Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2017-2018 / Dans les régions froides, le gel saisonnier induit une augmentation significative de la capacité portante des chaussées flexibles. Cet accroissement est généré par la réponse viscoélastique de l’enrobé bitumineux et le gel de l’eau interstitielle présente dans les matériaux non liés et les sols. L’augmentation de la rigidité des chaussées incite certaines administrations à adopter leurs législations afin d’octroyer des primes de charge en période hivernale (OPCH). À l’heure actuelle, la problématique principale liée à l’OPCH est la variabilité importante des législations causée, en partie, par l’absence d’un critère décisionnel rationnel et par le peu de documentation technique et précise sur ce phénomène. L’objectif de ce projet est de documenter le comportement mécanique d’une chaussée flexible durant le gel et de définir un critère rationnel pour la mise en application de l’OPCH. Une approche expérimentale avec l’utilisation du simulateur de véhicules lourds et la fosse expérimentale de l’Université Laval a été considérée pour suivre le comportement d’une structure de chaussée construite au-dessus d’un sol argileux. La chaussée a été instrumentée de plusieurs capteurs permettant de mesurer les profils de température, les teneurs en eau, la déflexion de surface et les contraintes et déformations dans chacune des couches. Le simulateur a été utilisé pour appliquer une température de -10 °C à la surface de la chaussée et pour induire des charges périodiques (4550 à 6250 kg). Les mesures ont permis de documenter la variation de la réponse mécanique de la chaussée selon le gel, la température et la charge. Les mesures ont ensuite été comparées à celles d’un projet similaire réalisé entre 2013 et 2016 sur une structure de chaussée bien différente. L’analyse de ces deux projets a démontré qu’il est adéquat d’approximer le comportement mécanique des chaussées durant le gel à l’aide d’analyses élastiques. Puis, une analyse d’endommagement de la chaussée selon la loi de Miner a permis d’établir le lien entre le gain de portance et l’endommagement. Finalement, il a été démontré que le comportement mécanique des chaussées est directement associé à la profondeur de gel. / In cold regions, seasonal freezing induces an important increase in the bearing capacity of flexible pavements. This variation is due to the viscoelastic response of asphalt concrete and to the freezing of pore water in granular materials and soils. The pavement strengthening with frost penetration has led some transportation agencies to allow winter weight premiums (WWP). Currently, the main issue related to WWP programs is the variety of legislation for both among and within jurisdictions. This variety is caused, in part, by the lack of a rational decision criterion for the application of WWP and for the little technical documentation available on this subject. The objective of this project was to document the mechanical behavior of freezing pavements and to develop a rational criterion for the onset of winter load premiums. An experimental approach with the use of Laval University full-scale heavy vehicle simulator was considered to monitor the response of a flexible pavement built in an indoor test pit over a low plasticity clay subgrade soil. The pavement was instrumented to monitor temperature profiles, surface deflection, as well as stress, strain and moisture content in each layer. The simulator was used to apply the air freezing temperature (-10 °C) and to periodically load the pavement surface using a standard dual-wheel set (half axle) varying in the range of 4500 to 6250 kg. The results collected allowed documenting how the response of the pavement changes with respect to frost penetration, temperature and the load magnitude. The results were then compared to a similar project realized between 2013 and 2016 on a different pavement structure. This analysis was able to demonstrate that the pavement behaviour during frost can be predicted by elastic analysis. Subsequently, a damage analysis was performed under Miner’s law to establish a link between the load increase and pavement damage during frost. Finally, it has been demonstrated that the flexible pavements mechanical behaviour is directly link to the frost depth.

La conception des chaussées urbaines et la conception des chaussées rurales nécessitent l'utilisation de deux approches différentes dues aux vitesses de circulation. L'objectif principal du projet est de développer une méthodologie rationnelle de conception des chaussées adaptée au contexte d'exploitation municipal. La méthode de conception projetée permettra le calcul des épaisseurs des couches de la chaussée en fonction de divers facteurs comme le volume de trafic, le climat et la nature des sols en place. Ces paramètres seront utilisés dans la méthode pour évaluer les déformations de la chaussée sous sollicitations mécaniques et thermodynamiques. La méthode proposée portera principalement sur l'application des modèles viscoélastiques pour la détermination de la réponse mécanique des matériaux de chaussées en fonction du temps d'application de la charge. L'intérêt de cette approche est la possibilité de prendre en considération l'effet de la vitesse de circulation qui est un facteur important à considérer dans un contexte de conception urbain. Après avoir établi une méthode de calcul rigoureuse pour l'évaluation de la réponse mécanique, la recherche s'est portée sur le développement de modèles d'endommagement spécifiques au contexte d'exploitation municipal en prenant notamment en considération les effets saisonniers. Ce rapport porte principalement sur le développement des modèles de comportement mécanique de la chaussée en fonction de la vitesse de circulation. Il fait également état du développement des modèles d'endommagement qui permettront de compléter l'outil de conception proposé.