des fabriques enrobes routieres · 2004. 11. 29. · frÉdÉrk: pellerin caract~risa'ik)n des...
TRANSCRIPT
FRÉDÉRK: PELLERIN
CARACT~RISA'IK)N DES GRANULATS RECYCLÉS FABRIQUES AVEC DU
6-N DE CIMENT ET DES ENROBES BITUMINEUX POUR UTlUSATlON DANS LES FONDATIONS ROUTIERES
Memaire
présente
à la Faculte des &des sup6rîeures
de l'Université Laval
pour l'obtention
du grade de maître Bs sciences (M-Sc.)
Département de gbologie et de génie g6ologique
FACUL* DES SCIENCES ET DE GENIE U N N E R S ~ ~ ~ LAVAL
O Frédéric Pellerin, 2000
Natïonaf Liimy I*I ofCaneda Bibliothèque nationaie du Canada
Acquisitions and Acquisitions et Bbliographic Services seMees bibliographiques 395 Wellington Street 395, rue WelIington W O N K I A W ûttawaON KIAOW Canada -
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Consuent de 18augmehtation 6 s quantités de déchets da toutes sortes et soucieux
de proteeer l'environnement. le ministère des Transports du Québec s'est engagé dans un
procassus visant à evaluer le potenüel d'utilisation de ses sous-produits routiers et des
autres matériaux de démoiiion en vue de les utiiiser comme matéciau de fondation lorsqu'it procède B des travaux de construction ou de refection.
Deux Bchanüllons de Won de ciment recydb provenant de deux sites differents ont
Bté retenus. Pour chacun de ces échantillons. deux gnnulom6trÏes ont 616 reconstibi6es et
trois m6langes ont été fabriques. On a melange les granulats de béton de ciment avec des
granufats bihimictew dans les propodions suivantes : 85% Mton de Ment 1 T5% granulats
bitumineux, 70% b.c. 1 3096 g.b. et finalement 50% b.c. 1 50% g.b. Sur ces melanges, on a fait une série d'essais pefmettant de carectéclser le comportement de ce^ type de matériau et de vérifier Pinflueme des ganulats bitumineux sur le matériau granulaire.
L'augmentation du contenu en granulats bitumineux a en effet affecté grandement les propriétés suivantes : la masse volumique, le module réversible, l'indice CBR et i
résistance en compression. Étant donne que les propn6tés des matériaux ont Bt6 affktées
par l'ajout da granulats bitumineux, les résultats obtenus indiquent qu'on ne dol pas ajouter
plus de 30 à 40% de tels granulats dans le melange afin de garder des proprietes physiques
acceptables pour pouvoir ies utiliser dans les diausSées.
Le racydage de ces maMnaux est tout a fait réahable tant au point de vue technique
qu'envircmnemental ri on porte une attenüon parüaili&e B leur fabrication. D'ailleurs. les
deux mat6riaw échanbllonrtés nous le pmuvent car le matériau contenant moins de particules fines fabfiqu6 B i'aide d'un système de concassage Blaboré a donne des f6sultaitr
supérieun & celui qui contenait une bonne quantité de particules de grosseurs inféfieunrs a
80pm et qui n'a subi qu'une seule bfape de concassage.
Étudiant : F~dén'c Pellerin
Directeur de recherche : MareAMré ûérubé
La réalisation de œ projet a 6th rendue possible grâce au soutien teainique
et financier de la Direction du laboratoire des chaussees du ministère des
Transports du QuBbec. Je tiens à remercier tous les gens du Service des matbriaux
d'infrastructures qui ont contribue de pr6s ou de loin à la réaIisaüon de cette étude et
particuli&ement M. Bmno Marquis, ingdnieur au ministère, qui m'a souvent apporté
de judicieux conseils et qui m'a gui& tout au long de œ projet, ainsi que toute
i'dquipe de techniciens des secteurs granulats et sots et fondation qui m'ont aide à
rbaliser mon programme exp6timental. Finalement, je voudrais remercier messieurs
Guy Tremblay et Claude Robert qui m'ont aide à un moment ou à un autre au cours
de mon ami60 passde au laboratoire.
Je tiens Bgalement à remercier Marc-André Bénib6, mon directeur de
recherche, qui a su orienter mes efforts tout au long de ce projet de recherche.
Enfin, je ne pourrais terminer ces remerciements sans exprimer ma profonde
reconnaissance B mes parents qui m'ont inculque des valeurs essentielles, qui ont
su me fournir un environnement favorable a la r6alisaüon de ce projet et qui m'ont
toujours encoumg6 à le r6aliser et à toujours aller plus loin.
Merci A vous tous qui m'ont mis sur ia bonne voie et qui m'ont permis de très
bien debuter ma carrière dingenieur.
TABLE DES M A ~ ~ È R E S
................................................................................................................. RESUME. i ..
AVANT-PROPOS ....................................................................................................... 11 ... ............................................................................................ TABLE DES MATIGRES iii
LISTE DES FIGURES ............................................................................................... vi ... LISTE DES TABLEAUX ........................................................................................... VIII
LISTE DES ABR~~IATIONS ...................................................................................... x CHAPITRE l : INTRODUCTlON ........................................................... .. 'l 1.1 Perünenœ du projet .......................................................................................... 1
1.2 Objectifsduprojet ............................................................................................. 2 CHAPITRE II : RNUE DE LA LI~TERATURE ................................ ......... 4
11.1 Généralites .....................~.............................................................................. 4
11.2 Catbgories de matMau et nature des impuretds ........... ... .......................... 5 ......................................................................... 11.3 Caract8ristiques de fabrication - 6
........................................................ 11.4 CaractBristiques g6n4rales .......... ..... 11
............ 11.4.1 CaradBnstiques g8ndfaIes des granulats de béton de ciment 11
11.4.2 Caractéristiques gémhles des granulats biturninew .......................... 12 .................................................................... 11.5 Propri6t6s physico-m8caniques 13
............................... ......... Granulom6tne .................................. ...... 13
Densité et absorption ................................. ................................... 14
Masse volumique et teneur en eau ...................................................... 75 ...................................... ...................... Abrasion Los Angeles .... 1 6
........................ Désagr6gatïon au sulfate de magnésium .................. 16
Capadte portslnte (indice CBR) ................... ..... ............................. 17 ................................................................................. Modu te réversible 19
Gel et dégd ................................ ... .................................................. f9
Essai de eompmssion simple ............................................................... 20
11.5. 1 0 Autres essais ....................................................................................... 20
11.5.1 1 Conclusion relative aux pmpri6t6s physicu-mécaniques ..................... 21 0 v
11.6 Pmpnetés physicochimiques ......................................................................... 25
11.7 Consid6rations environnementales ................................................................. 27
11.8 Usages ................................................................. ....................-... ............ 31
11.8.1 GBn6ralit6s .......................................................................................... 31
11.8.2 Utilisation des granulats bitumineux dans les fondations ..................... 32 ........ 11.8.3 Utilisation des granulats de b6ton de ciment dans les fondations 34
................................................. 11.9 Conclusion relative B la revue de la liff 6rature 35
...... CHAPITRE 111 : MATERIAUX ÉTUDIÉS ET METHODES EXP~RIMENTALES 37
III.1 S6lection des materiaux .................................................................................. 37
.... III.1.1 MatBciaw provenant de la démolition d'infiastructures municipales 38
............................ 111.1 -2 MatBriaux provenant de la d6molition d'un baument 41
111.1 -3 RBsidus de planage .......................................................................... 4 3
111.1.4 Prdparation des matériaux ................................................................... 45
....................... 111.2 S61ection des distributions granulom6triques et des melanges 45
....................................... 111.2.1 SBlection des distributions granulom6triques 45
....................................................................... 111.2.2 SBledion des mélanges 46
111.3 Essais et analyses ........................................................................................... 48
........................ 111.3.1 Premiere serie : Essais sur les granulats de fondation 49
111.3.2 Deuxi~mes&ie:AutresessaisnomnaWs .................................. ..+....49
.............................................. 111.3.3 Troisibme serie : Essais non normalisés 51
......................................... 111.3.3.1 Impuretes (Projet de nonne LC 21 -260) 51
.................. 11 1.3.3.2 Évaluation du potentiel de recimentation ............... 53 ........................................... 111.3.3.3 Essai de gel sur les gmnulats recyclés 54
111.3.3.4 Essais environnementaux ............................................................... 55
111.4 Planche d'essai .............................................................................................. 5 5 ...................... CHAPiTRE IV : R&ULTATS ET INTERPR~ATION DES ESSAlS 58
iV . 1 RBsultats et analyse des essais de laboratoire ............................................... 58
..................................................................... N.1.1 Analyse granulorn&tfique 58
. ............... N.7 l . 1 Analyse gcanulom6frique par tamisage (BNQ 2560-040) 58
N.1.1.2 Granulom6tre au laser .................................................................... 65
.................................... IV. i 2 DBtemiimon des constituants des mat6riaux 66
IV-1 - 2 1 Obsewations visuelles ................................................................... 66
IV . 1 .2.2 Extraction de bitume (LC 26 - 1 00) ................................................ 67 IV.? -3 Essai de détermination de la résistance à l'abrasion Los Angeles
(BNQ 2560-400) ................................................................................... 68
N.1.4 Detemination du coefficient d'usure par attriüon à l'aide de
l'appareil micro-Deval (BNQ 2560-070 et LC 21 -1 0 1 ) .......................... 74
lV.1.5 Densite et absorptMte des granulats (BNQ 2560465 et
BNQ nsso-067) .................................................................................... n IV.1.6 Masse volumique et teneur en eau (BNQ 2501 - 255) ...................... ... 79
IV . 1.7 Perméabilité ( LC 22 - 322 ) ................................................................ 83
IV.1.8 Indice CBR (ASTM D 1883) ............................................................. 86
IV.1.9 Résistanceen compression (Inspiré de CASA23.2.9C) ...................... 91
N.1 . 1 O Module réversible (SHRP P46) ............................................................ 96
IV.1.11 Résistance aux cycles de gel et de dégel ......................................... 99
IV.l.12Valeur au bleu de méthylène (BNQ 2560 - 255) et équivalent de
sable (ASTM D 2419) ................................................................... 102
IV.l.13 Particuk légères et impuretés (Projet de nonne LC 21-260) ............. 1 07
IV . 1.1 4CaractérWtiques environnementales .................................................~. 708
IV . 1.1 5 Détermination de la teneur en sulfite et en chlorure (Projet de nome 15001) ...................................................................................... 1 q O
IV.2 Comparaison entre les modules de déformation (E) évalues en laboratoire
et sur le terrain .......................................................................................... ....l 1t
............................... N.2.1 Calculdes différents modules de déformation (E) 111
IV22 Comparaison des déflexions mesurées ............................................... 115
CHAPlTRE V : CONCLUSIONS ET RECOMMANDATONS ................................. 118
V.1 Conclusions .................................................................................................. 118
V.2 Recommandations .................................................................................. ......Y 29
................................................................................................... REFERENCES J 2 3
......................... ................................................... ...................... ANNEXES ,,. ,. ......126
ANNEXE A : PHOTOGRAPHIES DES ECHANTILLONS ....................... ...............f 27
....... ANNEXE B : RÉSULTATS COMPLETS DES OBSERVATIONS VISUELLES 130
ANNEXE C : RÉSULTATS COMPLETS DE TOUS LES ESSAIS ................... ......A 35
.............. ANNEXE D : RÉSULTATS OBTENUS A L'AiDE DU LOGCIEL ELMOD 147
LISTE DES FIGURES
Figure 1 : Systdmes de concassage : (a) systeme ouvert et (b) systbme ferme ........ 9
Figure 2 : Sch6ma de l'unité de concassage des mat6riawc provenant de la d6molition d'ichstructures municipales ................................................. 40
Figure 3 : Scht5ma de l'unit6 de concassage des materiaux provenant de la . . d6molition d'un b4timent,.., ......... ..~~.~~CC..~C.....~~~~~.~C.~~C....,, 42
Figure 4 : Équipement utnise pour produire les granulats bitumineux ...................... 44
Figure 5 : Courbes granulom6triques choisies et fuseau du MTQ ........................... 47
Figure 6 : Plan du projet pilote de La Prairie ...................................................... 5 7
................................. Figure 7 : Courbes granulom6triques des matériaux d'origine 60
Figure 8 : Courbes granulom&iques à lS6tude pour la courbe inférieure des ................................................................ melanges a A B
Figure 9 : Courbes granulometriques a l'étude pour la courbe de densité .................... maximale des mélanges cr A B ... ................................ 62
Figure 10 : Courbes granulom&riques à Mude pour la courba infdrieure des m6langes a B B ................................................................
Figure 11 : Courbes granulom6tnques rétude pour la courbe de densite
maximale des melanges a 6 D ............................................................... 64
Figure 12 : Pertes ib t'essai Los Angeles des mélanges de granulats recycl6s en fonction du % de granulats bitumineux ......... .. ........................................ 72
Figure 13 : DBgradation B I'essai Los Angeles du materiau a B D en fonction du ......................................................................... nombre de r6volutions 7 3
Figure 14 : Pertes à l'essai micro-Deval des mblanges'de granulats recyclés en ................................. ......... fondion du % de granulats bitumineux. ... 76
Figure 15 : Masse volumique des m6Ianges de granulats recyci6s en fonction ............................................................. du % de gmulats bitumineux 81
Figure 16 : Teneur en eau des m&langes de granuhts recyclés en fondion du
..................................................................... % de gmnulats bitumineux 82
Figure 17 : PemieabilitB des melanges de granulats recydes en fonction du %
de granulats bitumineux ......................................................................... 85
Figure 18 : Indice CBR (0,113 des melanges de granulats recyd6s en foncüon ......................................................... du % de granulats bitumineux 8 9
Figure 19 : Indice CBR (0,f) des m6langes a 30% de gmulats bitumineux en fonction du mûrissement (fuseau inférieur) ............................................ 90
Figure 20 : RBsistance en compression des melanges a A B en fondion du % de ............................................... ................... granulats bitumineux ,... 94
Figure 21 : RBsistance en compression des melanges cr 6 B en fonction du % de granulats bitumineux .............................................................................. 95
Figure 22 : Module réversible des melanges de granulats recyclés (à 100 kPa)
en fonction du % de granulats bitumineux .............................................. 98
Figure 23 : Valeur au bleu des m6langes de granulats recydés en fonction du
% de granulats bitumineux ................................................................... 106
Figure 24 : DBtermination des defiedons sur la planche d'essai ....................... ... 1 17
LISTE DES TABLEAUX
................. Tableau 1 : PropriBtés des granulats de b&on de ciment .. ........... 23 .................................................... Tableau 2 : Propri6tb des granulats bitumineux 24
Tableau 3 : GmnuIorn6tne des particules infdrieures à 0, 080 mm dans les .......................................................................... granulats recyci6s 6 5
Tableau 4 : Pourcentage des diffirents constituants dans les granulats recyd6s .. 67 Tableau 5 : Pourcentage de granulats bitumineux dans les granula& recyci6s ..... 68
Tableau 6 : Pourcentage de perte à l'essai Los Angeles des differents mélanges
........................................................................... de granulats recycIAs 69
Tableau 7 : DBgradation d l'essai Los Angeles du granulat recyd6 a B ID en ....................................................... fonction du nombre de révolutions 71
Tableau 8 : Pourcentage de perte & l'essai micro-Deval des mélanges de ................................................................................ granulats recyclés 75
................... Tableau 9 : Densite et absorption des granulats recydes .... ........ 78
Tableau 10 :Masse volumique et teneur en eau des melanges de granulats ................................................................................................ recycI6s 80
.............................. Tableau T 1 PennBabilité des melanges de granulats recydés 84
Tableau 12 :Indice CBR des melanges de gfanulats recyclés ..................cl........... 88
Tableau 13 :Indices CBR des m6langes à 30% de granulats bitumineux aprb .......................................................... mûrissement (hrseau inf8cïeur) .. 88
Tableau j4 :RBsistance B I'essai de compression des melanges de granulats ............................. ............ recyclés ............ .. ...... 92
..... Tableau 1 5 :Module réversible à 100 kPa des mélanges de granulats recycles 97
Tableau 46 :Pertes l'essai de ddgradaüon au sulate de magnbiurn des ................................................................................ granulats recyd6s 99
........... Tableau 7 :Perte d l'essai de gel I dégel ontanen des granulats recyd6s 100
Tableau 18 :Perte a I'essai de geI f degel a ASTM C 666 B des gramilats
recycl6s ................................*..**..*.............................................*.*.... 101
Tableau $9 :Valeur au bleu et 6quivalent de sable des mélanges de granulats recycI6s .........................-...... .. ............................................................ 204
.................................... Tableau 20 :Valeur au bleu du ciment anhydre et hydrate 105
Tableau 21 :Influence du pH de la solution sur 1% valeur au bleu ................... ....... 1 05
Tableau 22 :Particules idgères et impuret& dans les granulats re cyciés....... ... .... 108
Tableau 23 :Analyse chimique par fluorescence des rayons X des gmulats
Tableau 24 :Teneur en sulfate et en chlorure des granulats recycles ................... 1 1 1
Tableau 25 :Valeurs utilisées pour le r6tro-calcul des modules l'aide de ELMOD .....................................................................-..----............. 1 12
Tableau 26 :Résultats des modules de la fondation en matériaux recycles
obtenus sur les secüons BtudiBes ........... ............ ......................112
...................................... Tableau 27 :Valeur de C en fondion de la température 1 13
Tableau 28 :Valeur de C en fonction du type de structure ............cc....................... 1 14
Tableau 29 :Résultats des modules du terrain après les comctions .................... 1 14
ASTM : American Society for Tesüng and Materiafs
B.C. : Beton de ciment
BNQ : Bureau de normalisation du Québec
CBR : California Bearing Raüo
FWü :Defi ectomdtre à masse tombante (Falling Weight Deflectometer)
G.B. : Granulats bitumineux
INTRODUCTION
Ce projet de maitrise s'est effectue au sein du Service des matériaux
d'inh9stwctures de la Diredion du laboratoire des chaussées du ministae des
Transports du Quebec, dans le cadre d'un projet de recherche sur l'utilisation de
nouveaux matériaux granulaires dans les chaussées.
Ce projet est en fait une Btude sur la caractérisation des granulats recyd6s
(béton de ciment et enrobes bitumineux) ainsi que l'influence de certains de leurs constituants sur le comportement de ces matériaux pour une utilisation Mure dans
les structures de chaussees.
Il Pertinence du projet
Le ritseau routier queb8cois comprend près de 30 000 kilom6tres de route
répartis sur pres de 1 700 000 kilombtres carrés. Le d6veloppement de ce réseau
est maintenant pratiquement temin6 et le minist&e des Transports doit p l d t
s'occuper d'entretenir et de réparer œ réseau vieillissant De œ fait, une quanüt6
importante de matériaux est g6nMe par cas MeMons, de IB i'irnportance de les
valoriser au lieu den disposer dans des d6pots de mat6riaux secs. Par le pas&,
ces materiaux &aient directement acheminés vers des sites d'enfouissement
autorisés. Conscient de I'augmentafion des quantit6s de d6chets de toutes sortes et
de la diminution des espaces disponibles pour leur enfouissement, le gouvernement
du Quebec s'est dote, en 1989, @une politique visant B Muire de 50 % la quanfite
de déchets adiemin6s ven les sites d'enfouissement, et œ Biti Pan 2000. Le
ministhre de I'Environnement et de la Faune a d'ailleurs rappel6 récemment aux
principaux intervenants que la cible de 50 % de residus ddtoumés de 1'6limination
pour I'an 2000 devrait constituer un objectif minimum (ME, 1997). Depuis, pour
des raisons Bconomiques et environnementales, le minist8re des Transports du
Quebec a entrepris des démarches permettant de cibler les dii8cents types de
materiaux ayant un bon potentiel de r&utilisation dans les chaussées (Marquis et al.
1998). De plus, en 1997, le ministère de l'Environnement et de la Faune a publie
certaines directives et recommandations sur l'utilisation de ces materiaux (MEF,
1997).
