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Contribution à l'auscultation des chaussées mixtes par méthodes GPR et électrique

Carole Kaouane

Masters thesis (2010)

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Cite this document: Kaouane, C. (2010). Contribution à l'auscultation des chaussées mixtes par méthodes GPR et électrique (Masters thesis, École Polytechnique de Montréal). Retrieved from https://publications.polymtl.ca/403/
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Abstract

RÉSUMÉ Dans le contexte des infrastructures urbaines québécoises vieillissantes et dans un souci de planification des travaux, il faut pouvoir diagnostiquer de façon rapide, fiable et à moindre coût les chaussées urbaines. Ce mémoire de maîtrise s’intéresse à investiguer et à développer le potentiel du géoradar et des méthodes électriques pour l’auscultation des chaussées urbaines, soumises aux cycles de gel-degel et de saturation et désaturation. On souhaite détecter les défauts et estimer la teneur en eau dans les chaussées mixtes. Ces dernières consistent en une couche de surface asphaltée, une dalle de béton de ciment et une fondation. Des études antérieures basées en grande partie sur des modélisations et des études terrain, ont montré un potentiel certain de l’application conjointe du GPR et des méthodes électriques pour l’auscultation de ce type de chaussée. Toutefois, une meilleure évaluation du potentiel serait obtenue si on pouvait avoir accès aux propriétés physiques des matériaux de la chaussée et à des données géotechniques. La mise en contexte permet tout d’abord de souligner le lien entre les variations de propriétés physiques des matériaux routiers, l’apparition des défauts structuraux et la teneur en eau. Après une brève étude par modélisation numérique, des mesures radar sont réalisées sur une chaussée montréalaise (Canada) avant sa réhabilitation complète. Lors de la destruction de la chaussée, on prélève des échantillons de sols dans les tranchées et des blocs de béton et d’asphalte sont récupérés pour étudier ensuite leurs propriétés physiques en laboratoire. La permittivité complexe du béton et de l’asphalte est mesurée avec une sonde à terminaison ouverte qui intègre sur un volume de 30 cm3 dans la plage de fréquence 50 MHz-900 MHz. Les mesures de résistivité électrique sont faites sur des carottes extraites des blocs de béton et d’asphalte avec un montage simple. Les mesures sont faites sur les échantillons secs et humides, ce qui permet d’obtenir une approximation des valeurs prises en fonction des changements climatiques sur une année. En parallèle, on mesure la teneur en eau sur les échantillons de sol. Les teneurs en eau sont élevées et le sol a une composition de silt argileux, ce qui justifie la forte conductivité obtenue avec les mesures électriques réalisées sur la fondation de la chaussée reconstruite. Les données géophysiques et géotechniques disponibles sont ensuite compilées. Des modélisations dites de vérification et de corrélation sont réalisées pour être comparées aux mesures réalisées sur le terrain. Finalement, on observe une bonne concordance. Ce travail fournit une base à des travaux futurs plus spécifiques.----------ABSTRACT Quebec’s infrastructures are ageing. A reliable, quick and economical assessment of the state of urban roads would help to plan civil engineering. This M.Sc. thesis aims to investigate and develop the potential of Ground Penetrating Radar (GPR) and electrical methods to assess pavement condition subject to wetting, freezing and drying cycles. The objectives are to display defects and estimate water content in the materials used for the mixed pavement construction; these consist in layers of asphalt (top), concrete (middle) and grade and sub-grade (bottom). Prior studies showed a valuable potential of joint application of GPR and electrical resistivity to assess mixed pavement condition. These studies were mainly based on numerical modeling and some site tests using both methods. It was concluded that a better evaluation of the potential of the coupled methods would come from the assessment of physical properties and validation from geotechnical evidences. At first, we characterized the context. Structural defects and water content implied modification of physical properties of road materials. After running numerical modeling, we carried out an experiment in one of the streets in Montreal (Canada) where pavement needed complete rehabilitation. GPR surveys were carried out before the pavement was destroyed and removed, and subsequently a resistivity imaging was carried out on the subgrade layer. We also sampled blocks of asphalt and concrete along the street from the demolition rubble in order to study their physical properties in the lab. Soil samples were taken from trenches to measure water content. The grade and sub-grade were mainly a mix of clayey-silt and gravel, as the embedding ground is grey clay. We measured the complex dielectric constants of asphalt and concrete in the range 50 MHz-900 MHz with a recently developed dielectric probe sampling a volume of 30 cm3. Resistivity measurements were also performed on large cores of asphalt and concrete using an in-house system. Measurements were carried out on dry and wet samples, which provided a range of values encompassing the climatic conditions for the whole year. Finally the physical property and geotechnical data were used as input to numerical modeling and the modeled responses compared to the survey data. The predicted data fit nicely with the observed data. This work aims to provide further information for a better calibration of geophysical devices in pavement condition assessment. Moreover, it gives a wide range of information, which could become a base for further and more specific works.

Open Access document in PolyPublie
Department: Département des génies civil, géologique et des mines
Dissertation/thesis director: Michel Chouteau
Date Deposited: 29 Nov 2010 14:29
Last Modified: 27 Jun 2019 16:49
PolyPublie URL: https://publications.polymtl.ca/403/

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