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Les enrobés bitumineux : formulation, fabrication, mise en place. – Montréal 2006.Les enrobés bitumineux : formulation, fabrication, mise en place. – Montréal 2006.
R&D, R&D, tendancestendances, avenues , avenues prometteusesprometteuses et et considconsidéérationsrations
environnementalesenvironnementalesMichel Michel ParadisParadis, , inging. M.Sc.. M.Sc.
Service des Service des matmatéériauxriaux dd’’infrastructuresinfrastructures
Formation Formation sursur les les enrobenrobééss bitumineuxbitumineuxMontrMontrééal al -- novembrenovembre 20062006
Les enrobés bitumineux : formulation, fabrication, mise en place. – Montréal 2006.
Plan de la présentation1. Mise en contexte
• Pourquoi créer de nouveaux enrobés?• Enrobés 4201 vs 4202;• Chaussée à durée de vie prolongée;
2. Nouveaux enrobés formulés à la PCG• GB-20;• ESG-5;• SMA-10;• Autres enrobés en développement;• Enrobés tièdes;• Enrobés coulés à froid.
3. Retrait thermique et fatigue4. Appareil de traction entre le couches
Les enrobés bitumineux : formulation, fabrication, mise en place. – Montréal 2006.
Mise en contexte
Pourquoi créer de nouveaux enrobés?
1. Compléter la série d’enrobés de la norme 4202 (formulation avec la PCG);
2. Formuler des enrobés adaptés au concept des chaussées à durée de vie prolongée.
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Les enrobés bitumineux : formulation, fabrication, mise en place. – Montréal 2006.
Enrobés LC vs enrobés Marshall
98,7 96,4 94,5 94,689,4
1,3 3,6 5,5 5,410,6
50,0
50,0
53,158,558,167,6
75,476,676,7
46,941,541,9
32,4
24,623,423,3
0
20
40
60
80
100
1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005
Année
(%)
Enrobés conventionnels (Marshall)
Enrobés formulés à la PCG
Les enrobés bitumineux : formulation, fabrication, mise en place. – Montréal 2006.
Chaussée à durée de vie prolongée
Effort maximum en tensionEffort maximum en tension
Fondation granulaire ou stabilisFondation granulaire ou stabilisééee
EnrobEnrobéé ESGESG--5 r5 réésistant sistant àà lalafatigue 75 fatigue 75 àà 100mm100mm
EnrobEnrobéé àà modulemoduleéélevlevéé etet rréésistantsistant ààl'ornil'orniéérage. rage. ÉÉpaisseurpaisseurselon le besoinselon le besoin
30 30 àà 60 mm SMA60 mm SMA--10, EG10, EG--10, ESG10, ESG--1010
}100 mm100 mmàà
150 mm150 mm
ZoneZonede compressionde compression
éélevlevééee
GBGB--2020
Les enrobés bitumineux : formulation, fabrication, mise en place. – Montréal 2006.
Nouveaux enrobés formulés àla presse à cisaillement
giratoireESG-5GB-20
SMA-10Enrobés en développement
Enrobés avec additifs
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Les enrobés bitumineux : formulation, fabrication, mise en place. – Montréal 2006.
ESG-5•• EnrobEnrobéé semi grenu 5 mm;semi grenu 5 mm;•• FormulFormuléé àà la presse la presse àà cisaillement giratoire;cisaillement giratoire;•• EnrobEnrobéé couche de base (Chausscouche de base (Chausséée e àà durduréée e
de vie prolongde vie prolongéée);e);•• EnrobEnrobéé antianti--fissure (fatigue);fissure (fatigue);•• Pas dPas d’’exigence exigence àà ll’’essai essai àà ll’’orniorniééreurreur..
Caractéristiques recherchées• Forte teneur en bitume;• Résistance à la fissuration de fatigue;• Bonne maniabilité.
Les enrobés bitumineux : formulation, fabrication, mise en place. – Montréal 2006.
Nouveaux enrobés formulés àla presse à cisaillement
giratoireESG-5GB-20
SMA-10Enrobés en développement
Enrobés avec additifs
Les enrobés bitumineux : formulation, fabrication, mise en place. – Montréal 2006.