Pour ce qui est du ministère des Transports, sa pratique en ce qui a mit la
reutilisation des debris provenant de la d6molition de ses chaussées n'était pas
clairement etablie. Jusqu2& I'an dernier, il revenait au maître d'œuvre de disposer
des résidus confom8ment aux lois et r6gIements en vigueur (Marquis et al.. 1998,
MfQ, 1997, MEF, 1997 ). C'est pouquoi le ministem des Transports s'est donne
comme premier objectif, par la réalisation de œ projet, de definir les proprietes de
ces matdriaux afin de se doter de règles pour encadrer la réutilisation de ces
materiaux dans les structures de chaussées.
L'objectif principal de œ projet est de préciser les caractBfistiques des materiam r8cyc18si soit les bétons de ciment et les enrobés bitumineux. pour en arriver 6tablir des lignes ditednœs concernant leur dans les chaussées.
Avant de les accepter comme materiau granulaire, il est primordial d6valuer quelles
en sont les pmpri6t6s physieoni6caniques et physico-chimiques et par la suite,
d'6tablir le €ype de mntrole le plus approprie pour s'assurer de la bonne qualité de
ces matériaux tout en respectant les fb~les de I'art de meme que les lois et
r6glements des différents ministères.
Les essais réalis& comprennent tous les essais inscrits au Cahier des
Charges et Devis Géneraw (MTQ, 1997) en ce qui a trait & I'acceptaüon #un materiau en fondation routibre, auxquels s'ajoutent des essais qui permettront de
miew connaître les particularités des matériaux recyclés. De plus, en Mectuant
certains mélanges de granulats de béton de ciment et de granulats bitumineux, on sera en mesure d'évaluer I'infiuenœ de l'ajout d'enrob8s bitumineux sur le
comportement structural de ces nouveaux matériaux granulaires.
Une fois les diffdrents essais r6alis~s. et connaissant les différentes
pro@&& de ces mat6n'aw, il sera possible d'en déterminer les limites dutilisatïon
dans les chauss6es,
Dans cette revue de la littérature, il sera question du cheminement des
granulats recydés fabriques a partir de béton de ciment et d'enrobes bituminew de
l'amv6e au site d'entreposage a la mise en place dans la structure de la chaussée
en passant par les diff6rentes propri6tbs de ces mat6riaw. La majorité des articles
retenus provient de Europe et des États-unis, car au moment d'&ire œ mémoire,
le recyclage de ce type de matbriau &ait peu répandu au Quebec ou encore
I'expérience acquise au cours des années n'a pas &té pubiide.
Les interrogations que l'on peut se poser quant à l'utilisation des granulats
recycI6s contenant des b6tons de ciment et des enrobés bitumineux dans les
chaussées sont surtout axees sur les propriétés de ces granulats. Offrentils des
p r o p W s qui répondent aux exigences des diMmnts ministhes et organismes ? Si
oui, est4 Bconomiquement avantageux de r&üliser ces mat6riaux dans nos
chaussées ?
Catégories de mat6riaux et nature des Unpiirrtb
Une fois dernolis, les éldments de b&ton et d'enrobé bitumineux arrivent sur le
site de concassage par camion. A ce moment, on retrouve du b6ton de ciment et
des enrobes bitumineux, mais aussi une quantité non négligeable dirnpuretés
(métal, bois, plastique, verre, plhtre, etc.) qui devront &e enlevées au cours du
procéd6 de concassage. II est important d'enlever le plus possible ces impureteS.
Selon Quebaud (1986), voici à quel moment on devrait enlever ces élements et
quels sont les problhmes possibles si la quantitb dimpuret&s est relativement
importante :
Le dhtre : L'élimination des éiéments constitues de plâtre est réalisée à
I'entr6e du site de recydage et à différents stades de la fabrication. Une
certaine quanüte de ces materiaux peut toutefois se tmuver dans les
gmnulats, surtout sous forme de particules fines (compte tenu de leur
caradere relativement friable) ;
Le verre : La présence de verre dans la composition des granulats recyclés
fabriques à partir de béton de ciment peut 6tre dangereuse* car en milieu
humide et en présence de teneurs Blev6es en alcalins, elle peut induire
une réaction alcali-silice ;
Les chlorures : Les granulats recycles peuvent se trouver contaminés par
les chlonires car les ions chlorures peuvent p6netrer dans le béton de
d&noliüon, comme c'est Ie cas pour les ouvrages en milieu marin ou les
chaussées d6verglades au sel ;
La maconnerie : Quand ces ftagments reprdsentent moins de 5 % de la
masse totafe des granulats recydés, les changements des proprietes
mdcaniques de ces derniers ne sont pas significatifsS Par conlre, si le
pourcentage est plus important, ces mat6rÎaw diminuent la densite des
granulats recydb, réduisent leur résistanœ au gel et peuvent meme poser des prob@mes de gonflement s'ils contiennent de fa diaux vive (Cao) ou
du péridase (MgO) ;
Les metaux: Une petite quantite d'armatures ou de fils de fer dans [a
composition des granulats peut provoquer des d6g8tsS ceci en raison de
I'oxydaüon de ces matériaux.
Une fois que I'on connaît la provenance du matbriau, on peut le diriger vers
les piles de réserves correspondantes. D'après Cimpelli (1996), on distingue
habituellement cinq catégories de mat8riaw :
les betons am6s ou non sans enduit ni platm ;
les matériaux composites, mais propres, constitues de graves routidres,
de pierres, de blocs rocheux, denrobés, de bordures, de briques, etc. ;
les mélanges de matériau avec de faibles teneurs en plâtre, bois,
plastique, etc. ;
les melanges hdt&og&nes avec des teneurs en matières indesirables
(plSitre, bois, plastique, etc) supérieures à 10 % ;
les autres materiaux n'entrant pas dans les cat6gorîes précédentes.
Une fois cette sélection faite et les matdriaw séparés selon leur nature, le matériau
est dirig6 vers les unit6s de concassage.
Les installations de production de granulats recyclés ne sont pas tellement
diff6rentes des installations de concassage des granulats naturels ; par contre, on
doit porter une attention particulière a la présence daimpuret& dans les mat6riaun
Pour enlever ces impureW. on proddera. à dii6mnts moments au cours du
processus de concassage, B des opérations de triage manuel ou mdcanique. Les
plus gros &bris comme les plaques de métal, les panneau de bois, les aciers
d'armature, le papier, le plaaique, etc. sont enlevés a la main avant I'entrée des
mat6riaw au concasseur primaire, tandis que pour enlever les impuretes Ygdres,
Quebaud (1996) propose deux procéd6s : I'6puration B I'air et i'6puration par voie
humide. Pour la premidre solution, les granufats sont entralnds par un courant d'ait
sur des distances variables selon leur forme et leur nature. Par contre, ces
installations demandent des frais dinvestissement BlevBs. Dans le dewi8rne cas,
PBpuration par voie humide (flottaison), la separation est réalisée au moyen d'un
bain dit u aquamator B dans lequel les granulats recyd6s sont transportés par bande
immergee et les fractions I6g6res qui flottent sont séparées par des jets d'eau à
contrecourant On peut aussi ajouter au cimit de concassage des Bledroaimants
pour enlever les débtis métalliques. Ces Blectro-aimants seront installés a la sortie
des concasseurs et recueilleront les elbments m6talliques comme les aciers
d'armature.
Pour œ qui est du concassage en tant que tel, on peut procéder en systdme
ouvert ou en circuit fermé. Cinamenient d'un système ouvert est que la
granulométrie du produit fini est moins bien contrôlée. Le RILEM (1988)
recommande donc un circuit fernid, et ce, m6me si le circuit ouvert permet une plus
grande capacit6 de production (figure 1). Le nombre de concasseurs utilis4s
dépendra de la qualité de granulat que l'on veut obtenir. L'utilisation d'un seul
concasseur nous donnera des matériaux de plus ou moins bonne qualit& et ce, meme si le rnatdriau de depart est relativement propre. De plus, procéder & un seul
concassage n'enlèvera pas toutes les impuretés, seuls les débris métalliques seront
enlevés grâce a i'éledro-aimant Donc, l'utilisation d'un deuxieme concasseur
permettra de procéder une dewihe ophtion de triage (manuel et magnetique),
ce qui donnera un matenau beaucoup plus propre. Pour obtenir une plus grande
propret&, le RILEM (1998) propose donc d'enlever la W o n inférieure a 10 mm
après le premier concassage et de diriger le retenu vers le dewihme concasseur.
Le choix des concasseurs est aussi un Blément important de la production de
œ type de granilat. Au ddpart, les concasseun doivent traiter des blocs de 0,8
1 m&re de diametre, ce qui implique que Vusure du concasseur est beaucoup plus
rapide et que le debit de production est plus bibi& qu'en camdre. Seion Quebaud
(.1996), le concassage primaire est souvent assuré par un concasseur & machoiras
ou percussion alors que le concassage secondah est assuré par un coneassewr
à m&hoires, B percussion ou, plus rarement, de type conique. À l'exception de la
distribution granulom&ique, [es autres proprietes comme la densU, la masse
volumique, i'absorption. la dégradation au sulfate de rnagn6sium et la dtSgradaüon B
I'impact ne sont pas afktées par le type de concasseur ou le circuit de concassage
proprement dit. et tous les concasseurs produisent & peu p r b la meme quantittS de
parücules cubiques si, bvidemment, Ie granulat original du Mton de ciment n'a pas
de tendance particulidre B ddvelopper des particules plates et allongdes.
Les concasseurs à m&choires donneront quant a eux une granulométrie plus
gcossi&re, rendant ainsi la r6duction de la granulom6tfle insuffisante, ce qui
nécessitera un dewieme concassage. Par contre, le RILEM (1988) affinne que œ
sont ces concasseurs qui donneront la meilleure distribution granulométrique pour la
production de granulats recyd6s fabriques à partir de béton de ciment
Les concasseun à impacts (ou à percussion) pemettent une bonne réduction
de la granularit6 lors du premier concassage et separent Ws bien les armatures du
b&on ; cependant, ils subissent une Mure ths importante et les dimensions des
matériaux à concasser sont limitées. II faut noter qu'ils donneront une très bonne
distribution granulométrique pour les usages rouüers. Ces deux premiers types de
concasseurs gbneret A peu près la meme quantité de particules fines (particules
c 80 pm).
Le troisième type de concasseur, à cône, est beaucoup moins utilise, mais il
est Ws utile comme concasseur secondaire avec des granulats entrant de grosseur
maximale de 200 millimbtres.
Taiile compaîibIc avec Le concasseur utilisé
Concassage prmaue E
(a) Système ouvert
--
Ï - 1 t concasseur utlLst
(b) Système fermé
Figure t I Systèmes de concassage : (a) système ouvert et (b) système fém6
Le type de matériau B concasser aura aussi une incidence sur le choix des
concasseurs. Si on concasse du Mton de ciment, la quantitb de pate de ciment
entourant les granulats naturels sera plus ou moins importante d6pendamment du
type de concasseur utilis6. De plus, Quebaud (1996) Mme que le concasseur à
percussion brise aussi bien les gmulats naturels que la gangue de ciment, mais ne
d6taCtie pas cette demière des granulats naturels tandis que, de par leur adion
combinée de ftottement-écrasement, les concasseurs à rnbchoires donneront un
pourcentage de phte de ciment plus important dans la fraction fine. On aura donc, B
la sortie du concassage, des granulats ayant une grande proportion de particules
fines.
Pour sa part, un mathriau bitumineux qui n'est pas concassé sur place et
entreposé en pile de réserve aura tendance a durcir, B se redmenter et deviendra
plus dirfficile B manipuler. Si c'est possible, le matériau devrait Btre m6lang6 au plus
tbt avec d'autres granulats pour enrayer ces problèmes. De plus, par temps chaud,
les mbchoires du concasseur s'enduisent de bitume et ont tendance a perdre de leur
efficacité. Le concassage est donc beaucoup plus efficace par temps frais.
En guise de condusion sur la fabrication de ce type de granulat, Cimpelli
(1996) propose un r6sume des dM8rentes phases d'6laboration des produits issus
du recydage sur I'îlede-France :
* s6ledion et stockage des produits bruts ;
prdparation avant traitement qui consista à reduire les plus gros éI6ments à
l'aide d'un marteau hydraulique ;
concassage pHmaire a l'aide d'un concasseur a percussion ou B m&hoires
suivi d'un deferraillage BlectromagnBtique ;
selon les installations, le concassage peut &re précéd6 &un criblage
destin6 6IÏminer les mat6riaux A faiMes caractdcistiques et suivi d'un tri
manuel dwn6 B reürer les impureth ;
Bventuellement, concassage secondaire partant sur la fraction sup6rïeure
issue du concassage primaire.
IL4 ~ u i c t € r i ~ ; t i ~ ~ e ! S g&néraIcs
Les mat6riaw recyclés qui sont maintenant concass6s et qui se retrouvent
sous forme de granulats ont des propriétés mécaniques et chimiques particulières.
Pour Btre utilisés dans la structure de la chaussée, les granulats devront répondre à
une série d'exigences relatives a ces usages. II faut donc procéder des essais pour miew connaitre les carad6fistiques de ces granulats.
IL4.1 Criractéristi0ques g€n&aIcs des girnulats de béton de Urnent
En général, les matériaux de béton de ciment sont genér6s par la démolition
de pavages, de batiments, de structures routières, etc. De plus, dans les régions
metropalitaines, on peut ajouter comme sources les frottoirs, les 616ments de voirie
et les stationnements. Ces b6tons de Ment sont fabriqu6s avec des granulats de
bonne qualité qui composent entre 60 et 75 % du volume total du b6ton, qui ont une
granuiometrîe relativement bien étalée et qui sont Ii6s par une pâte de ciment.
Les differenœs de qualité des gmnulats recycIQs proviennent donc surtout de
la qualité des granulats qui wmposent le béton, - la grosseur de ces granuhts, de
la rbsistance en compression du beton original et de son unifonnite. Par exemple,
les Wons pr6fabrïqu6s contiennent ghdralement de plus petits granulats, ont une
meilleure rdsistance en compression et les variations de r6sistance et des autres
propri6tés sont plus faibles que les bétons cool6s sur place. Le b&on recycle peut
aussi montrer des signes de faiblesse dues aux réactions alcali-granulats. De plus,
dans plusieurs régions où I'uüiisahion des sels déglaçants est pratique courante, les
granulats recyd6s produits p-r de ces Mtons peuvent contenir des niveaux
Blevés de chlorures. Malgr6 ces variations, les essais indiquent que les granrilats
de b6ton de ciment concassés ont des pmpri8tés qui mssemblent à celles des
mat6riaw granulaires naturels et qu'ils r6agiiont de façon similaire lors de leur mise
en œuvre.
Le volume occupé par fa pâte de ciment adhhnt aux granulats naturels est
de 25 a 35 % pour les partiarles comprises entre 16 et 32 mm, autour de 40 96 pour
tes particules de 8 B 16 mm et d'environ 60 % pour les particules de 4 B 8 mm et œs
pourcentages ne varient pas beaucoup en fonction du rapport eaukirnent du béton
original (RILEM, 1988). De plus, environ 45 a 65 % de la pate de ciment est
compris dans la ftacüon OB00 Pm.
IL4.2 Caractéristiques g&nécaits des griniilits bitumineux
Les propri6tbs des granulats bitumineux dépendent largement des proprietbs
des constituants du vieux pavage (granulats et bitume). Étant donne que les
granulais bitumineux peuvent provenir de diiibntes sources, la qualité de ceux-ci
peut varier 6nonndment La quantitb de bitume à I'intWeur des enrobés bitumineux
est gén6ralement de 3 a 7 % en masse, mais selon des études réalisées aux États-
Unis (T~rne~Fairbank, 1999), les granulats bitumineux obtenus à partir de la
rnajorit6 des couches de roulement ont en moyenne de 4,s a 6 % de bitume (en
masse). Les propri6tés mécaniques des granulats bitumineux et d'un melange
granulaire non li& contenant de tels granulats Bvoluent avec le temps et varient de
façon significative en fonction du contenu en emobe bitumineux De plu, comme
les granulats bitumineux sont composés de plus de 90 96 de granulats naturels,
leurs propri6tés d6pendront grandement de celles des granulats naturels qui les
composent
Tel que mentionn6 dans la description des cacacfétisüques de fabrication,
Quebaud (1996) affirme que la granulom6trie des granulats recydes ddpend du
système de concassage uti*Iis6 ainsi que de la qualit6 des mat6fiaux de ddmolition
employés pour 1'elaboration des granulats. De plus, l'usure des m8choires du
concasseur peut Btre la cause de fiuduaüons importantes dans le pourcentage des
particules sup4rieures à 80 mm. Selon des études mendes en Belgique au cours
des années 90 (Gode et Saeys, 1991), lorsque l'on procède au d6coh6sionnement
du revêtement, le carad6re discontinu plus prononce de certaines granulométries
est dû à la présence de quantites importantes de sable de la couche sous-jacente
d6blayde en meme temps que le revêtement de b6ton. On devra donc apporter des
corrections granulom6triques avant d'utiliser le rnat6riau car souvent il est trop gros
ou parfois, le pourcentage de particules passant au tamis 80 pm excède les limites
permises ou encore la r&partition granulometrique sort du fiseau de spécification.
La résistance en compression du b&ton original aura aussi un effet sur la
granulométna de notre granulat de b6ton de ciment recyde. Richardson et Jordan
(1994) ont remarqué qu'un beton de 32 MPa a produit une plus grande quantite de
particules fines que celui de 80 MPe de résistance. Selon eux, c86tait prbvisible car
la pâte de ciment du béton de 32 MPa est brisée plus facilement que celle du béton
de 80 MPa. Ils ont aussi remarque que le béton qui avait une résistanœ de 80 MPa
a produit des particules plus anguleuses. Ce constat confirme les Btudes ant6rieures menees en 1985 par Ravindrarajah et Tarn (1985) qui ont démontrb que
le pourcentage de parüailes passant le tamis 5 mm est augmente lorsque Ia
r6sistanœ du béton diminue. Finalement, on a remarque que (a fradion grossière
comprend g6n6ralement plus de fragments de beton, alors que la fracltion fine
contient g6n6ralement plus de pate de ciment
Pour terminer, selon le RlLEM (1988), il est evident que I'on peut amener à
I'interïeur du fuseau granulom6trïque la granulom6tne de notre rnat6riau recyci8 en
faisant des ajustements mineurs aux ouvertures des concasseurs, C'est aussi œ
qu'ont affin116 certains chercheurs belges (Gode et Saeys, 1991) qui ont dit que la
production de granulats recydés, en matihre de granulom6tne, ndcessite un soin
particulier mais est tout à fait réalisable. La quantité de grains trds fins peut être
limitée soit par un wntrble strict lors du ddblai des débris de Mon, soit par un
précriblage à I'entr8e au concasseur. Cette quantité de particules inférieures à
5 mm aura notamment une infiuenœ sur Pabsorpüon du granulat recycIé.
IL5.2 Densith et absorption
La densité des granulats recyd6s contenant majoritairement des morceaux
de béton est légèrement inférieure à celle des mat6riaw traditionnels, ce qui était
pr6visible puisquJil s'agit de fragments de b&on dans lesquels ta pâte de ciment
contient un pourcentage 6levB de vides occlus (souvent autour de 10 %). M&ne
remarque concernant les granulats bitumineux : la faible densité relative du bitume
(? ,û4) cornparde B un granulat naturel (2,65) et la porosité des granulats bitumineux
fait également diminuer la densite du melange. Les valeurs trouvées par Gode et
Saeys (7 997 ) sont en moyenne de l'ordre de 2,16 B 2,25.
Pour ce qui est des granulats de béton de ciment recyd&, l'absorption en
eau est le diffdrence la plus marquante en ce qui conceme les propriet6s physiques
de ces granulats par rapport aux granulats naturels. Ceci est dù à l'absorption d'eau
par la pâte de ciment &es poreuse et aux irnpuretds contenues dans les granulats
recycf6s. Quebaud (1996) affirme qu'il existe une corétation entre le pourcentage
de @te de ciment et le coefficient d'absorption d'eau des sables recycfés, œ qui dbmontre bien le caradbre poreux de cette pâte de ciment De plus, la diff6renœ
d'absorption selon la grosseur du granutat nous indique que la @te de ciment est plus importante dans la fiadion fîrte. Un m&ne beton de ciment donnait une
absorption de plus ou moins 7 % pour des granulats recycles de 5 & 25 mm et une
absorption de II % pour les particules infMeures à 5 mm, donc l'absorption est plus
mortante dans la W o n fine.
