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Valorisation des granulats recyclés dans la construction

B. JANSSENS

Géologue - Conseiller technologique

Centre de Recherches Routières (CRR)

V. POLLET

Ir - Chef de département adjoint

E. Cailleux

Dr – chef de projet

Centre Scientifique et Technique de la Construction (CSTC)

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Généralités

Granulats = Matériaux du Génie civil

Définition : Matériau granulaire utilisé en construction (sables, gravillons, graves, empierrements, graviers, etc.,)

Rien ou presque rien ne se construit sans les granulats.

Quelques chiffres Une maison nécessite entre 100 et 300 t de granulats

Un kilomètre de voirie consomme de 13 000 à 30 000 t de granulats

Un kilomètre de ballast de voie ferrée nécessite 10 000 tonnes

Les granulats sont la 3ème matière la plus consommée dans le monde après l’air et l’eau

La production annuelle mondiale est de 40 milliards de tonnes

La production annuelle belge est de + 78 millions de tonnes

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Généralités

Granulats naturels

Familles Exemples

Terrain meuble Gravier Alluvions, mer, moraine de glacier

Sable Carrière, rivière, mer, concassage de pierre

Roche

Roche sédimentaire Grès, schiste, conglomérat

Calcaire, dolomie, craie, marne

Roche magmatique Porphyre, basalte, pierre ponce, granite

Roche métamorphique Quartzite, phyllade, marbre

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Granulats secondaires Granulat provenant de la valorisation d’un déchet.

Deux groupes:

Granulat recyclé: Granulat résultant de la transformation de matériaux inorganiques antérieurement utilisés (dans la construction).

Granulat artificiel: Granulat d’origine minérale résultant d’un procédé industriel comprenant des modifications thermiques ou autres (scories, laitiers, mâchefers, etc.)

Généralités

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Généralités

Granulats secondaires = Matériaux du futur Ils sont amenés à remplacer partiellement ou totalement les granulats naturels dans un

souci de préserver notre environnement.

Leurs domaines d’application sont généralement plus limités.

Intérêt de bien les caractériser

Pour cela, il y a lieu de connaître leur origine, le processus de fabrication ainsi que leurs principaux avantages et inconvénients.

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Généralités

Caractérisation des granulats

1. Analyses environnementales Composition, lixiviation, percolation

2. Caractéristiques géométriques Analyse granulométrique (tamisage), qualité des fines (essai

au bleu de méthylène, Equivalent en sable), forme et angularité des grains (coefficient d’aplatissement, pourcentage des surfaces cassées, écoulement des sables)

3. Caractéristiques physiques Teneur en eau, masses volumiques (absolue, réelle, en vrac,

apparente, …), porosité et coefficient d’absorption d’eau, résistances à l’usure par attrition (micro-Deval en présence d’eau), à la fragmentation (Los Angeles) et à l’usure (coefficient de polissage acceléré)

4. Caractéristiques chimiques Teneur en soufre, en sulfates solubles dans l’eau et dans l’acide,

teneur en matières organiques et en autres éléments (chlorures,…)

5. Caractéristiques de durabilité Comportement aux cycles gel- dégel (essais de sensibilité et de

résistance)

6. Caractéristiques géomécaniques Essai Proctor, indices CBR et IPI, résistance à la compression

à la traction,…

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Généralités

1) Démolition ou déconstruction de la structure

Valorisation des recyclés

2) Centre de recyclage Nouveaux produits

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Généralités

Classification des granulats recyclés (NBN EN 933-11)

Fl : Matériaux flottants (densité < 1 g/cm³) RA : Matériaux bitumineux RB : Eléments de maçonnerie (briques, tuiles, parpaings, béton expansé, etc.) RC : Béton et produits associés (mortier) RG : Verre RU : Granulats non liés X : Autres (sol, bois, gypse, plâtre, caoutchouc, plastique)

Types Recyclé de béton Recyclé mixte Recyclé de maçonnerie Enrobés

hydrocarbonés

EN 13242

(empierrement) EN 12620

(béton) EN 13242

(empierrement) EN 12620 (béton)

EN 13242 (empierrement)

EN 12620 (béton)

EN 13242 (empierrement)

Rc > 70 > 70 NR NR NR NR NR

Rc + Ru --- > 90 --- > 50 --- < 50 ---

Rc + Ru + Rg > 90 --- > 50 --- < 50 --- < 50

Rb < 10 < 10 < 50 < 50 > 50 > 50 < 10

Ra < 5 < 5 < 5 < 5 < 5 < 5 > 50

Rg < 2 --- < 2 --- < 2 --- < 2

X ≤ 1 --- ≤ 1 --- ≤ 1 --- ≤ 1

X + Rg --- ≤ 1 --- ≤ 1 --- ≤ 1 ---

FL ≤ 5 ≤ 2 ≤ 5 ≤ 2 ≤ 5 ≤ 2 ≤ 5

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Valorisation en route

La route ne doit pas se limiter à la simple couche d’asphalte noire ou de béton gris clair alors que ces couches constituent seulement le sommet d’une structure complexe plus communément appelé corps de la route.

