Détermination du module sous chargement statique à la plaque (EV2) d’une structure de chaussé souple en milieu urbain, ville de Montréal

Le Laboratoire Universitaire sur les Chaussées, Routes et Enrobés Bitumineux (LUCREB) étudie dans le cadre d’un de ses projets de recherche le comportement des chaussées souples à structure de matériaux recyclés traités à froid à l’aide d’émulsion de bitume. Ce projet Recherche et Développement Coopérative (RDC), initié par le Conseil de recherches en sciences naturelles et en génie (CRSNG), a été rendu possible grâce à la collaboration de six partenaires industriels : Bitume Québec, Construction DJL inc., Inspec-Sol inc., Industries McAsphalt inc., Sintra inc. et Talon Sebeq. Dans le cadre des activités de la RDC, une première planche d’essai instrumentée a été réalisée à l’automne 2010. L’un des objectifs à la réalisation de la caractérisation d’une structure de chaussée consiste à déterminer le module sous chargement statique à la plaque (EV2) pour le dimensionnement de la structure de la chaussée. Ce module permet de mesurer quantitativement la portance du sol analysé. Cette information a été déterminée à l’aide de l’essai de plaque (Fig. 1), appareil gracieusement fourni par DJL, à différents endroits sur le site suivant l’axe longitudinal du tronçon instrumenté. De plus, grâce à la collaboration d’Inspec-Sol, cette information a pu être contrevérifiée à l’aide de l’appareil PANDA.

Instrumentation

La capacité portante de l’infrastructure de la structure de la chaussée instrumentée sur deux sections distinctes avec des jauges de déformation, d’humidité et de température, a été mesurée à l’aide d’un essai de plaque pour déterminer son module (EV2) à huit endroits différents sur le tronçon (Fig. 2), soit : cinq points de mesure pour la section 1 (P1.1 à P1.5 inclusivement) et trois points de mesure pour la section 2 (P2.1 à P2.3 inclusivement). À chaque point de mesure (essais de plaques et de PANDA), des échantillons de sols représentatifs ont été prélevés ( ), soit à raison de 10 kg chacun pour déterminer la teneur en eau et la granulométrie de l’infrastructure. Pour la section d’essai 1, l’instrumentation est concentrée suivant un plan transversal au point P1.5 (Fig. 2) à différentes profondeurs. Pour la section d’essai 2, l’instrumentation est concentrée suivant un plan transversal au point P2.3 (Fig. 2) à différentes profondeurs. Suivant les différents relevés de mesure à l’essai de plaque, il est possible de représenter l’évolution de la capacité portante de l’infrastructure aux alentours de l’instrumentation.

Essais de plaque

Les essais de plaque ont été réalisés en octobre 2010 suivant la norme d’essai NF P94-117-1. L’essai consiste à appliquer suivant deux séquences de chargements successifs une charge au sol support à l’aide d’une plaque de chargement de 600 mm de diamètre. Le chargement se fait en continu jusqu’à la stabilisation de l’enfoncement de la plaque (moins de 0,02 mm en 15 secondes). L’enfoncement de la plaque est mesuré à différentes charges prédéfinies (1000, 2000, 3000, 4000, 5000, 6000 et 7000 kg) pendant moins de 30 secondes. L’enfoncement à la fin du second cycle de chargement est utilisé pour calculer la portance du sol en MPa à l’aide de l’équation

où

EV2 : module de déformation de la plateforme au point d’auscultation, en MPa

u : coefficient de Poisson du matériau

p : pression moyenne exercée, en MPa

d : diamètre de la plaque, en mm

Z2 : enfoncement de la plaque lors du 2e chargement, en mm

Pour chaque essai, la position exacte de la prise de mesure, l’heure, les conditions climatiques (ensoleillement et température) ainsi que la teneur en eau du sol ont été relevées. Les observations de l’opérateur ont aussi été notées.

Essai au PANDA

Le PANDA (Pénétromètre automatique numérique assisté par ordinateur) est un pénétromètre dynamique à énergie variable permettant d’évaluer la résistance en pointe (Qd) dans les sols (norme XP P 94-105). L’énergie variable est fournie par le choc d’un marteau surune tête de battage solidaire d’un train de tige munie d’une pointe. L’enfoncement de la pointe à chaque coup varie selon la résistance du sol à la pénétration dynamique. La mesure de l’énergie imputée à la tige et l’enfoncement de la pointe à chaque coup permettent de connaître le profil en profondeur de la résistance en pointe.

Des essais au PANDA, le module réversible du sol support peut être déterminé à partir de la résistance en pointe à l’intermédiaire de l’indice de portance CBR (Capacit Bearing Ratio). En effet, Gourves et Barjot (1995) proposent une corrélation entre la résistance en pointe et l’indice de portance CBR :

Par ailleurs, la corrélation entre l’indice de portance CBR et le module réversible Mr est très bien documentée dans la littérature. On s’intéresse notamment à la relation proposée dans le manuel de conception Chaussée II du MTQ, soit :

 

Les résultats

Les résultats des essais de plaque et les mesures de la résistance en pointe déterminés à l’aide du PANDA sont présentés dans le Tableau 1. La Figure 3 montre l’évolution de l’enfoncement en cours de chargement pour un essai type.

La Figure 4 montre la variation du module EV2 (essais de plaque) et du Mr (essais au PANDA) suivant les différents points de mesure réalisés sur l’axe longitudinale. La capacité portante de l’infrastructure de la chaussée pour les points P1.1 à P1.5, P2.3 et P2.4 varie entre 22 et 66 MPa. Par contre, le point P1.3 présente un module de 230 MPa, largement supérieur aux valeurs obtenues pour les autres points. Pour le point P2.2, bien qu’un ventre de boeuf ait clairement été identifié lors des essais in situ, un module de 480 MPa a été mesuré. Notons que la norme d’essai NF P94-117-1 de l’AFNOR limite l’application de cette méthode à des sols dont les modules sont inférieurs à 250 MPa.

Conclusion et perspectives

En réalisant ces essais sur la chaussée, il a été possible de déterminer la valeur de la capacité portante du sol support. Ces valeurs vont servir entre autres à modéliser la structure de la chaussée et ses déformations sous chargements connus.

Remerciements

Le LUCREB et ses partenaires souhaitent adresser ses remerciements au Conseil de recherches en sciences naturelles et en génie (CRSNG) pour l’appui financier et à la Ville de Montréal pour avoir accepté la réalisation de cette planche d’essai sur son territoire.

Références

NF P94-117-1, norme française, AFNOR, avril 2000 XP P 94-105, norme française, AFNOR, mai 2000 Gourves R. et Barjot R., «The Panda ultralight dynamic penetrometer», Soil Mechanics and Foundation Engineering, 1995, Copenhagen