ILS3 MuK volumiqut a teneur en eau
La masse volumique des granulats recycles est 16gèrement inférieure a la
masse volumique des granulats originaux uülis6s Ion de la fabrication du béton de
ciment ou de l'enrobe bituminew, et ce, à cause de la masse volumique
relativement faible de la @te de ciment ou du bitume accoi6 aux granulats naturels.
De plus, Bergeron et Martineau (1995) ont remarque que la masse volumique des
melanges contenant des enrobes bitumineux diminue avec l'augmentation du
contenu en enrobes bitumineux Les recherches du Turner-Fairbank Highway
Research Center (1999) ont aussi ddmontre que la masse volumique des granulats
bitumineux va dépendre en majeure partie de la densite du granulat utilisé dans
l'enrobé bituminew et de la teneur en eau de ta pile de réserve. Elle sera en
moyenne de 1940 à 23ûû kglm3, ce qui est I6g&ement infeneur aux granulats
naturels.
Tout comme l'absorption, la teneur en eau des granulats recycl6s est plus
élevée que celle des granulats naturels ; elle augmentera avec I'augmentation de la
teneur en granulats bitumineux et avec la quantité de particules fines dans le
m6lange (Bergeron et Martineau 1995, Hanks et Magni 1990).
Les informations sur la teneur en eau des piles de réserve sont très évasives,
mais les indications laissent croire que la teneur en eau des granulats bitumineux
augmentera avec le temps d'entreposage. Des granulats bitumineux concasses et
exposes aux internp6ries peuvent en Met emmagasiner une quantité importante
&eau avec le temps, des teneurs en eau de plus de 5 % ayant 818 mesurées sur
des granulats bitumineux entrepos6s B Pextbrieur Fumer-Fairbank, 1999).
II existe certaines contradictions quant à i'influenœ de la résistance initiale du
b6ton uülis6 pour fabriquer des granulats recyd6s et la r6sistanœ & rabrasion Los
Angeles. Les pertes mesurées par le RlLEM (t988) étaient comprises enife 22,4 %
pour un granulat grossier (16 & 32 mm) provenant d'un b6ton à haute résistanc8 et
41,4 % pour les granulats plus fins (4 à 8 mm) provenant d'un beton à faible
r6sistance. Par contre, en moyenne, les pertes au Los Angeles variaient entre 25,1
et 35,l % pour les granulats grossiers de 15 b&tons avec des résstances frBs a
variables et concasses diff&emment D'autres Btudes menees par Richardson et
Jordan (1994) realisées sur des b6tons de résistance de 32 et de 80 MPa ont
montre des pertes respectives de 26 et 27 % au Los Angeles. Une différence de
i 96 est beaucoup plus faible que pr6vu consid6rant la grande diffhrence de
résistanca des bétons. Le granulai originai, un basalte, avait quant à lui des pertes
de 17 %, ce qui indique que la pâte de ciment collée sur Ie granulat naturel cause
une augmentation significative de la perte d l'abrasion Los Angeles. Ces chercheurs
ont aussi fait plusieurs essais sur des b6tons de ciment de résistance inconnue et
las pertes moyennes se situent autour de 29 %, sans qu'il n'y ait d'kart majeur
entre les diffbrents résultats.
Si on consid6re des pertes moyennes de 29 % pour des granulats recyd6s
fabriques avec des b6tons de résistance inconnue, on peut dire que la diffbrence
entre ces résultats est faible. On peut donc s'attendre à ce que ces granulats
passent sans probarne les exigences demandees pour un usage en fondation de
chaussb.
ILS.5 Désagdgation ir d a t e de magnésium
Les &uMs cités dans la litterature concemant cet essai sont t h variables
et les opinions très dK&entes. Ceci peut Btts dû la faible repmdudibilite de cet
essai. Des Bcarts allant jusqu'à 71 % peuvent Btre observés lorsque I'on compare
les r6sultats de doï8rents iaboratoires (BNQ 2560 - 450T1983).
Certains aoient que la plupart des granulats rec/cés sont moins durables
que les granulats originaux et que les granulats recyci8s vont depasser les limites
acceptables de la nome (ASTM C33) qui est de 12 % pour les gros granulats et de
I O % pour les gramlats fins. On a observ8 des pertes variant de 18,4 a 58,9 %
pour 15 granulats 6tudi6s, et ce, aprds les cinq cycles presaits dans la nome
(RILEM, 1988). Par contre, d'autres auteurs ont obtenu des pertes de 0,9 % et
2.0 % pour des granulats grossiers produits parür de bdton de ciment Les
granulats fins de ces memes mat6riaux ont obtenu des pertes de 6,8 8,8 %, et des
pertes de 3,9 (gros granulats) à 7,1 % (granulatç fins) ont Bt6 obtenues pour les granulats originaux (RILEM 1988).
Enfin, des résultats am6ricains indiquent que la d6gradaüon à l'essai de
sulfate de magnésium des granulats recyclés tend A Btre plus faible que celle des
granulats originaux alors que des Btudes japonaises indiquent le contraire (RILEM,
1988). Malgré toutes ces contradictions, on peut dire que la désagrégation au sulfate de magnésium des granulats recyciés sera acceptable pour utilisation dans
les structures roufi6res.
IL5.6 Capacit6 portinte (indice CBR)
La capacitb portante des materiam est mesurée ii l'aide de l'essai CBR. Cet
essai indique la capacité portante d'un matériau quelconque par rapport un
matériau de réf6rence (ASTM D 1883 - 92).
Tous sont d'accord pour dire que le capacitd portante du materiau sera grandement iMuenc6e par la quanüt6 de granula& bitumineux qu'il contiendra. Par
contre, iI y a aussi d'autres fadeurs non négligeableabka comme la granulom6tncer la
quantite d'eau Q rintérieur du melange et le temps.
Bergeron et Martineau (1995) affirment que Pindiœ CBR diminuera avec
I'augmentation du contenu en granulats bitumineux. Cet indice sera fonction du
contenu total en enrobes. mais aussi de la granulom6Vie du melange dans lequel il
se retrouve, notamment les particules grossiBres (> 5mm) qui semblent davantage
influencer I'indiœ CBR. En paralUle, des études menées par le minist6re des
Transports de l'Ontario (Hanks et Magni, 1990) ont d6montr6 que I'indiœ CBR est
passe de 129 % pour un granulat naturel (type A) é i 11,7 % pour un melange
contenant 80 % d'enrobes bitumineux et 20 % de granulats naturels. Celui
contenant 100 % de granulats bitumineux a donne une valeur de 13,1 %, ce qui
confirme que l'ajout de granulats bitumineux affecte grandement l'indice CBR
Généralement, un matériau qui contient plus de 30 a 40 % de granulais
bitumineux donnera un indice CBR inferieur a fa limite permise de 100 %. Un
mélange contenant 40 % de granulat bituminew et 60 % de granulats naturels a
donne un indice CBR de 43,3 % apds compaction (Hanks et Magni, 1990). Par
contre, étant dom& que ces valeurs &aient très basses, mais que les r6sultats sur la route Btaient bons, les auteurs ont laissé mûrir quelques échantillons en
laboratoire. à température ambiante. Le m6me matériau qui donnait 43,3 % est
pas& à 'î 34 % après 13 jours de mûrissement dans ['air et des résultats de plus de
100 % ont Bt6 obtenus pour des mélanges allant jusquY 60 % de granulats
bitumineux. Ces echanüllons ont ét6 laisses à la température ambiante et ont donc
perdu un peu de leur eau, ce qui semble d'ailleurs assez représentatif des
conditions normales de construction. Par contre, si on laisse tremper les
échantillons dans i'eau, au lieu de les faire mûrir à l'air, on obtient des valeurs qui
sont similaires ii celles obtenues immédiatement après le compactage. L'immersion
totale emp6cherait donc Ie melange de se recimenter. L'immersion totale est une
condition s&&e et donc très peu probabte en chanüer. On peut donc supposer que
te gaui de portance est a la fois dû au séchage et B l'effet de mcimentatim du
bitume (Hanks et Magni, 1990). Des Btudes am6ricaines viennent aussi confirmer qu'ii y a un gain de résistance avec le temps: des essais sur des spkimens
contenant 40 % de granulats bitumineux et 60 % de granulats naturds ont fourni des indices CBR dépassant 150 % aprbs seulement une semaine de mdfissement
(Turner-Fairbank, 1 999).
IL5.7 Moduit dvenible
Davis et al. (1997) d8finissent le module réversible comme étant le rapport de
la contrainte d6viatorïque appliquée sur la déformation verticale réversible mesurée
pendant une sdquenœ de chargements spécifiques qui tentent de représenter les
conditions du passage des v6hicules sur la chaussée.
Les meilleurs résultats obtenus par Davis et al. (1997) ont été pour des
mélanges contenant 50 % de granulats bitumineux I 50 % de granulats naturels,
alors que les granulats naturels ont montré les rbsultats les plus faibles de tous les
mélanges test&. Apds avoir &die tous les résultats obtenus, les auteurs ont
affirme que le contenu optimal en granulats bitumineux pour une utilisation en sous-
fondation serait de 50 %, mais que des mélanges a 60 et 70 % ont donne des
résultats sup6fieurs 180 MPa, ce qui est suffisant pour les utiliser en fondation.
Davis et al. ('l997) ont aussi remarque que les résultats semblaient peu constants, possiblement à cause de la ftiabilit6 des rnat6riaw bitumineux recycl6s.
Drapr&s O'Mahony et Millîgan (1991), il semble qu'il y ait une relation directe
entre la teneur initiale en humidite et ta durabilite au gel des granulats recydes, œ
qui implique que les granulats recydés fabriques à parür de b&bn de ciment
seraient classés comme Btant susceptibles de se dégrader suite des cydes
rep6teS de gel et de d@eCC Les vides dans [es granulats de béton de ciment
compact& ne seraient pas assez nombreux etlou assez rapproches pour absorber
rapidement laugmentation de vohme forsque I'eau se transforme en glace. Pour œ
qui est des granulats bitumineux, le RILEM (1988) indique que les partiades
bitumineuses sont r6sistantes aux cycles de gel et de dégel.
IL59 Essai de compreasioa simple
L'essai de compression simple est Medue pour essayer de quantfier la
recimentation des matdriaux contenant des granulats de béton de ciment. II ressort
des essais effictub que la plupart des granulats de Won concasse prdsentent
apr& 28 jours une résistance a la compression simple comprise entre 0,5 et
1 ,O MPa. Cette valeur est insuffisante pour considérer ce matériau comme lie, mais
contribue quand mQme dans une large mesure B la stabilit6 de la fondation. C'est
ce qui ressort Bgalement des mesures effectuées sur des sections expérimentales
(Gode et Saeys, 1991). De plusr le rapport du RILEM (1 988) indique que la
rbistance en compression de granulats recycI8s de b&on augmente lorsqu'on lave
la fraction grossiere du granulat
D'autres essais ont aussi et8 réalis& sur les différents matériaux L'essai
d'équivalent de sable (ASTM D 2419) détermine la quantité de particules fines
argileuses ou plastiques et de poussières contenues dans les sols granulaires et les
granulats fins passant au tamis de 5 mm (AitUn et al., 1992). Pour 65 % des sables
testés par Quebaud (1996), les valeurs d'dquivalent de sable obtenues sont
supérieures ou égales a 70 (sables propres). Sur ces memes sables, les valeurs au
bleu de mdthylhe (NQ 2560-255/86) obtenues sont inf8rieures B 0,01 (0JS g de
bleu 1 100 g de matMau) (MTQ : c 0,20 (MTQ 1997)). œ qui confirme la propreté de
ces sables. Par contre. d'autres essais cités par le RILEM (1988) d6montrent que.
sur les gtanulats fins, des équivalents de sable compris entre 28 et 68 ont 6té
obtenus, sugg6rant un sable moins propre, Lorsqu'on veut utiliser ces materiaux en
fondation non traitée, Aïtcin et al. (1992) suggèrent d'utiliser des materiaux ayant un Bquivalent de saMe sup6rÎeur ou égal B 30 pour un trafic i-rieur à 25 PUd (poids
lourds par jour; les poids lourds sont définis comme les v6hicules de charge utile
supdrieure ou Bgale à 5 tonnes) et supSrieur à 40 pour un trafic de 25 B 300 PUd.
La perméabilit6 des mat6rÏaux recydes est rel ib a la quantite de granulats
bitumineux qu'il y a dans le melange et il est possible bavoir des perméabilités
comparables aux granulats naturels avec des mat6riaux r e c y c k La pemieabilitd
d'un melange de 40 % de granulats recydes (granulats bitumineux) et de 60 % de
granulats naturels était de 1,39 x 109 cmls, œ qui est comparable au granulat
naturel utilise en fondation, dont la pem6abilite se situe entre 1 oJ et lo4 cmls
(Hanks et Magni, 1990). Toutefois, la perméabilité augmente si on a plus de 50 46
d'enrobds bitumineux dans le mélange (Bergeron et Martineau, 1995). Cette
augmentation serait en parüe aitribuable à l'agglomération des particules plus fines
sur le granulat bitumineux et I'allure discontinue de la courbe granulorn6trique
après l'ajout de ganulats bitumineux (Bergeron et Martineau 1995). Pour ce qui est
de la perméabilité d'un mélange de 100 % de granulats bitumineux, elle se situe
entre 1 et 1 o6 d s (Davis et al., 1997).
Les granulats de béton de ciment, qui sont des rnatdriawc entidrement
concass6s, ont des formes t rb angulains. A cause de la présence de mortier sur
les granulats, les granulats de béton de ciment ont une surface plus rugueuse, une
densité plus faible et une absorption plus grande que des granulats naturels de
grosseur comparable. Au fur et mesure que la grosseur des particules de béton
de ciment diminue, ta densite diminue et I'absorption augmente de façon
proportionnelle, a cause de la plus grande proportion de mortier qui adh&e ou qui
constitue les particules fines. La forte absorption est particulièrement remarquable
dans la fine du matMau (c 5 mm) et parüculi8mment dans les matMau
constitués de M o n avec air entrahé- La fiaction inferhure a 80 pm est
normalement minime dans les granulats de béton de ciment
Les gros granulats de béton de ciment (> 5 mm) ont de bonnes propciet6s
m8caniqueq incluant une bonne n5sistanœ à labrasion, a la degradation aux
subtes et une bonne capacité portante. Les pertes B tressai Los Angeles sont
16ghment plus BleveeS que celles mesurées sur des granula@ conventionnels de
haute qualit& alors que la degradation a w surtates de magnesium et l'indice CBR
sont comparables aux granulats conventionnels.
De leur côt6, les granulats bitumineux ont des propriétds mbcaniques qui
dependent largement des propriétés des matMaux qui les constituent, c'est-àdire -
des granulats et du bitume, mais aussi du type denrobe recyde, des meth0d8~
utilis6es pour les recycler et du degr6 de transformation nécessaire pour les
preparer pour I'applicaüon B laquelle il sont destine (Turner-Faihank, 1999).
La granuiom&tne des fraisats ou des parüwles d'enrobe concasse peut varier
en fonction du tYpe d'bquipement utilis6 pour produire le granulat bituminewç du
type de granulat naturel utilis6 dans l'enrobe et aussi du fait qu'on a melange ou non
une partie de la fondation avec l'enrobé bitumineux lors de la pulv6risation. De plus,
pendant le processus de pulvérisation ou de concassage, presque tout Senrobé
bitumineux est concasse a moins de 38 mm, avec quelques particules atteignant 51
ou 63 mm. En gen&al, la plupart des stocks de granulats bitumineux ont une
granulorn6trie assez bien Btalbe, comparable a celle d'un granulat naturel avec peut-
Btre une fracüon fine (< 5 mm) iégdrement plus importante.
Tableau 1 : Propriétés des granulats de b&on de ment (T~me~Fairbank, t 999)
Type de proprldté
. Physiques
Pmpci6tés du granulat fsbriqud partir de béton de ciment
Densitt5 :
- Gros granulats (> 5mm)
- Granulats fins (< 5 mm)
Absorption (%) :
- Gros granulats (> 5mm)
- Granulats fins (c 5 mm)
Perte à l'abrasion :
a Los Angeles B (56)
- Gros granulats (1 5mm)
DBsagrégation au sulfate de
magnésium (%) :
- Gros granulats (> 5mm)
- Granulats fins (e 5 mm)
Valeur
Indice CBR I
Des vaIeurs d'absorption de 11.8 % ont Bt6 0bs8~88s
Seuil
dgacceptation
- - -
Perte maximale
pondérée de 20 %
GCDG 1993) En fondation :
1 O0
(b) Les valeurs typiques d'indice CBR pour des calcaires sont de t 00
Tableau 2 : Pmprieths des granulats bitumineux (Tumer-Fairbank, 1999)
Physiques
Mécaniques
Pmpri&& du gmnulat
bitumineux
Masse volumique
Teneur en eau
Teneur en bitume
Indice de pénétration
(bitume)
Viscusit6 du bitume
Masse volumique
compad6e
California Bearing Ratio
(cm
etendue des valeurs
typiques
1940 - 2300 k@m3
Normal : s 5%
Maximum : 7 à 8%
Normal : 43 ii 6%
Limites : 3 à 7%
Normal : I O a 80 a 25'C
Normal : 4000 à 25000
poises a 60°C
L'utilisation des granulats recycl6s mmpos6s de béton de ciment dans les
structures routi&es a souvent Bt6 associ6e B une réduction de la pemittivitb des
drains et A une accumulation d'un pr6cipit6 de calcite et d'autres matériaux dans les
systemes de drainage des sous-fondations. La présence de chaux libre (Cao), de
portlandite [Ca(OH)d et possiblement d'autres phases a base de calcium prdsentes
dans le ciment portland serait responsable de' la formation de ces prkipit6s.
Sommairement, ces éléments sont dissous au contact de l'eau et précipitent sous
forme de calcite lorsqu'ils entrent en contact avec le gaz carbonique présent dans
l'atmosphère.
Des essais de laboratoire ont 616 effe~tuds par l'équipe de Bruinsrna et al.
(1 997). Ils ont plonge différentes fractions de granulats recycl6s composés de béton
de ciment dans de l'eau distillde et ont mesure le pH. La ftacüon 475 à 9,5 mm a
donné des pH de l'ordre de 11 alors que la fraction 0,075 A 475 mm a donne des
valeurs supérieures à 1 i en moins de 24 heures, et œ B cause de la dissolution de
portlandite, cette solution saturée pouvant atteindre un pH de 22,s. Cependant, la
valeur du pH tend a diminuer jusqu'h 10 et meme jusqur& 9 avec le temps, a cause
de la carbonatation de la portlandite prbsente dans la solution. Les granulats
naturels, un gravier et une pierre concassée, ont donne des valeurs de pH de 8 tout
au long de la phriode @essai. et ce, pour toutes les -ions. Des mélanges
contenant aussi peu que 25 % de granulats de béton de ciment ont damé des
valeurs de pH tout aussi Qevbes et ont forni6 des précipit6s qui ont colmate le
geotexüle (Bruinsrna et al., 1997).
Ces essais ont donc pu demontrer que toutes tes fractions ont un potenüel de
précipitation. Toutefois, œ potenüel augmente avec la finesse des parücuCes,
probablement parce que la phte de ciment se retrouve en majeure partie dans la
fiactrWon fine des granulats recycids fabriqués à parür de Mton de ciment La
formation d'un préeipit6 avec les granulats recyclés et l'absence d'un tel précipité
avec les granulats naturels suggèrent que la source du calcium pour le prQcipité est
te mortier et non le granulai grossier.
En résumé, les auteurs concluent que les expériences de laboratoire et de
terrain ont permis de demontrer qu'il y a suffisamment de phases B base de calcium
dans les granulats recydés fabriqués avec des bétons de ciment pour qu'il y ait
formation &un précipite de calcite, et ce, peu importe la grosseur des particules,
mais que la &action est inversement proporüonnelle à la grosseur des particules.