Celui-ci est constitué d’une superposition de couches ayant chacune une ou plusieurs fonctions bien spécifiques et dont l’ensemble permet de répartir la charge du trafic vers le bas de manière acceptable pour le sol.

h1

E1

Revêtement

h2

E2

Fondation

h3

E3

E4

Sous-fondation

Sol en place

(pas à l'échelle)

Revêtement

Fondation

Sous-fondation

Sol (Fond de coffre)

Confort, sécurité, protection

Portance

Protections

Plus la couche est proche de la surface, plus les critères du matériau sont exigeants


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Domaines d’application générale (en région wallonne)

Couche Principaux types Recyclé béton

Recyclé mixte béton -

maçonnerie

Recyclé maçonnerie

Recyclé hydrocarboné

Recyclé mixte béton -

hydrocarboné

Revêtement Hydrocarboné

Béton Pas d’application en Wallonie

(OUI)

NON

Retraitement in situ

Fondation

Empierrement libre

OUI NON NON OUI (Oui) Empierrement traité

ciment

Sable – ciment

(sable stabilisé)

Pas d’application vu qu’il s’agit d’un sable et non d’une pierre

(sable de concassage)

Béton maigre Béton sec compacté

OUI NON NON OUI (Oui)

Sous-fondation

Empierrement OUI OUI OUI OUI OUI

Remblai Empierrement OUI OUI OUI OUI OUI

Les matériaux peuvent être utilisés moyennant le respect de certains critères complémentaires repris dans les cahiers des charges


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Applications en sous-fondation et fondation


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Application en revêtement : Recyclage in situ de l’asphalte


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Applications en revêtement • Couche inférieure du revêtement en béton armé : Ring d’Anvers

• Pavés de béton recyclé


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Autres domaines d’application en domaine routier

• Plateforme provisoire de travail

• Matériau autocompactant réexcavable (tranchée)


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Recyclage des déchets de construction dans le bâtiment

Ir. Valérie Pollet

Centre Scientifique et Technique de la Construction

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- Contexte et historique - Quelques freins - Evolution des normes - Quelques réalisations

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• CSTC- Revue / juin 1980

• Le concassage et recyclage des bétons réalisés avec des granulats de débris de béton

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• CSTC- magazine - printemps 1993

• Des bétons réalisés avec des granulats de débris de béton et de

maçonnerie – 100% de granulats recyclés

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• CSTC- magazine – été 1997

• Blocs de maçonnerie à base de granulats recyclés

- 0%, 33%, 66%, 100%

= substitution granulats 4/7 ou sable 0/4

- Résistance en compression OK

- Résistance au gel OK

- Mais absorption d’eau plus importante

limitation aux applications intérieures

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Quels sont les freins?

- Variabilité des caractéristiques des granulats produits

- Pureté (plâtre, ..)

- Absorption d’eau plus importante mais aussi moins régulière

- Coût

- Normes

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Evolution des normes

NBN EN 206-1 et NBN B 15-001

Depuis 2010-2011, certification possible avec granulats recyclés

En 2012, via la norme

- Possibilité de substituer 20% des granulats naturels par des granulats de débris de béton

- Uniquement pour les applications intérieures.

- Max. C25/30

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Evolution des normes ?

NBN EN 14227-1

• Certification possible depuis 2011

• Jusqu’à la classe C 12/15

• Pas de limite concernant la nature de granulats et les taux de substitution

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Projets existants – www.normes.be

• RecyHouse (1999)

• Exécution

– Débris mixtes 7/20

– Structure portante

– 350 kg/m³ CEM III/A 42,5 N LA, superplastifiant

– Caractéristiques

• Teneur en eau élevée, chute de consistance relativement rapide, masse volumique plus faible, absorption d’eau plus élevée, résistance en compression

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• RecyHouse (1999)

• Analyse 2011

– “Bon état”

– Coulées de rouille

– Retrait plastique

!

Orientation Carbonatation moyenne

(mm) Ouest 7,8 Est 10,2 Sud 17,2 Nord 13,3 !

• CeDuBo, Heusden-Zolder (2001)

• Exécution

– Granulat mixte 5/30 dans des bétons polis

– Facteur E/C: 0.8, pas d’adjuvant

– Problème d’ouvrabilité, durcissement plus rapide.

• CeDuBo, Heusden-Zolder (2001)

• Analyse 2011

– Impuretés + microfissures!

Conclusions

• Les quelques réalisations avec 100% de recyclés illustrent les limites du développement.

• Evolution normative importante en 2011-2012.

• Les normes sont un frein…mais elles sont prudentes!

? Ouvrir la porte aux granulats mixtes pour des applications intérieures et ne pas limiter la classe de résistance

• Faible utilisation liée au coût aussi

? Imposition dans les cahiers des charges.

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