cette thèse. thesis nor substantial extracts fiom it Ni la thèse ni des extraits substantiels may be printed or otherwise de celle-ci ne doivent être imprimés reproduced without the author's ou autrement reproduits sans son 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
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