Cutilisation d'un matériau dont on a enlevé la fraction fine diminue grandement la
quantite de precipit6 formé, mais ne ['éliminera pas complhtement
Les fadeurs les plus importants qui influencent le taux de réaction sont la
température, la grosseur, la forme et la charge électrique des particules, la force
ionique de la solution, la viscosité et la pression et sans contredit le temps auquel
['eau est en contact avec les mat6riau (Bruinsrna et al., 1997). Celui-ci ne sera pas
le mOme si on utilise un matériau très ou peu perm6able. En utilisant un matMau
plus ouvert (plus pem6able), on peut ainsi réduire le temps de r6sidenc.e de l'eau
dans les pores, et donc limiter la dissolution de la porüandite et par le fait merne, ia
quantité de précipite de calcite.
Les fondations routières fabriqudes avec des granulats de béton concasse
produisent des effluents de pH Blev6 lorsqu'il y a une longue periode de mouillage
(printemps et automne), œ qui indique que la durée du contact entre I'eau et les
matdriaux est un fadeur important pour le niveau de pH des effluents. Donc,
l'utilisation d'un mateflau très pennéable en fondation n5duira aussi le pH de ces
effluents.
Le Turner Fairbank Highway Research Center (1999) souligne aussi que
l'alcalinité des granulats de b6bn de ciment (pH plus haut que Il) peut causer, en
présence dhumidit6. fa cornsion des Bl6ments &aluminium ou des aciers
galvanisés en contact direct avec les granulats de béton de ciment, un peu comme
tes ions chlores causent la conosion des aciers barmature. De plus, les granulats
de b6ton de ciment concass& peuvent 6tre contamin& par des ions chlorures
provenant de i'application de sels déglaçants sur [es chaussées ou par des sulfates
si les mat6riaux sont en contact avec des sols riches en sulfates.
Étant donne qu'un granulat bitumineux est compose de 93 à 97 % de
granulats naturels et de 3 7 % de bitume (en masse), sa composition chimique est
très similaire B celle du constituant principal, cSest4dire les granulats naturels, et
donc ne cause pas vraiment de problbme environnemental. Par contre, certains
enrobes bitumineux ont pu Btre contamines lors de leur prernihre utilisaüon ou lors
de leur entreposage. II y a donc une mise en garde quant aux conséquences
environnementales de l'utilisation de ces matériaux. C'est ce qui sera discute dans
la sedion suivante.
Au QuBbec, d'après I'arücle 1 .n) du règlement sur les &chefs solides (RDS)
(MEF. 1998), les débris de b&on de ciment et les enrobes bitumineux entrent dans
la catégorie des mat&iaw secs. Ce RDS est surtwt oriente vers itelimination des
ddchets, ce qui revient B privil6gier la gestion des enrobes bitumineux et des betons
de ciment dans un ddpbt de mat6riaw secs ou dans un lieu d'enfouissement
sanitaire autorise en vertu de la Lai sur la qualité de I'envihnnernent.. Cependant,
La PaIifique de gesfrôn in€&& des ckochefs sdides du ministhre de
l'Environnement du Quebec. publiée en 1989 et modifiee en 1998 (MEF, 1998),
favorise la réduction a la source, le réemploi, le recyclage et la valorisation des
d6chets tels les granulats de b6ton de ament et les granutats bitumineux Dès le
depart. le ministhre de PEnvironnement du Québec s'est montr6 favorable a
I'uülîsaüon de Mton de ciment recycl6 comme matériau de remblai, mais il Bmettait
ceftaines r6senres concernant I'utilisation des enrobés bitumineux et les risques
possiMes de lixiviaüon de certains contaminants, Le SeMce de L'environnement du
ministère des Transports du Quebec a alors procéd6 A des analyses sur Ie Iuiviat de
plusieurs enrobes bitumineux &ages dWBcents en fondicn de certains param6tres
prescrits à l'article 30 du RDS. Les rdsultats obtenus ddmontrent que les teneurs en
contaminants des Iixiviats d'enrobes bitumineux sont inférieures aux nomes
stipulées dans I'arüde 30 du RDS (Marquis et al., 1998). Suite a L'analyse de ces rthultats, en aoGt 1993, le rninist6re de l'Environnement du Quebec a Bmis une
opinion favorable sur l'utilisation des enrobés bitumineux dans les remblais au
méme titre que les bétons de ciment (Marquis et al., 1998). Cependant, il revient au
ministbre des Transports du Quebec de s'assurer que l'utilisation de ces matériaux
ne reprbsente aucun risque de contamination pour l'environnement, conforrn6ment
aux principes de la hiitique sur I'enviiunnement du ministere des Transports du
Qdbec (Marquis et al., 1998).
D'autres études ont aussi et6 mendes aux États-~nis (Sadedo' et al., 1996)
sur la qualité de l'eau de ruissellement des piles de réserve de granutats de bbton
de ciment et d'enrobes bitumineux En Met, Sadecki et al. (1 996) ont étudie trois
materiaux dinerents : une pile de bdton de ciment concasse contenant des granulats
passant le tamis 19 mm, mais retenu sur le tamis 475 mm. une pile de b6ton de
ciment concass6 contenant des granulats fins, caest-8dire passant le tamis
4,75 mm, et une troisi6me pile constituée de materiaux bitumineux Les Bl6ments
étudiés étaient le pH, la turbidite des eaux, les solides totaw, l'aluminium, les
chlorures, la duret6 de I'eau, l'arsenic ainsi que quelques autres élbments
chimiques. Pour la réserve de granulats bituminewt, les auteurs ont aussi mesure
les hydrocarbures aromatiques polycycliques. DBs le dbpart, ils ont constaté que le
volume d'eau passant à travers les piles de rdsenre, en pourcentage du volume
calcul6 de pluie tombant sur ces piles, se situait entre 10 et près de 108 % (une
valeur supérÏeure B 100 % sugg&e qu'il restait de reau de la pluie précédente) et
que l'effet de I'intensitb de la pluie, par rapporC au volume d'eau passant travers la
pile. est relativement variable. Toutefois, plus la quantite de pluie est grande, plus le
volume d'eau passant a travers la pile de réserve est grand, et par le fait m8me, plus
la pluie dure longtemps, plus la p6riode de missellement sera longue. En plus de la
quantité deau tombée, le debit d'eau passant Zt travers la pile de r6senre dependra
aussi de la granulom61ne des mat6riaw ; les granulats grossiers ont laissé passer
30 % plus &eau par unité de temps que les granulats fins. Dans la pik de granulats
bitumineux, le ruisseliemeot Btal proportionnel au volume de pluie tomMe tandis
que le volume d'eau passant & travers les piles de béton de ciment &ait associ6 & la
quantite de pluie tomb8ev mais la relation nadtait pas proportionnelle (Sadecki et al.,
1996).
Par la suite, les auteurs ont récupéré des échantillons d'eau de ruissellement
et ont procéd6 a quelques analyses sur ces eaux II en est ressorti que plus de
90 % des solides totaux se retrouvaient dans la fraction dissoute. L'eau passant à
travers les piles de b6ton de ciment semble donc dissoudre certaines phases du
béton. De plus, il n'y a aucun changement de concentration, m&ne apr& les jours
de pluie. Pour ce qui est des granulats bitumineux, le bitume qui recouvre les
granulats réduit le contact direct entre la matrice inorganique et l'eau de pluie. C'est
ce qui pourrait expliquer pouquoi la concentration de solides dissous dans les
granulats bitumineux diminue avec l'augmentation du volume d'eau, par un
phenornene de dilution. Ceci nous indique aussi qu'il y a quand mQme un lessivage
des enrobes bitumineux, mais plus lent qu'avec les b6tons de ciment.
En comparant les données obsenr6es sur le terrain avec les nomes pour
I'eeu de surface du gouvernement du Minnesota, deux des parambtres ont d6pass6
le seuil acceptable : le pH et le chrome (Sadecki et al., 1996). La valeur m6diane du
pH pour les piles de béton de ciment &ait de 9,3 pour le granulat fin et de 9,8 pour
te granulat grossier, alors que le pH de la pile d'enrobés bitumineux était de 8,i. Le
pH des eaux recueillies des piles de béton de ciment a monW une certaine baisse
avec le temps, mais les valeurs sont rest6es audessus des nomes qui sont de 8,5
pour une eau de surFaœ acceptable pour la p6che et le divertissement (Minnesota
mies). Pour ce qui est du chrome, la valeur mediane obtenue dans les granulats
fins de bdton de ciment est de 19 m g , œ qui dépasse la n o m de 16 mg/[ pour le
chrome +6 qui est le plus toxique des ions chrome. La nome pour le chrome +3 est
de 521 mgll pour une eau dune duret6 totale de 23 rnfl CaC03. Étant donne que
les auteurs ne connaissaient pas la valence du chrome de I'eau de lessivage, ils
recommandent de procéder à des Btudes plus poussées pour vérifier la toxicite de
œtte eau.
A la suite de ces analyses, Sadecki et al. (1996) en sont venus aux
conclusions suivantes :
Le lessivage des piles de rBserve de béton de ciment et denrobes
bitumineux a et6 avancé comme une menace possible de la qualit& de
I'eau. Cette étude d6rnontre que, malgré la pr6sence de sediments dans
I'eau de lessivage qui s'Bcwle de ces piles de r&erve, les prt9ocuipations
primaires sont de réduire les solides dissous (dont la concentration est
souvent plus élevée que la nome permise), le pH et possiblement le
contenu en chrome. Les phases solides demeurent aussi préoccupantes,
car les sediments qui sont lessives dans les piles de réserve peuvent par
la suite former des deltas, ce qui réduit la pdondeur et la varidte des
habitats aquatiques ;
La concentration de solides totaux dans les eaux de lessivage des ples de W o n de üment est plus Mv6e que la concentration type des effluents
de drain d'autoroute. Toutefois, la tuaidit6 de cette eau est moindre, ce
qui indique qu'un plus grand pourcentage des solides sont dissous ;
II n'y a auane corréIation entre la concentration des solides totaux et la
quantite de pluie qui est tombee pour les piles de b6ton de chnent ; pour
ce qui est des enrob6s bitumineux, la concenfraüon des solides totaux
diminue avec l'augmentation du volume d'eau ;
La concentraüon en hydrocarbures aromatiques po[ycjdiques des
enrobes bitumineux est toujours pr6s ou sous la limite de detedion ;
Toutes les eaux de lessivage qui sSBcaulent des piles de réserve seront,
avec le temps, diludes par les pluies qui suivront ou toute autre eau de
sufaœ avant d'atteindre une réserve d'eau d6jà présente. On peut
s'interroger quant & l'impact que œs eaux auront sur les eaux de surfaœ.
En g6n6ral, la quantite d'eau qui enûe en contact avec la pile de réserve
pendant chaque pr6cipitation est t&s peüte comparée au tenain
environnant. Par contre, il faut noter que la dilution n'est pas une methode
acceptable comme m6thode de traitement ;
L'impact possible sur les e a u soutenanies doit Btre pris en consid6ration
si les piles de réserve sont situées dans des endroits sensibles à la
pollution. Les facteurs qui Rifluenant cette susceptibilite à la pollution sont
la profondeur de la surfaœ phréatique, la pem6abilit6 et la profondeur du
sol, la Iithologie et la permdabilité de la roche. Selon la profondeur de la
surface phréatique et la perméabilité du sol ou de la roche, le transport de
contaminant peut prendre quelques heures, des jours, des mois et meme
des annees pour atteindre la nappe phrbatique ;
Pour 6viter la contamination, on peut placer les piles de r6serve loin des
sites d'exploitation d'eau potable souterraine.
En faisant bien attention au bassin hydrologique environnant, l'entreposage
des r6sidus bitumineux et de béton de ciment ne causera aucun dommage a
l'environnement et ne sera pas un risque pour les populations voisines.
IL8 Usages
L'utilisation de granulats bitumineux et de b6ton de ciment dans les structures
routï&res est très vafiée ; ces mat6riaw peuvent Btre utilises en accotement, comme
remblai, en couche de roulement, en sous-fondation, en fondation (lik ou non liée),
etc. Par contre, l'utilisation de ces mat6rîaux nécessitera quelques pFecautiCons a
cause de leurs proprietes parüailidres. Ici, an se limitera au recydage de ces
matériaux dans les fondations routibres.
IL83 Utilisation des griauiats bitumineux daos les fondations
Par le passé, les performances obtenues avec des granulats bitumineux
utilis6s en fondation, en soudondation ou encore comme ajout au matériau de
fondation ou de sousfondation ont Bt6 qualifiées de sasfaisantes B excellentes.
Par contre, lorsque les granulats bitumineux ne sont pas employés correctement et
selon les spécifications demanddes, cela peut conduire a de moins bonnes
performances du revêtement Selon le Turner Fairbanks (1999), I'uülisation de
granulats bitumineux incorpores dans les fondations a plusieurs aspects positifs :
elle permet d'obtenir une bonne capacit6 portante, une bonne capacitb de drainage
et une trbs bonne durabilité, mais il faut porter une attention parüculi8re a la capacit6
portante de la fondation, car elle diminuera avec l'augmentation de la quantite de
granulats bitumineux dans le mblange.
Si on prodde à un retraitement en place, on doit porter une attention
particuliére au pourcentage des dii6rents constituants. Ainsi, en augmentant la
profondeur de decohésionnement, on incorporera plus de rnat6riaux de la fondation,
ce qui aura pour effet de réduire la quantité de granulat bitumineux.
La cY dans les techniques de conception pour incorporer des granulats
bitumineux dans le materiau de fondation est le rapport granulais bitumineux I
granulats conventionnels du melange afin d'obtenir une bonne capacitb portante. La
presenœ de bitume dans les granulats bitumineux provoque avec le temps un
durcissement du mat6riau. On a rapport6 que des échantillons avec 40 % de
granulats bitumineux dans le mélange on€ donne des indices CBR de plus de 150 %
apr& une semaine de mtirissement (Tunw-Fairbank, 1999). Par contre, toujours
selon œ centre de recherche américain, les granuiats bitumineux qui sont produits
par puhr6rÎsation ont une moins bonne capaÜtt5 portante que ceux qui sont
concass&, car la pulv6risatÏon g6nere plus de partiailes fines, œ qui diminue la
portance du matériau.
Lors de la consuucüon, les melanges fabriques en usine offrent une meilleure
constance dans le rapport des constituants que ceux produits ct ïn-situ a De plus,
étant donne que chaque source de granulats bitumineux est dM&ente, un
échantillonnage albatoire des piles de réserve doit Btre fait pour v6rifïer la qualit6
des mat6riaw (T~rne~Fairbank, 1999).
Lors de la mise en place, on peut utiliser des équipements de compadage
conventionnels. De plus, le compactage des granulats bitumineux sera plus efficace
si on utilise peu ou pas d'eau. Cependant, le lien entre les granulats conventionnels
et les granulats bitumineux ou le melange contenant des granulats bitumineux ne se
fait pas très bien ; il se peut donc qu'il y ait arrachement des granulats naturels si on
place des couches trop minces de granulats naturels sur les m6langes. La finition
sera aussi peutdtre plus diifficile a cause de I'adhesion du bitume sur les
Bquipements (Tumer-Fairbank, 1999).
Pour œ qui est du wntr6le de la qualité, on peut utiliser les mOmes essais
que pour les granulats conventionnels lorsqu'on utilise des melanges contenant des
granulats bitumineux et i'essai dextraction de bitume pour mesurer la quantite de
granulats bitumineux à I'int6rieur du mélange. Par contre, il faut faire attention aux
mesures de la teneur en eau et de la masse volumique sèche du materiau avec les
nucléodensim&tres car les données seront affectées par la pr6sence de granulats
bitumineux Le nud6odensirn81re interprbte le bitume comme &nt de l'eau,
diminuant ainsi la masse volumique sache du melange. II est donc important de
bien calibrer l'appareil de maniere à obtenir une mesure exacte de la masse
volumique et de la teneur en eau du materiau mis on place.
IL83 Utilisation des grandab de bdton de ciment dans I c s fondations
Les granulats de béton de ciment peuvent Btre utilises comme granulats
grossiers Wou fins dans les fondaüons routitbres. Les propriétés de ces granula&
depassent g6n6ralement [es normes minimales pour les granulats conventionnels
de fondation. Étant donne que ces mat6riaw sont concassés à 100 %, ils procurent
un bon transfert de charges lonqu'ils sont placés sur une sousfondation pius faible.
La masse volumique plus faible par rapport a u granulats conventionnels offte un
rendement sup6rieur (plus gros volume pour une masse identique) et peut donc
sJav6rer un atout économique pour les entrepreneurs. De plus, pour de grands
projets de reconstnidion, le traitement sur place des materiam entralne une
Bconomie sur le transport des granulats. Quelquesuns des aspects positifs de
I'utilisaüon de ganulats de béton de ciment dans les fondations granulaires incluent
leur haMite se stabiliser lorsqu'ik sont mouilYs (recimentation), leur durabilite,
leur bonne capacité portante et leur bonne capacit6 de drainage (Timer-Faitbank,
1 999).
Lors de la mise en place de ces materiaux en fondation routi6re, on peut
utiliser les memes methodes et équipements que pour les matefiaux conventionnels.
Par contre, on devrait porter une attention particulière lors de l'entreposage et de la
manutention des granulats de béton de ciment pour &hter qu'il y ait ségrdgation des
parüwfes.
Certains chercheurs (Turner-Fairbank, 1999) aninnent que malgré le fait qu'il
n'y ait pas apparence de probièmes environnementaux associés l'utilisation de
granulats de béton de ciment, lorsqu'on [es utilise avec un systdme de drainage, on
devrait suivre les procédures suivantes afin dtemp&hec la formation de précipités
pouvant colmater le systeme de drainage :
Laver les granulats pour enlever tes poussi&es sur les gros gianulats ;
S'assurer que les particules fines dans les eaux de drainage de la
fondation ne viennent pas colmater le g6otexUle qui entoure le systhme de
drainage.
Selon Cimpelli (1996), il est aussi important de s'assurer de la qualité de la
sufiace afin d'éviter les difficultés &y a m c h e r une couche de roulement Cette
a qualit6 B de la surface est relativement facile à obtenir en évitant qu'il y ait une
circulation trop intense sur le chantierI mais surtout par la réalisation, des que
possible, d'un enduit gravillonné lorsque la couche susjacente est en enrobe
bitumineux. Éviter la dessiccation permet d'assurer les performances mécaniques
de la couche, garantit une interface optimale et permet un bon accrochage de la
couche bitumineuse. Toujours selon Cimpelli (1996), pour limiter les contraintes au
niveau de la premiere interface, il est souhaitable de respecter les Bpaisseurs
requises de la couche de surfam qui pmt6ge une assise en béton recycle, on doit
s'assurer qu'on respecte toujours le minimum prescrit dans les devis. Jusqu'B un
trafic de 1,3 x 10' poids lourds, l'épaisseur de la couche de roulement préwnisbe
dans le guide technique pour la conception et le dimensionnement des structures de
chaussées est de 4 cm (Cimpelli 1996).
IL9 Conclusion rehtive H la m e de ia ütt&rature
Sur ~ ~ ~ e - f r a n c e (Cimpelli, 7 996) et partout ailleurs, l'emploi de rnatbriaux
recycYs offre trois avanfages majeun et indiscutables :
L'&momie des decharges dont on cherche B r6duire le nombre et
l'usage ; Céconomie des carrBres, qu'il convient de réserver aux usages adaptés
leur qualité ;
Des &onornies de transport puisqu'il s'agit en r6alite de mat6rfaux
a locaux .*
De plus, Putilisation de matériaux éiaborés par recyclage de produits de
d6molition est un domaine qui est ouvert I8innovatÏon, mais trois axes prîncipaux
restent encore ouverts :
DEFINIR plus pr6cis6ment les r6gles de l'art dans la chalne d6laborafion de
ces produits recyci6s, depuis le chantier de d6molition jusquS& la fourniture du
produit ;
a ÉLARGIR le domaine d'emploi en visant des chaussées & trafic aussi Blevt5
que possible. Cet élargissement, dans M a t actuel des connaissances, peut
Btre rapidement défini si l'on vise des couches de fondation avec des
mat6riaux traités avec un liant hydraulique ;
a RECHERCHER des techniques de traitement a froid avec du bitume (sous
forme d'émulsion au de mousse). Cet axe permettrait, si nécessaire, de
s'affranchir de la pr6senœ des suffites ou autres produits genants et d'offiir a
la technique routr*&re un autre materiau B base de produits recydb (Cimpelli,
1996).