GB-20•• Grave bitume 20 mm;Grave bitume 20 mm;•• ÉÉquivalent au EBquivalent au EB--20 mais formul20 mais formuléé àà la la
presse presse àà cisaillement giratoire;cisaillement giratoire;•• EnrobEnrobéé de base;de base;•• EnrobEnrobéé couche intermcouche interméédiaire (chaussdiaire (chausséée e
àà durduréée de vie prolonge de vie prolongéée).e).
Caractéristiques recherchées• Résistant à l’orniérage;• Résistance à la fissuration thermique;• Haut module.
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Les enrobés bitumineux : formulation, fabrication, mise en place. – Montréal 2006.
Nouveaux enrobés formulés àla presse à cisaillement
giratoireESG-5GB-20
SMA-10Enrobés en développement
Enrobés avec additifs
Les enrobés bitumineux : formulation, fabrication, mise en place. – Montréal 2006.
DéfinitionEnrobé discontinu ayant une fort pourcentage de granulats grossiers (> 5mm), une forte teneur en bitume et contenant des fibres d’amiante ou un ajout de cellulose.
L’enrobé à matrice de pierre correspond au terme anglais Stone Matrix Asphalt(SMA).
Les enrobés bitumineux : formulation, fabrication, mise en place. – Montréal 2006.
PropriétésLa forte proportion de gros granulats (>5 mm) concassés maximise les contacts entre les granulats.
Excellent squelette granulaire.Bonne répartition des charges appliquées.
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Les enrobés bitumineux : formulation, fabrication, mise en place. – Montréal 2006.
Exigences granulométriques (10 mm)Tamis (mm)Tamis (mm)55 1010 14140.0800.080 2.52.5
00
1010
2020
3030
4040
5050
6060
7070
8080
9090
100100
00 1010 2020 3030 4040 5050 6060 7070 8080 9090 100100 110110
% P
assa
nt%
Pas
sant
Tamis (Tamis (µµm)m)0.450.45
Courbe de masse Courbe de masse volumique maximalevolumique maximale
Zone de restrictionZone de restriction Points de contrôlesPoints de contrôles
EnrobEnrobéé semi grenusemi grenu
EnrobEnrobéé grenugrenu
EnrobEnrobéé matrice de pierrematrice de pierre
Les enrobés bitumineux : formulation, fabrication, mise en place. – Montréal 2006.
Enrobé à matrice de pierrevs
enrobé conventionnel
EnrobEnrobéé àà matrice de pierrematrice de pierre EnrobEnrobéé conventionnelconventionnel
Les enrobés bitumineux : formulation, fabrication, mise en place. – Montréal 2006.
Enrobé à matrice de pierre SMA
• Enrobé à matrice de pierre 10 mm;• Formulé à la presse à cisaillement giratoire;• Enrobé pour couche de surface;• Épaisseur de pose peut être inférieure à 40
mm.
Utilisé sur autoroute 20, autoroute 55, autoroute 10 et route 108 !
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Les enrobés bitumineux : formulation, fabrication, mise en place. – Montréal 2006.
Propriétés • Bonne résistance à l’orniérage;• Bonne texture de surface;• Flexible à basse température;• Peut se poser à des faibles épaisseurs;• Moins bruyant;• Pas de ségrégation;• Durée de vie plus longue.
Les enrobés bitumineux : formulation, fabrication, mise en place. – Montréal 2006.
Nouveaux enrobés formulés àla presse à cisaillement
giratoireESG-5GB-20
SMA-10Enrobés en développement
Enrobés avec additifs
Les enrobés bitumineux : formulation, fabrication, mise en place. – Montréal 2006.
Enrobés en développement
• Enrobé de correction formulé à la PCG (EC-10);
• Enrobé mince pour correction palliative (EGM-10);
• SMA avec additif autre que l’amiante.
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Les enrobés bitumineux : formulation, fabrication, mise en place. – Montréal 2006.
EGM-10GranulomGranuloméétrietrie14 mm 10010 mm 90-1005 mm 35-452.5 mm 20-300,08mm 5-11
BitumeBitumeVbe = 11,5%
Vides PCGVides PCG10 girations ≥11%80 girations 4-7%200 girations ≥2%
Les enrobés bitumineux : formulation, fabrication, mise en place. – Montréal 2006.