IILI Sdlection des matériaux
Lors de Irelaboration de œ projet, il fut convenu de choisir deux sources de
mat6riaux de Mon de ciment et une source d'enrobes bitumineux Les deux
sources de b&on de ciment devaient Btre de nature différente, crestUire qu'une
source devait provenir de la démolition d'infrastructures municipales, tandis que
l'autre source devait contenir des matériaux provenant en grande partie de la
d8molition de batiments. Les deux sources de mat6rÎaux de b6ton de ciment sont
de la région de Montréal, I'approvisionnement en matbriaux recycl4s 6tant plus fade
dans les grands centres urbains. De plus, au moment de t'&hantillonnage, a
l'automne 1997, il n'y avait plus aucune source de b6ton de ciment disponible dans
la région de QuBbec, tous les stocks ayant Bté utilisés pendant la p6riode estivale.
Pour les fins de œ projet, la swrce de b6ton de ciment provenant de la d6molition
d'infrastructures municipales sera nomm6e source a A * et la swrce de b&on de
ciment provenant de la d6molition d'un batiment sera nommde source a 6 W.
Pour œ qui est de la source benrobb bitumineux, le seul aitdre cf6 s61ecüon
&ai€ que la source devait renfmer uniquement des granulats bitumineroc, c'&-à-
dire qu'il ne devait pas y avoir de granufats conventionnels provenant de la couche
inMetire, ct8Sf4dire de la fondation.
Les matéfiaux provenant de la d6rnoliüon d'infrastnictures municipales
viennent de la rive sud de I'ile de Montréal, plus pr&cis&nent de la ville de Brossard.
Le fournisseur œuvre dans le domaine du recydage des mat6riaw depuis quelques
annees et fournit aux entrepreneurs des mat6riaux recyd8s constitu6s
principalement de béton de ciment Les matdriaw sont donc constitués en majeure
partie de granulats de beton de ciment, mais contiennent aussi quelques fragments
denrob6s bitumineux, de bois, de brique, de platm et de ciment II faut noter que
lors du concassage des mat&iaux, une certaine quantite de granulats se retrouve
d6nudée. toute la pate de ciment ou le bitume qui les recouvraient sr6tant détach6s
lors des opérations de transformation. Les granulats utilis6s lors de la fabrication du
beton original sont principalement constitues de calcaire.
Le materiau échantillonn6 est de taille 2010 mm (MG 20 (MTQ. 1997)). c'est-
&dire que les particules ont une grosseur maximale de 20 rnillim&tres (voir photo a
I'annexe A). Le processus de fabrication de ces granulats est montr6 la figure 2.
Avant d'gtre chargés dans le concasseur primaire, les débris, qui sont amends par
camion sur le site sont d'abord tries et réduits B une grosseur maximale d'environ
i mètre et on a pris soin de couper les armatures qui dépassent des fragments de
béton. A la sortie du concasseur primaire, les mat6rïaux subissent une autre
opération de triage : un tnage à l'aide &un Bledro-aimant et un triage manuel. Les
matériaux sont par la suite tamises et ceux passant au tamis 20 millim6tres sont
rejet& et réservés pour des usages spbcifiques tels les remblais ou des usages
pour lesquels il n'y a pas #exigences sp6cifiques. Les met6riaw retenus sur le
tamis 20 millirn6tres sont, quant & eux, achemin& vers le concasseur secondaire.
Ce concasseur brise les mat8riaux et les réduit & la grosseur maximale ddsirb,
20 millim8tres dans notre cas. A la sortie de cette deuxième op6mfion de concassage. les matériaux sont B nouveau triés mécaniquement (8Iectm-aimant) et
manuellement Par la suitet les mat6tiaw sont B nouveau tamisés et cette fois. les
matériaux passant le tamis 20 millïm&res constituent le produit final. Pour ce qui est
des mat6rïaw retenus sur ce m6me tamis, ils sont retournés vers le concasseur
secondaire pour subir un autre concassage.
Étant donne qu'on pmcbde a plusieurs Btapes de triage et qu'on rejette une
partie du matenau la sortie du concasseur primaire, on obtient un materiau
beaucoup plus propre. Le matériau comporte beaucoup moins d'impuretés qu'un
matériau qui n'aurait subi qu'une seule opbration de triage. De plus, en rejetant les
granulats plus petits que 20 millimètres à la sortie du concasseur primaire, on rdduit
homiBrnent fa quantité de particules fines et d'impuretes B I'int8rieur du produit
final-
Figure 2 : Schéma de I'unY de concassage des matenata provenant de la
d6molition dinfiastruclures municipales
IIL1.2 Matdririux provenant de ia d&molition #un biitimtnt
Le dermieme materiau à 1'6tude vient Bgalement de la rdgion de Montréal ; il
provient de la démolition bwi vieux batiment appartenant au Canadien National ii
St-Lambert Le b&timent a 616 d6moli et concass8 sur place. Ce dewibme
mat6riau est lui aussi principalement consütue de béton de ciment Comparé au
premier matériau, il ne contient presque pas de granulais bitumineux (moins de 3 96)
et la nature des impuretes est pratiquement la tnbme: bois, brique et mat ihs
organiques. II y a aussi une bonne proportion de granulats dénudes dans ce
materiau.
Dans œ cas4, le materiau échantillonn& est de taille 5610 mm (MG 56 (MTQ,
9997)) et, au premier coup dœil, semble contenir une proportion de particules fines
plus Btev6e que le matériau de la source a A B (voir photo à l'annexe A). L'unité de
concassage est montrée B la figure 3. Comme on peut b voir, elle comporte un seul
concasseur en systeme ferme. Les morceaux de Mon sont premièrement réduits à
une grosseur moyenne de 600 millimètres I'aide &un marteau piqueur et sont par
la suite achemin6s vers un grizzli qui élimine les fragments plus gros que
600 rnillim&res, morceaux qui sont conservés pour un concassage ult6rieur. Les
morceaux plus petits que 600 rnillim&tres sont diriges vers le concasseur A chocs. A la sortie du concasseur, les maf6rieux sont tamises et Ies granula& plus gros que
56 millÏm6tres sont redirim vers te concasseur tandis que les matbriaw inf&ieurs a 56 millimdtres sont mis en pile de réserve. Aprèsje tamisage, on peut procéder &
une correction granulomdtrique du materiau en enlevant une certaine quantité de
materiau passant le tamis 20 millinWes. Dans le cas de cette unité de concassage,
étant donne qu'il n'y a qu'un seul concasseur, on ne. procède qu% me seule
op6raüon de triage (manuel et Blectmairnant}, donc le risque qu'il y ait plus #impuretés à l'intérieur du matériau finaI est beaucoup plus 6levé.
Figure 3 : Schbrna de Vunit6 de concassage des mat6fiaw provenant de la
d6rnoliaon d'un bhtiment
Les granulats bitumineux ont bt6 obtenus par planage. Ce procédé enldve
une couche du rev6tement bitumineux à l'aide de dents et achemine le matériau
dans un camion. La granulométrie du mathriau ainsi obtenue varie en fonction de
deux principaux facteurs, soit la vitesse de production et l'espacement ente Ies
dents. La figure 4 nous monire à quoi ressemble i'6quipement utilise pour le
planage des enrobes bitumineux Lors des opérations, surtout Iorsqu'on p i o d e à
du d&oh6sionnement, un suivi doit Btre effectue constamment, car 1'6paisseur du
revZitement varie, et dépendamment du type de materiau que l'on veut obtenir. on
doit faire attention pour ne pas enlever une partie de la fondation avec le pavage.
Les résidus de planage proviennent de la rive sud de Québec, plus
précisdment d'une section de l'autoroute 20 de la région de St-Jean-Chrysostome.
Les matériaux étaient stock6s sur un terrain vacant tout près de l'échangeur.
L'Bchantillonnage de cas mat6riau a Bte Iégerement plus difficile que les autres.
Étant donne qu'ils étaient exposes aux intempbries, les granulats bitumineux qui ont
6te chauffes par le soleil ont d6veloppe une certaine cohésion. Le matériau contient
une majorité de particules de dimension inMeure à 20 millimètres, mais aussi une
certaine quantité de plus grosses particules qui n'ont pas é18 brisées par la
machinerie (voir photo B l'annexe A). Le materiau échantillonne est compose
entidrernent de granulats bitumineux, le matériau de fondation n'ayant pas et6
enlevb au cours du procédb.
Figure 4 : Équipement utifisb pour produire les granulats bitumineux
ILLl.4 Préparation des matériaux
Une fois recueilli, Iechantillon de chaque source a Bt6 sépare en classes
granulaires, de façon à obtenir les fractions suivantes : 012,5 mm. 2,515 mm, 5/10 mm, 10H4 mm, 14120 mm et 20 millim8tres. Cette séparation
graoulom4trique est effectuée pour faciliter la reconstruction des dR6rentes courbes
granulometrÏques qui ont et& retenues pour tous les essais au programme.
IIW Sélection des distributions grnuiornétriqua et des mélanges
IIL2.1 Séiection des distributions granulom6triques
Les distributions granulometriques ont été choisies en fonction du fuseau établi dans le Cahier des charges et devis généraux (MTQ, 1997). Le fuseau du
ministère des Transports est en fait constitue de deux courbes gtanulom6tnques a
l'intérieur desquelles tous les matériaux doivent se situer avant d'atm utilisés dans la
construction de stnidures routieres (figure 5).
Les distributions choisies correspondent à la limite inférieure du fuseau et à
celle de densite maximale à lainterieur de ce firseau. Ces deux distributions se
situent donc dans le champ permis par le ministère. De plus, l'article 13.3.4.2 du
Cahier des chatges et devis (MTQ, 1997) spécifie que u Le granukt concasse de
type MG 20 utilise en fondaüon do% Btre conforme aw exigences stipulées dans les
normes 2101 et 2102 du ministere, après compactage. B. Donc, après la
compaction, on peut s'attendre B ce que les particules soient plus fines et que la
courbe granulom6trique soit audessus de la courbe initiale sur la figure 5. On a
donc choisi les granulom6tnes en fondion de la d6gradation pbvisible des
rnat6tiau apres le compactage, c'estAbdire en srassuant qu'après le campadage.
nos courbes granulom6triques demeurent a l'intérieur du fuseau prescrit par le
ministke des Transports.
Le but de cette 6tude est non seulement de caracf&ïsec les granulats
recycl&, mais aussi &approfondir nos connaissances sur SefFet de I'ajout de
granulats bitumineux Les deux materiaux de béton de ciment contiennent deja one
certaine quantit6 de granulats bitumineux. Cette quantité de granulats bitumineux a
et6 bvaluée visuellement. Chaque granulat cornpl6tement enrobe ou simplement
tacf16 de bitume fut consid6r6 comme granulat bitumineux, et ce, pour éviter toute
erreur d'identification par l'opérateur. L'examen s'est effedue sur les fradions
suivantes : 2,5/5 mm, 511 0 mm, 10114 mm, 14/20 mm ; la ftaction 012.5 mm &ait trop
fine pour pouvoir 6tre identifiée a i'œil nu ou meme au stér6omicroswpe. Une
extraction de bitume a aussi et6 e e d * sur chacune des classes granulaires
(induant la dasse OM,5 mm) afin destimer la quantité de granulats bitumineux. Une
fois la quantite de granulats bitumineux connue pour chaque tranche
granulometrique de chacun des matériaux, une moyenne ponddrde a 616 calculde
pour les matériaux d'origine et cette moyenne servira a établir la quantité de
granulats bitumineux à ajouter en vrac aux matbriaux reconstitues pour obtenir les
proportions désirées. Par exemple, si un matériau contient deja 1 0% de granulats
bitumineux, on en ajoutera 5% en masse pour obtenir un mélange contenant 15%
de granulats bitumineux
Figure 5 : Courbes granulométnques choisies et @seau du MTQ
Les m8langes ont Bt6 choisis à la lumi6re des connaissances recueillies dans
la littérature, certains auteurs proposant de limiter la quantité de granulats
bitumineux dans les mélanges a 30 ou 40 %. II a donc été convenu d'étudier trois
m6langes contenant respectivement 15% (inferieur B la Iimite), 30% et 50%
(supérieur a la limite) de granulats bitumineux
Ces melanges semiront a Btablir la quantRb de granulats bitumineux qu'on
pourra ajouter aux autres materiaux tout en gardant des proprietds physiques et
mécaniques acceptables pour I'uülisation des melanges dans les structures
routières.
Une fois les proportions des diffdrents materiaw et les distributions
granulom6trÎques choisis, un programme expérimental a été dtabli en fonction de
l'usage prbvu de ces granulats recycles. Dans œ programme, on a inséré les
dR6rents essais prescrits au Cahier des charges et devis genéraux (MTQ, 1997)
pour les granulats de fondation, mais aussi une autre série d'essais normalises qui
renseignera sur d'autres propriétés des granulats recycles. Une troisième série
d'essais a et6 r6alise sur ces matériaux et comporte des essais spdcifiques aux
granulats recyclés et conçus afin d'améliorer nos connaissances sur d'autres
aspects propres à ce type de granulat. Finalement, on a proœde à une serie
d'essais visant à mesurer les risques que représentent ces materiaux pour
l'environnement
IiL3.1 Première &rie : Essais sur Ics granulats de fondation
Voici la liste des essais efféctu6s sur les granulats afin de dbtminer leur
potentiel d'utilisation comme granulat de fondation routidre tel que stipulé dans la
section 13 du Cahier des charges et devis gentSraux (MTQ, 1997) et dans les
nomes 21 01 et 2102 du ministère des Transports :
a Granulats -Analyse granulometrique par tamisage B. BNQ 2560 - 040 ;
cr Granulats - Détermination du ~08nicient d'usure par attrition à l'aide de
l'appareil Miao-Deval B. BNQ 2560 - 070 ; u Granulats - Essai au bleu de méthylene B. BNQ 2560 - 255 ;
u Granulats - Détermination de la r6sistance a l'abrasion a I'aide de l'appareil
Los Angeles B. BNQ 2560 - 400 ;
r Particules concassées B. LC 21 - 100 ; cr Détermination du pourcentage de matière organique par oxydation B.
LC 31 - 228.
ïU.3.2 Deuxième sine : ..utres essais normalis€s
Cette delmieme série dessais normalisés consiste en des essais qui ne sont
pas n6cessairement exigés pour i'acceptation d'un granulat de fondation routière.
Ce sont des essais qui donneront des indications sur [es propriétés des matériaux et
leur comportement en tant que mateciau granulaire :
(t Granulats - Détermination de la densite et de ITabsorptMte du granulat fin B.
BNQ 2560 - 065 ;
cr Granulats - DBtermination de la densité et de l'absorptivité du gros
granulat B. BNQ 2560 - 067 ;
ct Granulats - Detemiinaüon du coefficient de fnabilit6 des granula& fins B.
BNQ 2560 - 080 ;
a Granulats - DBtenninaüon de la teneur en particules légères S.
BNQ 2560 - 260 ;
u Granulats - DBtmination du pourcentage de - particules plates et de
particules allong6es D. 8NQ 2560 - 265 ;
a Granulats - D6temination de la présence de matière organique dans le
sable a béton S. BNQ 2560 - 280 ;
u Granulats - Determination par lavage de particules traversant Ie tamis 80
micromdtres S. BNQ 2560 - 350 ;
a Granulats - Détermination de la rdsistanœ à la dbsagrégation par une
solution de sulfate de magnesium B. BNQ 2560 - 450 ;
u D&temhation de la compaction d'un sol en utilisant IS6nergie modifiée
(Proctor modifie) B. BNQ 2501 - 255 ;
cr Détermination du C08nicient d'usure par attrition du granulat fin a l'aide de
l'appareil Micro-Deval B. LC 21 - 1 01 ;
a D6temination de la perméabilité d'un sol B. LC 22 - 322 ;
cr D4temination de la teneur en bitume a LC 26 - 100 ;
a DBterminaüon de la résistance aux cycles de gel - dégel des gros
granulats B. LS - 61 4 ;
a D6terrnhaüon de la quantite de particules enrobées de bitume dans le gros
granulat B. LS - 621 ;
u DBtermination en laboratoire du module r6versible des matériaux de
fondation B. SHRP P46 ;
cr RBsistance des b6tons à des cydes rapides de gel et de degel B. ASTM C
666 - 92 ;
a D6termination de la teneur en chlorures B. ASTM D 1411 (Methode
d'extraction seion ASTM C 1411 et méthode de dosage selon cr Standard
method for examination ofwater and wastewater, 4500 Cl-, Chiofide B) ;
a DBtenninaüon de i'indiœ CBR (California Bearing Ratio) de sol compacte en laboratoke B. ASTM D 1883 - 92 ;
cr Granulats - DBterminetion de l'équivalent de sable pour certains sols et
granulats fins B. ASTM D 2419 ;
a Le dosage rapide des sulfates : Méthode par spec$ophotom&rie B. PNF 18-
851 (MBthode d'extraction selon PNF-18851 et m6thode de dosage selon
a Standard method for examinaüon of water and wastewater 4500 ~ 0 4 % ~
Sulfate B, sauf les m6aiades gravim6triques C et O).
iiL3.3 Troisième sCFit : Essais non normalisés
Cette troisidme série comprend tous les essais qui ont dO Btre adaptes ou
d6veloppds pour les matdriaux recyciés. En fait, on veut vdrifer certains parambtres
qui sont spécifiques aux granulats recyclés comme par exemples la quantité
@impuret& et le potentieî de recimentation.
IIL3.3.1 Impuretés (Projet de norme LC 21-260)
Par cet essai, on veut deteminer le pourcentage d'impuretés (boist plastique,
brique, platre, objets métalliques, etc.) dans le materiau granulaire recycle. Cet
essai est base sur un essai normalise : (t D6temination de la teneur en particules
Idgères ID BNQ 2580 - 260, mais quelques modifications y ont été apportées (MTQ,
i SB8).
On doit d'abord s6cher i'ddiantillon dans une étuve, à une chaleur de 60%.
Une fois le materiau sec, on sépare I'échantillon en deux fradions : la fiactrctron fine
est composBe des granulats passant au tamis 5 mm et la fradion grossière est la fmcüon retenue sur œ m6me tamis. Par la suite, on pr&&ve la quantite n6œssaire
selon la grosseur maximale des fiactions du materiau, dans notre cas 2W grammes de la M o n 2,s - 5,O mm et 5 000 grammes pour le M i o n grossi&re (> 5 mm).
Pour la séparation des impuretBs de la fiacüon fine, on doit premidrement
tamiser l'8chantillon au tamis 2,5 mm et amener la fraction retenue B un Btat safun5 supemueîkrnenf sec (SSS). A œ moment. tous les pores ouverts sur le milieu
extérieur de tous les granulats sont remplis beau, mais il n'y a pas deau retenue
dans les espaces intergranulaires (Aitcin et al., 1992)- Ensuite, on place le materiau
dans un contenant et on le recouvre de liqueur dense (chlorure de zinc). II faut noter
que le volume de liqueur dense doit Btre égal à au moins trois fois le volume du
granulat On verse ensuite le liquide dans un autre contenant en le passant à
I'Acumoire et en s'assurant que seules les particules flottantes sont d&versdes avec
le liquide. On remet le liquide dans le premier récipient et on remue les granulats.
On répdte le processus de décantation, on réaip8re les parti0cules décanth et on
enlbve de celles-ci les particules consütu6es de b6ton de ciment et de granulats
bitumineux
Pour ce qui est de la fiaction grossière, une fois qu'elle est compl&ement
sèche, on place une premi6re couche de granulats dans un récipient de manière à
œ que I'épaisseur de ta couche ne depasse pas la taille nominale des particules, on
separe manuellement les impuretés qui s'y trouvent que l'on dispose dans un autfe
tdcipient Par la suite, on passe un aimant sur la surface du materiau afin d'en
enlever les Btéments m6talliques. On répète ces op6rations jusqu'à ce que l'on ait
passe tout i'échanüllon, Une fois cette opération terminée, on amène le matenau
restant a un Btat cr safun9 SupetRàelIement sec * et on le place dans un récipient
On ajoute fa quantité de liqueur dense nécessaire et on r6wNre les impuretés
comme ce fa le cas pour la M o n fine. Ici aussi, on prend soin d'enlever les
granulats de béton de ciment et Ies granulats bitumineux du r6cipient contenant les
impuretés.
Finalement, on lave sdpar6rnent les impuretes recueillies jusquB& dispafltÏon
complète de la liqueur dense et on les fait sécher I'Btuve. Le pourcentage
d'impuretés est d6temine en divisant Ia masse der impuretés recueillies par la
masse initiale de chaque fradoct et en multipliant chacun de ces résultats par le
pourcentage de particules passant ou retenu sur le tamis 5 mm de la courbe
granulometrique de I'échanbllon.
Pour procéder à I'evaluation du potentiel de recimentation, on se base sur un
essai qui vise a d6teminer la résistance en compression d16prouvettes cylindriques
de Mton (CANICSA A23.2-9C).
La pr6paration des éprouvettes s'est faite à l'aide de l'appareil servant a
l'essai Proctor modifie. Les échantillons ont donc un diambtre de 152.4 mm et une
hauteur de 101,6 mm. Une fois les éprouvettes préparées, elles ont subi une
période de cure de 28 jours. Une serie d'6prouvettes a été mise en chambre
humide pour une période de 7 joun pour ensuite poursuivre une cure B l'air ambiant
de 21 joun alon qu'une seconde serie a été laissée à l'air libre pour toute la période
da cure, c'estadire pendant 28 joun. A la fin de la période de cure, les Bprouvettes
ont Bt6 soumises à un essai de compression pour v6rifier leur résistance. Pour
rdaliser ces essais, on a soumis les éprouvettes à une compression a vitesse
constante de 5 mmlmin, et œ jusqu'à la rupture.
Lotque Sessai est tmin6, I'appareil fournit un tableau et un graphique
donnant la résisfance maximale obtenue en MPa.
HL3.3.3 Essai de g sur les gcanulib recycl6
Puisque les mat6riaw répondaient a u exigences de i'essai de desagr6gation
au sulfate de magnbsium (BNQ 2560 - 450), mais que les pertes à l'essai de gel et
degel sur les gros granulats (LS - 614) Btaient trop importantes, les granula& ont
et6 soumis à un autre type d'essai permettant d'en vérifier la r6sistance aux m e s
de gel et de dégel.
On s'est inspire d'un essai ASTM sur prismes de b&m, soit la nome ASTM
C 666 - 92 a Résistance of Conaete to Rapid Freering and Thawing B. pour verifier
la résistance des granulats aux cycles de gel et de d6gel. On a donc placé des
granulats en vrac dans des paniers et on les a placés dans un tombeau de gel. Les
granula& ont subi 50 cydes de gel dans l'air et de dégel dans l'eau, a raison de 8
cycles par jour. La température dans la chambre du tombeau descend a -î7,8*C
(&?,?OC) et la période de degel s'effectue dans l'eau à une température de 4,4*C
(kî,?"C). Après les 50 cydes, les granulats ont été lavés, séchés B I'etuve et
tamises sur la meme serie de tamis qui a été utilisée lors de la pr6paration des
Bchantillons. Rappelons toutefois que les granulats ont toujours Bte immerges dans
de I'eau pure Ion des périodes de dégel subséquentes.
Deux séries ds6chanüllons ont Bt6 préparées : les premiers ont été testés
après avoir trempe 24 heures dans I'eau pure et les seconds ont et6 préalablement
trempes dans une solution d'eau salde (3% NaCI) pendant 24 heures pour simuler
I'application des sels d6giaçants sur les chaussées pendant la période hivernale.
Rappelons toutefois que les granulats ont par la suite 616 immergés dans Ireau pure
lors des p6riodes de dégel subséquentes (effet de dilution).
IIII3.3.4 Essais envhnntmtntaux
Le ministke de l'Environnement du Québec exige, par son réiglement sur les
déchets solides, qu'un contr6le soit fait lorsqu'on utilise des matériaux recyclés dans
tes constnrcüons routidres.
Dans cette btude, on a réduit par broyage les granulats et on [es a soumis a
une analyse chimique totale par f i uorescence des rayons X Les résultats obtenus
seront ensuite compares aw seuils limites indiqu8s dans la poliüque des sols
contamines.
De plus, les teneurs en sulfates et en chlorures ont également été mesurées
afin de comparer ces dernières avec les nouvelles exigences prescrites dans le
projet de nome sur les rnat6riaw recycles (MTQ, 1999).
D'autres analyses ont aussi Bté faites pour deteminer les teneurs en sulfate
et en ions chlores des deux mat6riaux de béton de ciment. Comme dans un
ouvrage en bbton, la formation dettringite a i'int6rieur de la matrice granulaire est
susceptible de causer des problbmes de soul6vement de la chaussée et causer
certains probldmes. Pour œ qui est des ions chlores. c'est surtout important den
tenir compte si on utilise les matdriaux recycl6s comme enrobement de conduite.
Les ions chlores pourraient ac&C&er la corrosion des conduites comme ils le font
dans les bbtons avec aciers d'armature.
IIL4 PIruicht d'essai
C'est B I'automne 1996 que l'idée d'entreprendre certains projets pilotes utilisant des matdriaux recycI6s a été proposde au ministère des Transports du
QuBbec. En Met. un entrepreneur de la r6gion de Montrbal proposa a[ors d'utiliser
des granula& recycIés prinapalement composés de béton de ciment en fondation
lors de travaux de Medion #une bretelle de l'autoroute 15, dans la municipalité de
La Prairie (figure 6).
Les travaux ont bte M8Ctu6s en mai 1997 sur une longueur de 300 rn&es,
divises en trois sections de longueurs differentes. Ils ont nécessite plus de 612
tonnes de granulats de bdton de ciment et 648 tonnes de granulats conventionnels.
La sous-fondation des trois sections a 6te construite avec des granulats
conventionnels de type MG 20 sur une Bpaisseur de 200 millimètres. Pour ce qui
est de la fondation (inférieure et sup6tieure), deux des sections (sections 1 et 2) ont
ét6 construites en granulats de b4ton de ciment recycles provenant de fa mime
source que 1'echantillon a A v tandis que la dernière (sedion 3) a été construite en
granulats wnventionnels. Dans les deux cas, la fondation inferieure a une
Bpaisseur de 230 millh6tres et est composée de matériaux de type MG 56 et ia
fondation supdrieure a une épaisseur de 150 millimètres et est constitude de
rnat6riaux MG 20. CBpaisseur du rev6tement varie de 1 1 O a 130 millimètres selon
les sections. La demidre section, construite enti8rement de granulats
conventionnels, servira de référence lorsque viendra le temps de vérifier les
performances en service des granulats recyclés.
Ce projet permettra de vérifier les différentes pnipriétés et la résistance des
matérîaw recydes lorsqtiils sont soumis aux diverses sollicitations telles les
véhicules lourds et le dimat Depuis sa constnrcüon, un suivi annuel est effectue
notamment par la r6alisatim de diR&ents essais de tenain comme le Falling Weight
Deflectometer (FWD), qui mesure les modules des différentes couches de fa
chaussée pour v6rifier fa capacité de support des couches de la strudwe.
Depuis la r6alisation de œ projet pil~te, plusieurs autres projets ont Bi6
réalis& par le MTQ. De tels proiets auront de plus en plus d'importance avec le
temps, car on sera plus familier avec le comportement de ce type de matériau
foroqu'il est soumis aux conditions delles (stnidure de chaussée).
Figure 6 : Plan du projet pilote de La PrairÎe
RÉSULTATS ET INTERPRÉTATION DES ESSAIS
N.1 Résultats et analyse des essais de iaboratoire
IV.l.l.l Anaiyse grisulom€trique par tamisage (BNQ S6û-040)
L'analyse granulometrique donne la quantit6 de materiaux retenus sur
chaque tamis. Si on compare les courbes granulometriques des matéfiaux en vrac avec les fuseaux du ministere (MG 20 et MG 56) (figure 7), on s'aperçoit que seul le
matefiau provenant de la source a A :, passerait cette exigence, car sa courbe
granulom6trique reste toujours l'intérieur du fuseau MG 20. Pour ce qui est de la source a B B, on doit la comparer au fuseau MG 56. On peut voir que le materiau
original ne confient pas assez de particules de grosseur sup6rieure 20 mm. Pour
ce qui est du reste de la courbe, elle se situe & I'intérieur du kiseau granulom6trique.
Finalement le granulat bitumineux ne contient pas assez de particules fines pour
Btre uülis& tel que( comme materiau de fondation rodre . En Mec le pourcentage
de particules passant les tamis inMeurs & 2,5 mm est trop petit par rapport au fuseau granulom6trique MG 20. La granulom6frie sort aussi du fuseau dans le haut
de la courbe, mais c'est probabIement dii 4 deux ou Vois gros fragments qui ont Bt& retenus sur [e tamis 20 mm et eest pourquoi la courbe gramlom6trique sort du
fuseau à cet endroit Rappelons que [es
classes gram laires 0/2,5,2,5/5,5/1 O. 1 O H 4,
matériaux ont Bt6 séparés selon les
14/20 et > 20 mm pour reconstruire des
courbes granulo~~ques pt8-eCablies. L'analyse granulom6trique nous a permis
de connaifre la distribution de la classe 012,5 mm en donnant ia quantité de
particules retenues sur les tamis 1,25 mm, 0,600 mm, 0,315 mm, 0,160 mm et 0,080
mm.
Cependant, Btant donné qu'on a s6parb les materiaux jusqu'à la ftaction
Oi2,5, les courbes granuloméques reconstituées se sont écartdes des courbes
choisies dans la partie inférieure au tamis 2.5 mm. Ainsi, les courbes obtenues sont
souvent sorties du fuseau pour la source cr 6 IB (figures 10 et I l ) , car cette source
contient une tr6s grande proportion de particules passant les tamis 80 et 160 pm
(figure 7). Par contre, si on observe la courbe glanulom6tnque des granulats
bitumineux (figure 7), on peut remarquer que ce matériau contient beaucoup moins
de particules fines ; lomqu'on a prépar4 les melanges avec les granulats bitumineux,
la partie de la courbe granulometrique située sous le tamis 2.5 mm a donc eu
tendance a redescendre (figures 8 à 11).
Figure 7 : Courbes granulométnques des matériaux d'origine
Figure 8 : Courbes granulom6ûiques B I'bhide pour la courbe inférieure des
melanges a A s
1 . 2 GirinuIom&re au laser
Cet essai vise a ddterminer la granulom6ttie des particules inférieures &
80 m. L'Bchantillon est pris sur la haon passant le tamis 80 pm, est verse dans
l'appareil et est melange avec de Peau. Par la suite, un rayon laser est dirige vers
i'6chantillon et la grosseur des partiales est dhteminée a partir de l'intensité de la
lurni8re qui passe à travers l'échantillon et I'angle de réftaction du rayon. Cet essai a Bt6 &lis6 afin de deteminer s'il y avait une difference dans la distribution des
particules passant le tamis 80 Pm, car locqu'on a analyse les diK6rentes courbes
granulom61nquest le pourcentage de partiailes passant le tamis 80 pm &ait de pr&s
de deux (2) fois supérieur pour la source a 6 B.
Comme on peut le remarquer dans te tableau suivant, les diff6renœs entre
les deux mat6riaux sont minimes, la granulométrie des particules plus petites que
80 pm étant relativement la meme pour les deux sources.
Tableau 3 : Granulom6trie des particules infWeures à 0,080 mm dans les
granulats recyd6s
[ Grosseur des particules 1 Source a A r 1 Source a 6 B 1 (w) c 1 (2 5 90 20 40 80 160 3t 5
(96 passant) I (% passant) 2.16 254 5,80 7.35 14,90 1?,16 25,lt 26.1 9 &,O1 45,82 68,52 61,t O 94,96 94.98 99.90 ; 99,62 99,99
400 1 99,99 700 1
t 00 i
IV.l.2,l Observations visudes
L'observation visuelle 'des trois materiaux s'est effectuée sur les classes
granulaires suivantes : 2,515 mm, 5110 mm, 10114 mm et 14/20 mm ; les granulats
compris dans la fraction 0Q,5 mm &aient trop petits pour 8tre differencï6s, et ce,
mente au st6r6omicroscope. Avant b&re analysés, les granulats ont 616 laves et
s6ch6s pour enlever toutes les poussières à leur surface, ce qui aurait pu nuire aux
observations.
Les pourcentages des différents constituants pr6sentés dans le tableau 4
sont les pourcentages ponddrs de chacun des constituants par rapport a ce que
repr6sente chacune des dasses analys6es dans les échantillons d'origine (Le. non
reconstitués). Cependant, le pourcentage de chacun des constituants de chacune
des classes granulaires examinées se situe à i 3% de la moyenne pond&&
rapportde au tableau 4.
Les granulats originaux du b6ton des deux échantillons de béton de ciment
sont d'origine calcaire tendis que ceux de l'échantillon denrob6 bitumineux sont
plut& de type grauwacke. Ces derniers sont composés de granulats plus petits, les
plus gros granulats Btant gen6ralement compos6s de plusieurs granulats de
grosseurs infihieures qui sont lies par le bitume.
Pour ce qui est des impuretés que I'on retrouve dans ces matdriaux, leur
quantite peut paraître plus importante lors d'une simple inspection visuelle des
mat6riaw car c'est souvent de gros fragments de bois ou de brique, mais leur
pourcentage en masse est d'envimn 1 % dans te cas des deux (2) sources de Mon
recycfQ.
Tableau 4 :
I Source
Pourcentage des ditierents constituants dans les granulats r e m s
Composants Béton de ) Gtanulat 1 Granulats 1 Autres ( Nature des autres ciment
(%) 70.1 62,2
Estraction de bitume WC 26 - 100)
O
L'extraction de bitume a aussi été effectuée sur chacune des classes
granulaires (annexe C). Cette méthode a pour avantage dindure la fraction
012.5 mm. Les résultats sont présentes dans le tableau 5. Pour pouvoir comparer
les rbsultats obtenus avec ceux de I'obsetvation visuelle, les résultats de l'extraction
de bitume ont 616 multipli6s par 20.5 % étant la teneur moyenne de bitume dans un
enrobe conventionnel. Les r8sultats obtenus sont très proches de ceux auxquels on
&ait parvenu lors des observations visuelles. Toutefois, l'exécution de cet essai est
beaucoup plus rapide que l'observation de chaque granulat et tient compte de toutes
les fiactions granulom&triques.
bitumineux ( O h )
11,3 2.9
Étant donne que les r6sultats sont similaires et compte tenu que l'essai
d'extraction de bitume est beaucoup plus rapide et plus représentatif, 'est ce
dernier qui a dt6 retenu pour d6teminer la quantité de granulats bituminew dans les
melanges test&. De plus, I'extracüon de bitume peut nous renseigner (si on a une
sede source de granulats bitumineux provenant d'un seul pavage) sur la
granulom61rie initiale des granulats du pavage qui est recycl6. En Met, lorsquaon
procede une extraction de bitume. celui4 est complbtement dissout par le solvant
et il ne reste que les granulats naturels que Pon peut alors tamiser. A partir de la
97.0
d6nudés (%) t 7.6 33.8
3.0
' (%) 1,0 1.1
materiaux
Bois,pl&=e,brique. Bois, brique, scorie,
O m a t i h organique ]
granulom6trie ainsi obtenue, on peut d6teminer le type d'enrobés bitumineux a
Mtude.
Tableau 5 : Pourcentage de granulats bitumineux dans les granulats recyd6s
1 Source 1 Extraction de bitume (%) ( % de granulats bitumineux Calcule ' ( Observe ",
W.I.3 Essri de détermination de la résistance i l'abrasion Los Angeks
(BNQ 2560-400)
- -
CC.
Cessai Los Angeles permet de déterminer la rdsistance à la fragmentation
des granulats. II permet de s'assurer de la perfofmance de ces derniers lorsqu'ils
sont soumis aux diverses sollicitations (concassage, transport, mise en œuvre,
cornpactagq etc.).
Comme on peut le constater dans le tableau 6 et B la figure 12, les pertes
moyennes B l'essai Los Angeles sont &environ 30 %, et œ pour les deux sources
de b6ton de ciment et indépendamment des diff6rents metanges avec des granulats
bitumineux Les pertes obsewées sont aussi relativement constantes lorsqu'on fait
varier la grosseur des particules : environ 27 % de perte pour la fraction SR0 et près
de 30 % pour la fraction W20. Ces valeurs sont satiskisantes pour un usage en
fondation de chaussée, [es normes 2101 et 2102 du CCDG (MTQ, 1997) süpulant
que la perte maximale cet essai soit de 5û 50%.
: % bitume dans le matériau #origine x 20 " : moyenne pondMe des classes 2,5/5,5/10,10/14, 14/20
494 98,8 97,O
Si on compare les résultats a u pertes obtenues pour des calcaires, le type
de granulat qui a seM & la fabrication du b6ton de ciment original, on remarque que
les pertes sont plus Blevées, les calcaires du Quebec ayant une perte au Los
Angeles d'environ 20 25 %. Donc, la pate de ciment qui entoure les granulats
originaux a une moins bonne r4sÎstanœ B la fragmentation que le granulat calcaire car la perte obtenue est de près de 30 %. Cependant, le resultat aurait probablement 616 inverse si le granulat original avait BtB un granite. Étant donne
que le granite n'a pas une tr6s bonne résistance à la fragmentation, la pate de
ciment accolée au granulat aurait possiblement amMoré la résistance à la
fragmentation de œ type de granulat recycl6.
De plus, la fragmentation des granulats de béton de ciment se fait
préférentiellement à l'interface p8tegranulat. c'est-àdire que lonqu'un boulet frappe
le granulat, le plan de faiblesse se situe surtout au contact entre la pate de ciment et
le granulat.
Tableau 6 : Pourcentage de perte a l'essai Los Angeles des différents mélanges
de granulats recyclés (a)
Grade B ' (1 0120)
32*4
Sour*
a A »
Grade BI (T 4/20) 34. 1
% granulats bitumineux
11
a b
1
1 a C v
Grade 82 1 Grade Ci (1 011 4) 1 (511 O) 30.7 30.5
Les calcaires du Québec ont une perte moyenne I'essai LOS Angeles de 25% alors que les grauwackes ont quant à eux une perte moyenne d'environ 22 %.
La perte maximale B I'essai Los Angeles est de 50% selon les nomes 2101 et 2102 du CCDG (MTQ, 1997)
15 30
29.3
29,8 30,O
28.3 27,7 27,O 30.4 27.4 27,6 30
31.8
30,2
50 - 3
15
31.6 30,2 29.5
27.3 27,O
50 1 i
319 26,9
Par antre, pour œ qui est des granulats bitumineux, des essais r6alisés a
l'aide de rappareil de fragmentation dynamique (AFNOR P 18-574) ont cév&I& que le
granulat semble s'écraser sous l'effet de la charge et se brise par la suite en
plusieurs petits fragments sous i'effet des nombreux chocs subs6quents. Par
contre, le bitume semble très bien jouer son i&e de liant, car sous Peffet des
premiers chccs, le granulat bitumineux n86clate pas comme un granulat naturel ou
un granulat de b6ton de ciment : il est brise, mais consewe une certaine cohésion.
Un autre aspect interessant regarder est la degradation des granulats dans
le temps. Des essais ont et& Hectu6s sur les matériaux provenant de la source
a B B et les rbultats sont pr6sent6s au tableau ? et la figure 13. Les essais ont
Bt6 effectuds sur plusieurs classes granulaires en mesurant les pertes ii 100,250 et
500 revoluüons. De plus, pour la fiaction la plus grossidre (grade G), un essai
suppfémentaire a 6tB effectue et les pertes ont et& mesurées à 200, 500 et 1000
révolutions.