Enrobés tièdesAvantages environnementauxAvantages environnementaux
-- Diminution des tempDiminution des tempéérature de malaxage et de rature de malaxage et de compactagecompactage
-- Moins de fumMoins de fuméées pour les travailleurses pour les travailleurs
Avantages Avantages ééconomiquesconomiques-- demande moins ddemande moins d’é’énergie pour chauffer les nergie pour chauffer les
constituantsconstituants
Deux planches dDeux planches d’’essais ressais rééalisaliséés en 2006s en 2006
Les enrobés bitumineux : formulation, fabrication, mise en place. – Montréal 2006.
Enrobés tièdes
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Les enrobés bitumineux : formulation, fabrication, mise en place. – Montréal 2006.
ECF - Formulation• Objectifs
– Mélange stable ⇒ 15 mm– Forte macrotexture ⇒ sécurité– Cure rapide ⇒ durée des travaux
• Normes ISSA – Cohésion humide (30 min et 60 min)– Compatibilité « granulat/bitume– Perte à l’abrasion (WTAT) (1 hrs , 6 jrs)– Déformation latérale– Temps de malaxage
Les enrobés bitumineux : formulation, fabrication, mise en place. – Montréal 2006.
Fuseaux granulométriquesECF
TAMIS « TYPE 1 » « TYPE 2 »% Passant
10 mm5 mm
2.5 mm1.25 mm
80µm
10085-10050-7030-505-12
10090-10040-48
-6-12
Les enrobés bitumineux : formulation, fabrication, mise en place. – Montréal 2006.
ÉÉquip
emen
tquip
emen
t
TrTréémie de granulatsmie de granulats
FillerFiller
AdditifAdditif
GranulatsGranulats
ÉÉmultionmultion
Eau +Eau +additifadditif
MalaxeurMalaxeurECFECF
BoBoîîtetedd’é’épandagepandage
Couleur brune Couleur brune àà noirnoir
BarreBarredd’é’épandagepandage
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Les enrobés bitumineux : formulation, fabrication, mise en place. – Montréal 2006.
Autoroute 30 – août 2006
Les enrobés bitumineux : formulation, fabrication, mise en place. – Montréal 2006.
Autoroute 30 – août 2006
Les enrobés bitumineux : formulation, fabrication, mise en place. – Montréal 2006.
Autoroute 30 – août 2006
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Les enrobés bitumineux : formulation, fabrication, mise en place. – Montréal 2006.
Autoroute 30 – août 2006
Les enrobés bitumineux : formulation, fabrication, mise en place. – Montréal 2006.
Conditions de mise en oeuvre• T > 10ºC, humidité relative < 80%• Pas de pluie
– 4 heures suivant la mise en œuvre• Pas de gel
– 24 heures suivant la mise en œuvre• Surface propre au moment des travaux
– Nettoyage et balai mécanique • Lignes de marquages
– Traitées ou enlevées.
Les enrobés bitumineux : formulation, fabrication, mise en place. – Montréal 2006.Thermal Stress Thermal Stress RestrainedRestrained SpecimenSpecimen TestTest
Appareil TSRSTAppareil TSRST
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Les enrobés bitumineux : formulation, fabrication, mise en place. – Montréal 2006.
Appareil TSRSTAppareil TSRST
Dimensions de Dimensions de ll’é’éprouvetteprouvette :θθ = 62 mm= 62 mmL = 250 mmL = 250 mmRefroidissement Refroidissement ::1010ººC/heureC/heureNorme :Norme :AASHTO TP10AASHTO TP10--9393DurDuréée de le de l’’essai:essai:2 2 àà 4 heures4 heures
Les enrobés bitumineux : formulation, fabrication, mise en place. – Montréal 2006.
Courbe typiqueCourbe typiqueEssai de retrait thermiqueEssai de retrait thermique
0,000
1,000
2,000
3,000
4,000
5,000
-45,0 -40,0 -35,0 -30,0 -25,0 -20,0 -15,0 -10,0 -5,0 0,0
TempTempéérature (rature (°°C)C)
Con
trai
nte
(MPa
)
Relâchement des contraintes
Rupture
Acc
umul
atio
n de
s co
ntra
inte
s
TempTempéérature de fissurationrature de fissurationTempTempéérature rature àà laquelle la laquelle la contrainte thermique induite est contrainte thermique induite est maximale.maximale.