Les pertes obtenues lors de ces essais sont presque linéaires, c'est-à-dire
que la d6gradation des diff6rentes classes granulaires est à peu près uniforme et
proportionnelle au nombre de r6voluüons. Étant donne que le taux de perte est a peu prhs constant dans le temps, cela nous indique que notre matdriau est compose
de granulats qui ont peu prb tous la marne rdsistance à la ffagmentation, car si
notre matdriau était compost3 de parücules moins résistantes, le taw de perte aurait
6s beaucoup plus important au debut de ('essai, les particules moins résistantes se
brisant des le &but
Tableau 7 : Dégradation ('essai Los Angeles du granulat recyde cr B * en fonction du nombre de révolutions
b
f Grade , . (5/1 O) B2 (1 O11 4)
. Nombre de tours
1000
31 $4
100 7.46 ?,O4
200
834
250 1 500
14,35 2032
Bi (14/20) A (20/40) G (20/40)
15,68 14,91
26.01 17,71 18,43
6,20 4,53
25,62 24,39
+"A" Grade Ct
Grade B +"B" Grade C l
Figure 12 : Pertes & l'essai Las Angeles des melanges de granulats recydés en
fonction du % de granulats bitumineux
350
30.0
25.0
20.0
t tL %
15.0
tao
5.0
0.0
Figure 13 : Dégradath à I'essai Los Angeles du materiau a B s en fonction du
nombre de révolutions
IV.1.4 DCttrmination du cotflicient d'usure par attrition à l'aide de Pappueil
r n i * ~ ~ ~ D c v d (BNQ 256û-û70 et LC 21-101)
L'essai micrd)eval est un essai qui vise a d6teminer la rbistance à Puswe
des granulats. Cet essai s'effectue sépardment sur le gros granulat et sur le
granulat fin. Ce dernier n'est pas exige pour les granulats de fondation. on se sert
plutdt de la ddgradation des gros granulats pour caractériser et faire accepter un
matériau lors d'un projet de construction routière.
Le tableau 8 et la figure 14 semblent indiquer que l'augmentation du contenu
en granutats bitumineux du melange contribue Idgèrement a i'amelioration de la
rdsistance à I'usure des granulats recyd6s. Les pertes obtenues sont toutefois très
variables selon le contenu en granulats bitumineux et selon la grosseur des
granulats de la prise d'essai. On s'explique d'ailleurs mal la meilleure performance
de la dasse 5/10 mm de la source r A B par rapport aux autres échantillons testes.
Toutefois, dans l'ensemble, les r6sultats observes sont Idgèrement plus Blev6s que
les pertes obtenues sur des granulats du même type que ceux qui ont servi a la
fabrication des b6tons originaux, sans doute à cause de la plus grande fnabilitb de la
pate de ciment, les pertes obtenues pour un calcaire étant voisines de 15 %, alors
que la perte moyenne des grauwackes se situe autour de 24 %. Selon le CCDG
(MTQ, 1997), les materiau recydés mis à rétude r6pondent favorablement a un
usage en fondation rOUfÏ8re selon les nomes 2101 et 2102 (MTQ. 1997), la perte
maximale permise &nt de 35 %.
Cusure des granulats recydes n'est pas très diff&ente de celle des granulats
conventionnels; apds ('essai, les arbtes sont bien arrondies et la suifaœ du
granulat est polie par Seff6t de fiOttment granula& - granulats et grandats - billes
#acier. Cependant, les petites particules (< 2,5 mm) de la pate de ciment ou de
bitume qui enrobe les granutab ont tendance P se detacher de ces granula&
laissant ainsi des vides & leur sucface.
Tableau 8 : Pourcentage de perte l'essai micro-Deval des melanges de
granulats recydés (a)
source
UA.
Granulat fin
18.0 147 147
Grade E (5 - I O )
16,O 15 30
% granulats bitumineux II
227 23,6
Grade B (1 O - 20)
22,4
aBw 18.5 22.6
50 3
aC.
14,2
(a) La perte maximale d l'essai micro-Deval est de 35 % selon les nones 2101 et 2102 du CCDG (MTQ, 1997)
24,s 20,4 19,9 18,7 13.9
1 2,6 , 15 1 21,9
30 50
20,1 22,5 22,7
+"AU Grade E +"BW Grade 8
120 1 O I O 20 30 40 50
1 60
W Û a
Fiaufe 14 : Pertes $i l'essai micro-Deval des m6langes de granulats recyci&s en fondion du % de gmnulats bitumineux
IV.1.5 DensitC et absorptivitt des granuhts (BNQ 256b065 et BNQ 25601)67)
La détermination de la densite et de rabsorpüvit6 des granulats s'effectue
separement sur le granulat fin et sur le gros gmnulat La densit6 du granulat nous
servira notamment lors des calculs des caract6ristiques relatives aux masses
volumiques wrnpactées comme Sindice des vides, etc.
Cabsorpüon des granulats recyd6s est la caractéristique qui se demarque le
plus des autres par rapport aux granulats conventionnels. En effet, I'absorption des
granulats recyclés i3 base de béton de ciment est de pres de dix fois plus Blevee que
celle des granulats conventionnels (tableau 9). La pate de ciment est responsable
de cette forte absorption. Dans la M i o n grossi&e, I'absorption est moindre car la
pate de ciment y est moins abondante. On peut donc considérer ces gros granulats
comme de petits fragments de béton dont l'absorption se rapproche davantage de
celle d'un bdton usuel qui est de l'ordre de 7 à 10 % que de celle des granulats
naturels qui les composent C'est en effet dans la fracüon fine que i'on retrouve la
majeure partie de la pâte de ciment qui a été broyée lors des opérations de
concassage. La pâte de ciment hydratée est beaucoup plus poreuse que les
gmnulats conventionnels uülis6s pour la fabrication des b6tons originaux. Pour leur
part, les grains de ciment non hydrates ont la possibilite de s'hydrater au cours de
l'essais d'absorption, devenant ainsi plus poreux et plus absorbants. Cette pate de
ciment anhydre absorbe donc plus d'eau car elle en a besoin pour s'hydrater et car
elle est plus poreuse.
Lors de la fabrication des enrobés bitumineux originaux, il se forme aussi un
réseau de pores & I'intérÎeur de la matnce. Ceau peut donc s'infiltrer a I'int6rieur de
ces pores, œ qui fera augmenter I'absorption. Les valeun obtenues sont environ
deux à trois fois plus élevées que celles observées sur les granulats naturels
originaux (grauwacke).
Le &eau de pores forni6 lors de la fabrication des mat6rÏaux originaux
(bdton de ciment et enrobe bitumineux) est également responsable de la denbit6
plus faible des granulats recycles par rapport aux granula& conventionnels. En
effet, la densite des granulats recycfés est de 15 B 20 % moindre que celle des
granulais conventionnels. La densitb des granulats bitumineux est aussi plus fable
que celle des granulats originaux parce que le bitume a une densité qui se situe
autour de 1 ,O. Par contre, cela naMede que très peu la densite totale car on
compte généralement environ 5 % de bitume dans un mélange d'enrobés
bitumineux
Finalement, on peut expliquer la nette différence de densite entre les deux
sources de béton de ciment recyclé (a A B et a B B) par la plus grande quantit6 de
particules l6g4res à I'interieur de la source a A W. En effet, il y avait prbs de huit (8)
fois plus de particules dont la densite est inférieure a 2,2 a I'intbrieur de la source
a A rn qu'à l'int6rieur de la source ct B B, atfectant ainsi la densité globale du
mat6riau. Les rdsultats ddtaill6s de cet essai sont présente à la sedion 1V.T .?3.
Tableau 9 : Densité et absorption des granulats recycles
Source * A s a B w a C *
La densite moyenne des bbtons usuels est de 2,4 et leur absorption est de l'ordre de 5 à 7 % La densite moyenne des calcaires est de 2.7 et leur absorption est inf6rieure a t % La densité moyenne des grauwackes est de 2,6 et leur absorption est infeneure à i %
Gros granulat Densite Absoc(%) 2,311 1 4,93 2,434 1 3,87 2,394 1 1 .O8
GranuCat fin Ponde& Densite 2,212 2,557 2,4û6
Densité 2,274 2,475 2,398 ,
Absor.(%) 7,21 9,40 1,85
Abor.(%) 577 5.70 i ,35
IVJ.6 Masse volumique et teneur cn eau @NQ 2501 - 259
La masse volumique et la teneur en eau sont d6tenin6es à l'aide de
lappareil Proctor et on uülise Wnergie modifÏée pour d6teminer ces paramf3tres.
En fait, c'est la masse volumique wrnpactbe que l'on mesure et la teneur en eau
correspondante. Ces essais ont et6 réalis& sur les mélanges B 15, 30 et 50 % de
granulats bitumineux.
La masse volumique des mat6riaux recycl6s est inférieure a celle des
granulats conventionnels (tabieau 10). Ceci était prévisible, car la densite des
granulats recyclés est elle aussi plus faible, la masse volumique étant grandement
influencée par la densité.
Dans le cas des mélanges a I'Btude, ceux fabriques avec la sourœ a A n ont
montre de plus faibles masses volumiques, la densité des matériaux de cette sourœ
Btant plus faible. Un point assez surprenant est que la masse volumique des
mélanges (faits a partir de la source a A B) repr6sentés par la courbe inférieure du
fuseau a et6 égale ou supérieure à celle des mélanges de densite maximale.
Normalement, la masse volumique de la courbe de densite maximale aurait dû 6tre
plus grande, car la quantité de particules fines est plus importante, ce qui permet
d'aller combler les vides de la matrice laissds entre les granurats plus grossiers.
Cependant. Btant donné que la densite des particules fines est infBifieure celle des
gros granulats (tableau 9). et qu'il y en a plus dans i'echantillon fabrique a partir de
la courbe de densité maximale, cela contribue à faire diminuer la masse volumique
de I'echantillon. Le meme ph6nom6ne n'a cependant pas été obsenk pour les
melanges faits avec les mat6riaw de la source c B a car la densité des fines est
plus Blev6e que celle des gros granulats (tableau 9).
I semble que rajout de granulats bitumineux aux greinulats de Won de
ciment diminue la masse volumique du melange (figure 15). En effet, les masses
volumiques des m6langes sont passées de 1938 B q895 kglm3 pour la courbe de
densité maximale et de 1954 à 1936 kglm3 pour la courbe. infMeure dans te cas des
melanges u A B et respedivement de 2053 a 2017 kghnj et de 2057 a 2004 kglm3
pour les melanges a B B. Dans le cas de ces derniers, on peut attribuer cette
diminution de la masse volumique B la densité plus faible des granulats bitumineux
qui fait diminuer ta masse volumique de la matrice, ce qui n'est pas le cas pour les
mat6rÏaw de la source a A m. CMet du % de granulats bitumineux est donc plus
dificile à expliquer dans le cas des melanges r A B.
La teneur en eau des diffdrents melanges suit la meme tendance que la
masse volumique, c'est-àdire qu'elle diminue lonquson ajoute des granufats
bitumineux, moins absorbants, dans le mdlange. Elle est plus élevée pour les
mélanges avec la souce a A B, œ qui peut expliquer en partie les masses
volumiques plus faibles avec ce matériau. De plus, pour les mélanges a A B, deux
fois sur trois, la teneur en eau de ia courbe de densite maximale est supérieure a
celle de la courbe inférieure, ce qui est également coh6rent avec des masses
volumiques plus faibles avec la courbe de densité maximale.
Tableau 10 : Masse volumique e l teneur en eau des mélanges de granulats
recycles
Source % granulats bitumineux
I I 1
Couhe bas du fuseau
La masse volumique des granulats bitumineux est d'environ t 933 kgh3 et leur teneur en eau se situe autow de 6.4%.
1938 1 929 1895 2053 2053 2027
Courbe de densité maximale
Masse vol. (km3)
t
t trs 1 0,s grl 9,1 8.8 8,5
~ t , a 10.4 9,6
aAw
Masse vol. (Wm3)
teneur en eau (%)
Teneur en eau (96)
ccBv
1s 30 50
t 954 1943 1936
15 30 50
2057 2040 2004
9,4 8.2 7,9
O 1 O 20 30 40 50 80
% GB. Figure 15 : Masse volumique des mélanges de granulats recyd8s en fonction du %
de granulats bitumineux
+"Aw (Fuseau moyen) +"Ba (Fuseau infdrieur)
Figure 16 : Teneur en eau des mélanges de granulats recyclés en fondon du % de
gmnulats bitumineux
La penn6abiiit6 d'un matériau granuhire est un paramètre qui régit la
perlomanœ à long terne dune chaussde. Cet essai mesure la vitesse à laquelle
I'eau s'écoule a travers un materiau compact& Si on veut que le temps de
résidence de Veau dans le matériau soit le plus court possible, on choisira un
materiau plus perméable. De cette façon, on aura moins de pprbl6me avec le gel
car il y aura moins d'eau disponible pour la formation de la glace. Dans le cas des
matériaux recycles contenant des b6tons de ciment, il est possible que la pem6abilite varie non seulement en fonction de la granulorn&rie des rn6langes.
mais aussi en fonction du contenu en granulats bitumineux, de la nature des
particules et du temps.
Comme on peut le remarquer dans le tableau il et à la figure 17, la
perméabilité des matériaux recyclés tend a augmenter avec l'ajout de granula&
bitumineux En effet, pour chaque mélange et pour chaque fuseau granulometrique
utilise, I'eau a pris moins de temps a s'écouler lorsqu'on a ajouté des granulats
bitumineux Ceci pourrait Btre dû au fait qu'il y a globalement moins de fines
lonqu'on ajoute des granulats bitumineux dans le mélange, car 1'8chantillon de
granulats bitumineux en contient nettement moins que les granulats de béton de
ciment recycle (voit figures 8 B 1 1). S'il y a moins de fines à Sintérieur du mélange, il
y a plus de pores qui ne sont pas obstrués et qui permettent & Peau de s'écouler
plus facilement
Le temps aura aussi une incidence sur la perméabilité des doÏ6rents
mdlanges, car le ciment non hydraté pr6sent dans le matériau réagira avec l'eau et
pourra venir obstruer certains pores, ce qui aura pour incidence de diminuer la penn6abilité du matMau. Et plus te temps de r6sidence de l'eau dans Ie mat6riau
sera long, plus il y aura de reactÏon, et ce, jUsqti'à œ que tout le ciment anhydre soit
hydrat6. En s'hydratant, b ament devient aussi plus pâteux et peut migrer vers des
pores et les obstruer, ce qui aura pour Met de rdduire la penn6abilit8 des matérÏaux
car il y aura moins de connexion entre les pores. Évidemment, la perm6abilit6
cessera de diminuer lorsque tout le ciment aura réagi. Des essais réalis& sur
certains melanges ont confimit6 cette hypothbe : la perméabilité @un premier
melange est passée de 1'2 x lCI4 cmls a 6,0 x 106 cm/s après un jour de cure, et de
3,3 x lo4 cmls d 2,8 x to4 cmls pour un deuxième melange après une aire de bois
jours.
II faut aussi s'attarder à la nature des particules et à la granulométrie du
mélange. Les deux melanges fabriques a parür de la courbe de densite maximale
ont donne des résultats plus faibles que ceux de la courbe representee par le bas du
fuseau. C'était previsible, car le contenu en particules fines est plus élev6 dans le
mélange fabfi~ue a partir de la courbe de densité maximale ; il y a donc moins de
vides B l'intérieur de ta matrice etlw les pores sont plus petits, œ qui rend plus
dificile le passage de I'eau à travers la matrice. Finalement, les particules fines
provenant de la source a B n semblent étre ppls plastiques et plus argileuses.
Lorsquron ajoute de I'eau au mdlange, il se fonne une boue visqueuse qui, lors de la
mise en place des éprouvettes, a pu se deplacer dans les vides et venir obstruer les
pores d'où des pem6abilit6s plus faibles pour les m&langes a B B.
Tableau 11 : Pemi6abilitB des mélanges de granulats recydés
1 % granulats 1 Courbe 1 Courbe de densite [
Source c c A ~
I
aBw
bitumineux
15 30
La perm6abilit& des gnnulats bitumineux est d'environ 1 8 x 104 cmls, celle des calcaires se situe autour de 1.2 w IO& CWS-
-
bas du hiseau (cmls )
1 . 2 ~ ?04 3,3 x 104
15 30 50
maximale («iils)
1,4 x IO* 3,4 x IO*
50 I 3.9 x 104 9.5 x 204 6.4 x t O-7 1 2.1 x IO" 3,3 x jOS 5,t x 10d
2.9 x 1 O-' 1.l x IOS
+W (Fuseau inMneut) +"A" (Fuseau moyen) +"8" (Fuseau inSrieut)
Figure 17 : Perméabilité des m6langes de granulats recyd6s en fonction du % de
granulats bitumineux
L'indice CBR donne me idée relative sur la capadte portante d'un sol. Lors
de la réalisation de I'essai, on prend des mesures à O, 1" et B 0,2" de pen6ttation. La
valeur à 0.2" sert & valider le premier r6sultat Si cette valeur est superieure à
l'indice B O,? ", l'essai est r6ussi, mais si elle est inférieure, on doit reprendre I'essai.
Dans les fondations routières, la limite d'acceptation d'un matMau est f h e a 100.
Si le rbsultat est inféfleur, on considhre que le sol ne sera pas assez fort pour
supporter les charges auxquelles il sera soumis. Dans le cas des matériaux
recyciés, l'indice CBR risque de varier en fondion de la granulom6trie des
rnat&iaux, de la nature des particules (composition min&afogique), de I'angularit6
des granulats, du contenu en granulats bitumineux et du temps. Ce dernier joue
Bgalement un rdIe sur Isangulant6 et la granulométrie des échantillons.
La granulom4tne influence le degré de compacité du matériau et donc la
pénétration du piston. En effet. plus le matériau est compacte, mieux ses particules
sont imbriqubes les unes contre les autres, moins il y aura de vides dans la matrice
et le mouvement des parücules se fera plus dificilement suite & l'enfoncement du
piston. II y aura donc une augmentation de la résistance au cisaillement de la part
du materiau et donc un meilleur indice CBR. Il est donc prbvisible que les mélanges
de la courbe de densité maximale presentent un meilleur indice que cew de la
courbe représentée par le fuseau inférieur. C'est ce qui est observe pair les
melanges avec le matenau a A n, mais pas pour ceux prépar6s avec le materiau
a 6 a (tableau 12).
Comme il M mentionné larsquSiI a et6 question de la pem6abilit6 et tel que
sugg6r6 par les essais au bleu de m6thyDne d6crits plus loin (sedion N.i.12), la
firaCtiCm fine du granulat ct B JB semble contenir plus de particules argileuses qui, au
contact de Peau, forment une boue qui aura une incidence négative sur la capacité
portante. Lorsque le piston s'enfonce dans le matwau, il y a un ddplacement et une
remontée du materiau vers le bord du moule. Ce deplacement du matériau ainsi
que la quashbsenœ de fiicfian entre les parüailes facilite renfoncement du piston
et donne un indice CBR infdrieur B celui des melanges a A B pour une m6me
gmnulom6trie. Ceci explique aussi pouquoi les mélanges fabriqués a partir de la courbe de densité maximale sont moins performant-s pour les melanges avec le
mat6riau a 6 S. malgr6 une plus grande quantité de particules fines, celles-ci sont
plus argileuses. En fait cinq des six melanges a A rn ont mieux perfmé que les
mélanges u B B, et ce. B granulorn6trie et % de gmnulats bitumineux constants.
Comme on peut le constater au tableau 12 et sur la figure 18, l'ajout de
granulats bitumineux aux diffdrents mélanges diminue la capacité portante des
matériaux En effet, mis à part l'essai fait sur le fuseau moyen des melanges avec
le granulat a B B, tous tes autres ont diminu6 lorsqu'on a augment6 le contenu en
granulats bitumineux du melange. On peut attribuer cette baisse aux granulats
bitumineux qui sont moins rigides que les granulats de béton de ciment Lorsqu'ils
sont soumis a la pression du piston, ces granulats auront tendance à s'écraser et à
glisser les uns contre les autres plutôt que de rbister B la pression. De leur &te,
suite à l'enfoncement du piston, les granulats de béton de ciment vont r6agir comme
un granulat naturel et rtbsister a u pressions du piston. De plus, il se produit un effet
de recimentation des particules de b6ton de ciment ; si le contenu en granulats de
béton de ciment est plus BlevB, il y aura donc un plus grand nombre de particules
susceptibles de participer à cette recimentation. Cette caracteristique des granulats
de b6ton de ciment augmente la rbsistance du matériau à l'enfoncement du piston
dans le mat6riau et donc par le fait meme, l'indice CBR.