Contrainte Contrainte àà la fissurationla fissurationContrainte thermique maximale lors de la rupture.
Pente d ’accumulation des contraintes:Taux d’accumulation des contraintes thermique causées par le refroidissement de l’échantillon.
TempTempéérature de transition:rature de transition:Température à laquelle la pente est maximale.
Les enrobés bitumineux : formulation, fabrication, mise en place. – Montréal 2006.
–Matériaux: bitume, granulat.
–Environnement: température, taux de refroidissement et âge du pavage.
–Géométrie de la route: friction avec la fondation, largeur du pavage, type d’infrastructure, défauts de construction.
Mise en situationMise en situationSusceptibilité thermique est influencée par:
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Les enrobés bitumineux : formulation, fabrication, mise en place. – Montréal 2006.
Faits Faits àà remarquerremarquer• Le facteur le plus important qui affecte la
fissuration thermique en laboratoire est le type de bitume. Par contre, le EGA-10 se démarque des autres enrobés vérifiés.
• La température de fissuration d’un enrobéfraîchement compacté se compare à la la température obtenue à l ’essai BBR sous le critère de S(60) = 300 MPa
Les enrobés bitumineux : formulation, fabrication, mise en place. – Montréal 2006.
FatigueFatigue
Les enrobés bitumineux : formulation, fabrication, mise en place. – Montréal 2006.
( )( )φωεωσ−
=t
tEsin
sin*
CARACTÉRISATION DU MODULE COMPLEXE ET DE LA RÉSISTANCE À LA FATIGUE DES ENROBÉS
Essai de tension-compression cyclique sur cylindre.
Le module complexe est le rapport entre la contrainte et la déformation pour un matériau viscoélastique. (Méthode LC 26-700)
Déformation = 50 μεFréquences = 0.1, 0.3, 1, 3 et 10 HzTempératures = -20, -10, 0, 10, 20, 30, 40, 50°C
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Les enrobés bitumineux : formulation, fabrication, mise en place. – Montréal 2006.
10
100
1000
10000
100000
0.0001 0.01 1 100 10000 1000000
Fréquence (Hz)
Rig
idité
, |E*
| (M
Pa)
-10°C0°C10°C20°C30°C40°C
Tr = 10°C
Courbe maîtresse de rigidité
Les enrobés bitumineux : formulation, fabrication, mise en place. – Montréal 2006.
10000
100000
1000000
10000000
10 100 1000Déformation (µe)
Nom
bre
de c
ycle
s
T = 10°C, F = 10 Hz
Courbe de résistance à la fatigue
La résistance à la fatigue est le nombre de cycles nécessaire pour atteindre la rupture par fatigue d’un matériau à un niveau de sollicitation donné.
baN ε=Déformations = 50 à 200 μεFréquence = 10 HzTempérature = 10°C
Les enrobés bitumineux : formulation, fabrication, mise en place. – Montréal 2006.
Appareil de mesure de l’adhésion entre les couches
Appareil de traction - AMAC Système d’extraction
Selon une étude internationale terminée en 2001 par l’IBEF (Internationnal Bitumen Emulsion Federation), l’appareil de traction du MTQ pour évaluer le collage des couches apparaît être le plus prometteur.
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Système de préhension de la DLC• Avantages
– Fiabilité– Rapidité d’installation– Permet la réalisation
d’essais non destructifs– Coût/essai faible
• Inconvénients– Température de l’enrobé
de surface <25˚C– L’enrobé de surface doit
avoir plus de 35 mm d’épaisseur
Les enrobés bitumineux : formulation, fabrication, mise en place. – Montréal 2006.
Critères en chantier
Parfaitement liéesSupérieure à 0,40
Très bien liéesEntre 0,31 et 0,40
Bien liéesEntre 0,21 et 0,30
Peu liéesEntre 0,15 et 0,20
Non liéesInférieur à 0,15
Évaluation du collage des couches
Force de liaison (20ºC)(MPa)
Questions?Questions?
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