Finalement, afin de v6rifier le potentiel de recimentation des matériau
recyc18st des 6chantillons ont et6 placés B rair libre et @autres dans l'eau pour une
période de 14 jous. On cansiddre qu'après 14 jours, I'effet de recïrrtentation aura
atteint son mm-mum. Une fois cette p4riode de mûrÏssement temin6e, des essais
de portance ont 816 effktués. Dans le cas du melange a A B. on a obtenu les
résultats es@&, cSBSt~ire que les hsultats ont et6 meilleurs après 14 jours ds
mûrissement qu'avec la procédure d'essai nonnale, et cer aussi bien dans I'air que
dans reau (tableau 13 et figure 19). Dans le cas du m6lange ct 8 B, les rhsulfats ont
616 plus faibles après la pdriode de aire. Dans ce cas. on peut penser que, comme
lorsqu'on a suivi la procédure normale de Pessai, tes parüwles argileuses ont
influencé le résultat PremiBrement, lorsquton a mis les éprouvettes dans ('eau, ia
ftacüon argileuse a absorbé beaucoup plus deau et ces particules sont devenues
plus visqueuses, les particules pouvant ainsi plus facilement bouger les unes contre
les autres. Ces particules sont donc les responsables du comportement visqueux
des différents mélanges a B a. Dans SaWe cas, lorsque ['échantillon est reste a I'air
ambiant pendant 14 jours, les particules ont eu le temps de sSass6dier légèrement,
de se contracter et de se fissurer, les rendant ahsi moins compétentes. C'est donc
iWet des rnindrawc argileux qui pibdomine sur l'effet de recimentation dans le cas
des mat6riaux provenant de la source cr B S.
Tableau 12 : lndiœ CBR des melanges de granulats recycles
1 Fuseau inferieur 1 Fuseau moyen 1
Tableau 13 : Indices CBR des melanges & 30% de granulats bitumineux après
Source ct A s
crBm
mûrissement (fuseau inférieur)
% granulats biturn inew
15 30 50 15 30
1 50
Indice normal
Penetration
Mûrissement dans I'air 1 I'eau
o,iW
41,6 51 $4 t
PBnetration
I
I
0,2'
38,l
Source UA, ccB*
I
48,8
41" 88.0 50.9
99,i 64,3 47.1 70,5 66,4
0,iw
QI" 64,3 664
0 , ~ "
0.2" 109,s 7f ,O
0.2" 81,2 864
127,5 81,2 58,3 95.6 86.4
0.1" 86.3 58.5
137.5 88,7 50,4 57,6 65,7
0.2" 100.6 78,t
174,1 104.8 59.3 76.7 ,
88.7
+"An (Fuseau moyen) +-"Be (Fuseau in@rieut)
O ro 20 30 40 XI 60
%.G&
Figure 18 : lndiœ CBR (0.1") des melanges de granulats recyci6s en fonction du %
de granulats bitumineux
Figure 4 9 : Indice CBR (O.1'') des mélanges a 30% de granulats bitumineux en fonction du miirissement (fuseau inférieur)
IV.1.9 Résistance en compression (IarpW de CSA A23.2-Sc)
Par cet essai, on veut essayer de quantifier la recimentation qui se produit
I'intërieur des mat6riaux contenant des granulats de b&on de ciment. Les
échantillons ont bt6 pr6parés en melangeant les granulats de b6ton de ciment et les
granulats bitumineux selon k s deux fuseaux et les dW6rentes proportions de
granulats bitumineux. Ils ont 618 pr6par6s selon la methode BNQ 2501-255 1
Determination de la relation teneur en eauinasse volumique - Essai proctor modifie
et la quantité d'eau ajoutée Ion de la pr6pamtion des dchantillons a 616 celle de la
teneur en eau optimum qui avait et8 prbalablement ddteminée à L'aide de œ même
essai. Deux Bchantillons ont B t e pr6par6s pour chaque mélange et pour chaque
courbe granulometrique, pour un total de 24 échantillons. Une premiere sefie
d'échantillons a dt6 mis en chambre humide pendant 7 jours pour pourruivre sa cure pendant 21 jours a l'air ambiant tandis que fa deuxidme serie d'échantillons est
reste8 à l'air ambiant pendant les 28 jours de are. A la fin de cette p&iode de
mPrissement, les échantillons ont Bte soumis à un essai de compression simple
pour en vdrifier leur résistance. Ces essais ont Bte r6alis6s a l'aide d'un appareil de
marque insfron? Pour réaliser les essais, on a placé les échantillons entre deux
plaques el l'appareil comprimait les échantillons a une vitesse de 5 mmlmin.
Finalement, l'essai a été anPt6 lorsqu'on obsewait une baisse de résistance dans
notre echantillon.
Les r6sultats obtenus varient entre 0,671 et 1,843 MPa pour les mélanges
a A B et 1,118 et 2,336 MPa dans le cas des melanges a B IB (tableau 14 et figures
20 et 21). Sur les figures 20 et 21, on observe deux tendances : la premiere indique
que plus on ajoute de granulats bitumineux dans b mdlange, plus la résistance a la
compression sera faible et la deuxième où on note une augmentation de la
r6sistanœ lorsqu'il y a 30 % de granufats bitumineux dans le mdtange. puis une
baisse pour tes melanges 50 % de ganulats bitumineux Toutefbis, îa tendance
g6n6rde indique que tous (es mdlanges, peu importe le type de ~ s , ont connu une
baisse de &sistance lorsqu'on a ajouté plus de 30 % de granulats bitumineux dans
le m6lange
II est difficile d'expliquer pourquoi un ajout de 30 % de granulats bitumineux
ait entraîne, dans la moiti6 des cas, une résistance sup6rïeure celle des melanges
à 15 %. Il s'agit des melanges cr B B du fuseau infeneur et des m6langes a A s du
fuseau moyen, alors que les autres mélanges (a B B moyen et a A * infbrieur)
présentent des chutes progressives de résistanœ en fonction du % de granulats
bitumineux
Comme on peut le remarquer au tableau 14 et aux figures 20 et 21,
contrairement A Pindice CBR, les mélanges r B B ont mieux perlormb que les
melanges u A B, et ce, onze fois sur douze. Ici, on peut émettre I'hypothese
suivante : Btant donne qu'on retmuve plus de grains de ciment anhydre rintefieur
de la fractÏon fines des granulats a 0 B que dans celle des granulats a A r, il se
formera plus de liens lors de l'hydratation et 1'echantiIlon aura une meilleure
&stance en compression. On note aussi que tous les mélanges u A B ont mieux
perfom6 aprb avoir subi un miirissement humide de 7 jours suivi de 21 jours a i'air
ambiant, alors que tous les melanges u B * ont mieux perfom8 après avoir 616 mûri
seulement à ('air ambiant
TabLeau 14 : RBsistance à Pessai de compression des mdlanges de granulats
recyclés (en MPa)
sou-
SA.
d t B ~
' Mûrissement de 7 jours dans une chambre humide et 21 jours a I'air ambiant Mûrissement de 28 ioun à I'air ambiant
% granulats bitumineux
15 30 50 15 30 50
Fuseau inferieur Fuseau moyen . Mûrissement
('1 I r) (7 A 1,843 1,498 0,71 O 1,232 1,610 1,118
1,300 1,030 0,671 1,777
1 ,292 1,474 1,346 2.162
2,285 1.369 0,837 2,336 2,253 1,629
1,907 1,289
'1,738 1,185
courbe
Figure 20 : Resistanœ en compression des mélanges cr A B en fonction du % de
granulats bitumineux
O I O 20 30 40 50 60
n 0.8- Figure 21 : Résistance en compression des melanges ct B sen fonction du % de
granula@ bitumineux
IV.l.10 Moduit réversible (SHRP P46)
Le module réversible est le paramètre qui caract8rise la propriété élastique
des sols et des matdrîaux granulaires. Les differentes couches de la structure de la
chaussée doivent 6tre suffisamment rigides pour résister aux contraintes
appliqu6es, el ce, sans déformation permanente notable. Les materiaw de
fondation et de sous-fondation qui possèdent des modules r6versibles élev6s
permettent une plus grande dissipation des contraintes induites au sol support par le
passage des véhicules (Boudali et Robert, 1997).
Les r6sultats obtenus sur les materiaw recyci6s sont très satisfaisants. Les
modules obtenus sont semblables ou supérieun aux modules obtenus sur divers
rnat6riaux granulaires naturels (tableau 15 et figure 22). Les modules obtenus
varient entre 194,5 et 242,8 MPa pour les rn6langes r A JB et de 144.4 B ?85,6 MPa
pour les mélanges a B B. Pour ce qui est des granulats naturels, les modules
r6venibles obtenus pour un calcaire ont 6t6 de 225'5 MPa, de 144.8 MPa pour un
granite et de 169,6 MPa pour un basalte.
Sur la figure 22, on constate que tout comme ce fut le cas pour l'indice CBR,
les résultats obtenus ne suivent pas de tendance particulière en fonction de la
granulomdtrie du mélange et du % de granulats bitumineux. si œ n'est que les
melanges a A B ont mieux perfomi8 que les mélanges (t 6 B, sans doute en raison
de leur contenu plus faible en parücu[es argileuses.
Tableau 15 : Module kversible d 100 kPa des melanges de granulats recydes
(en MPa)
Source % gmnufats bitumineux
12
Fuseau moyen Mat6rÎaux bruts
206.9
Fuseau infWeur
+-Aw (Fuseau moyen) +"W (Fuseau infénaur)
n Ge,
Figure 22 : Module i8versible des mélanges de granulats recyclés (a 100 kPa) en
fondion du % de granulats bitumineux
W.l.11 Rbistanct aux cycles de gei et de ddgd
Dans cette secfion, il sera question des résultats obtenus aux essais de
ddgradation des mat6tiaw aux intempdries: l'essai de gel et de dégel ontarien
(LS-614)' I'essai de dégradation au sulfate de magnésium (BNQ 2560 - 450) et
l'essai de gel et de dégel ASTM C 666 modifie.
Les degradations obtenues a l'essai MgS04 sont très acceptaMes en regard
des exigences du ministère des Transports du Québec qui établit la perte maximale
à 20 % (MTQ, 1997) (voir tableau 16). Si on analyse les résultats selon la taille des
parüwles. on s'aperçoit que la perte est beaucwp plus élevée pour les granulats
fins que pour les granulats grossiers. L'absorption des granulats et leur degré de
saturation peuvent venir expliquer ces résultats : ceux des granulats fins étant de
beaucoup sup6rieun & ceux des gros granulats.
Tableau 16 : Pertes P I'essai de dégradation au sulfate de magnésium des
granulats recycles
Source 1 Granulats fins 1 Gros granulats 1
/ La perte maxinale permise à cet essai parle CCDG (k~, 1993) estde 20% 1
Pour ce qui est des essais de geUd6gel ontarien (LS-614)' les pertes
obtenues ont nettement ex- la limite de 15 % pour les granulats de fondation
(tableau 77). Des pertes de 23 %, et m6me de 35 %, ont été obsenr6es alors que
lorsqu'on a ajouté 30 % de granulats bitumineuxD les pertes ont diminué
respBCft*vement a 20 % et 26 %. On est donc en mesure d'affirmer que I'ajaut de
granulats bitumineux aux granulats de béton de ciment diminue leur susceptibilit6 au
gel. Pour v M e r cette hypoü18se. des essais ont bt6 réalisds sur les Midus de
planage et les perles obtenues Btaient de seulement 3,5 % après les cÏnq cydes
prescrits dans la nome. A prime abord. on pourrait croire que, de par leur nature,
les granulats bitumineux sont moins porew et se saturent moins que les granulats
de b6ton de ciment, certains vides étant complètement i s o b des autres et ne
pouvant Btre remplis d'eau lors du cyde de mouillage. Ils se dégradent donc moins
lorsqu'ils sont soumis aux cydes de gel et de dégel. Cependant, selon BéwM et al.
(1998), ressai de geVd6gel ontanen (LS-614) ne serait pas approprie pour les
granulats de b&on de ciment recycl4s. II faut donc prendre ces résultats avec un
certain discernement,
Tableau 17 : Perte I'essai de gel 1 degel ontarien des granulats recydés
1 Selon la nome, la perte maximale permise cet essai est de 15 % pour les 1 1 ~ranulats utilisés en fondation 1
MBlange à 30 % de G.B. 20,5
Source U A #
Le dernier essai de geUdegei (ASTM C 666 modifié). qui n'est pas normalisé
et pour lequel il n'y a pas de limite proposée, a 618 réalis6 pour essayer d'apporter
un peu de lumibre sur œ qui précede. Cependant. les conditions de I'essai
demeurent tout aussi, sinon encore plus séveres que pour l'essai précedent On le
sait bien, au QuBbec, les cydes de gel et de dégel que la structure subit ne se fera
pas de -17 OC B 4 OC en quelques heures, mais plut& plus ou moins cinq degrés
autour du point de cong6laüon. Comme lors des deux autres essais de gel, les
matbriaw de la source a B m ont moins bien perfbm6 que ceux de la source r A B
(tabieau 1 8).
a B s a 35,3 25,8 +
Materiaux bruts 22,8
Comme on peut le constater dens le taôleau 78, les pertes obtenues sur les
granulats qui ont subi un pré-tmrnpage dans ['eau salée sont plus BIevées que celles
sur les granolafs qui ont pré-fmrnpé dans l'eau pure. Évidemment, Btant donne qu'il
i0T
n'y a eu qu'un seul essai r6alis6, il faut prendre ces résultats avec un a grain de
sel a Cependant, on peut penser que ces plus grandes pertes seraient attnbuables
au degré de saturation qui serait plus Blev6 lorsqu'on est en présenœ d'ions chlores
ou encore au phdnom6ne de cryodastie B l'intérieur des granulats (ddgradaüon des
granulats sous I'effet du gel en présence deau).
Tableau 7 8 : Perte à l'essai de gel I degel cr ASTM C 666 B des granulats recyclés
Source 1 Pré-trempage dans I'eau 1 Pré-trempage dans I'eau sa[ee I
Par le passé, la rdsistanœ au gel proprement dite des granulats recyclés
laissaient les gens qui les utilisaient un peu perplexes car les resultats obtenus en
laboratoire &aient souvent contradictoires. Cependant, apds avoir étudie le
comportement de ces granulats en service, on peut se demander si les essais de
laboratoire sont approprids pour œ type de granulat Si on ne pousse pas plus les
recherches, on se trouvera peut-être exclure certains granulats qui en fait auraient
et6 très peflormants sur la route. BBrub6 et al. (1898) ont fait une première
recherche et en sont venus a la conclusion que l'essai de dégradation au sulfate de
magnésium ne serait pas assez s 6 v h alors que I'essai de gel I dégel ontarien le
serait trop pour Bvaluer la performance des granulats recjd6s contenant des
granulats de bdton de ciment.
W.I.12 Vdeur au bleu de mCthyI411e (BNQ 2560 - 255) et équivalent de sable
(ASTM D 2419)
Ces deux essais seront discutds ensemble car lun traite de la proprete des
particules fines d'un sol granulaire alors que Pautre permet d'evaluer la nocivité des
particules fines ( m i n h m argileux) présentes dans le matériau.
Les essais de valeur au bleu ont été realis6s sur des particules inférieures a
0,400 mm de chacune des sources alors que l'essai d'équivalent de sable a Bf6
r6alise sur les fractions 012 et 015 mm.
Les résultats aux deux essais sont en accord avec les premières
observations faites sur la nature des particules des deux matériaux (tableau 19 et
figure 23). Les matériaux fins de la source a 0 B qui formaient une boue au contact
de l'eau contiennent une plus grande quantité de particules argileuses que la
fraction fine de la source a A B. Dans le cas des materiaux de la source a B w, des
observations faites lors du prél6vement des granulats nous inciterait a suspecter
une contamination des rnatdriaux par des sols argileux présents sur le site
d'entreposage. C'est d'ailleurs avec ces matériaux que les résultats à ces essais
ont 616 les moins bons (valeur au bleu et Bquivalent de sable). Les résultats de
valeur au bleu sont de 0.34 a 0.44 et de 2T à 31 pour œ qui est de I'dquivalent de
sable. Pour les mat6riaux de la source u A B. les valeurs obtenues sont de 0.06
0.08 pour la valeur au bleu et de 56 à 77 pour PBquivalent de sable. Selon le CCDG
(MTQ, 1997), la valeur maximale permise pour la valeur au bleu est de O,2O dans le
cas des granulats de fondation. Pour œ qui est de IrBquivalent de sable, des
sp6cificatïons françaises (Aïtcin et al., 1992) indiquent que la valeur pour des graves
non traitées en fondation doit être supérieure à 40. Donc, d'après ces
sp6cifications, seul le materiau de la source a A s serait acceptable sur la base des essais de valeur au bleu et â'8quivalent de sable.
Concernant l'essai d'8quivalent de sable, on a procéd4 B deux essais
distincts : un sur la fraction O - 2 mm et un autre sur la Fraction O - 5 mm. Comme
on pouvait s'y attendre, les résultats pour la fradion O - 2 mm sont plus faibles que
ceux pour la fraction O - 5 mm, mais demeurent toujours acceptables dans le cas de
la source cr A m. Les r6sultats sont plus faibles car il n'y a pas de particules plus
grosses que 2 mm, et donc proportionnellement plus de fines (silt et argile) dans
I'ensemble de Is6chantillon mis à l'essai,
Pour vérifier si les proportions des diverses composantes des deux mat6riaw
pouvaient influencer les valeurs, des essais de valeur au bleu ont et6 réalises sur
dR6rents melanges de granulats recycl6s (tableau 19). Dans le premier cas, I'ajout
de granulats bitumineux ne semble pas influencer outre mesure les résultats de
valeur au bleu. Les valeurs ont baissé Mg&ement, surtout pour les melanges u B B,
mais cela peut 6tre associ6 a l'ajout de granulats bitumineux moins riches en fines
et exempts de fines argileuses.
Pour ce qui est du Won de ciment, des essais de valeur au bleu ont 616
effectues sur du ciment anhydre (particules c 0,400 mm) et sur de la pâte de ciment
hydratbe. Pour obtenir cette dernidre, du ciment anhydre a Bte mis en contact avec
de l'eau à un rapport eaukirnent de 0,5 pendant une pdriode de sept (7) jours. Au
terne de cette période de cure, la @te de ciment hydratée a été concassée, broyée
et tamisée afin de recueillir la quantité de pate n6cessaira pour réaliser I'essai
Dans les deux cas, soit sur le ciment anhydre et la pâte de ciment hydratde, les
valeurs obtenues sont pratiquement nulles, 6tant respectivement de 0,0? et 0,02
(tableau 20).
Cependant, lorsqu'on procède & i'essai, la solution devient rapidement très
basique avec les deux types de ciment, donnant des pH audel8 de 12. Dans la
procédure d'essai de valeur au bleu, il est indique que si la valeur de pH est
supérieure a f 1 ou 'î 2, on doit 6meff re un doute sur la validitk du résultat obtenu.
Un essai a donc et6 halise sur du ciment hydraté mais en neutralisant au pr6alabIe
la solution g6n6rée B l'aide dune solution acide (HCt) et la valeur obtenue f& de
0,02. Donc dans ce cas, la valeur au bleu n'a pas sembl6 6tre iMuenc6e par le pH
des solutions g6nedes et donc par la presenœ de ciment, hydrate ou non (tableau
21).
Étant donne que la valeur au bleu des différents mdlanges est peu ou pas
affectde par la pr6senœ de M o n de ciment et de granulats bitumineux, on peut
affirmer que la valeur au bleu mesure bel et bien la quantité de particules argileuses
présentes dans les granulats recyclés.
Tableau 19 : Valeur au bleu et équivalent de sable des melanges de
granulats recycles
Tableau 20 : Valeur au bleu du ciment anhydre et hydraté
Tableau 21 : Influence du pH de la solution sur la valeur au bleu
Ciment Anhydre Hydrate
Valeur au bleu 0,Of 0,02
. --
pH de la solution 12 7
Valeur au bleu 0,oi 0.02
Figure 23 : Valeur au bleu des melanges de granulats recyd6s en foncüm du % da
granulats bitumineux
N.1.13 PartrDcuies l6gLns et Mpuntis (Projet de norme LC 21-260)
Comme il fut mentionne précédemment, les essais de d6temiinatÏon de la
teneur en parücules I6gbres et de d6teminatÏon de la quantite dJimpuret6s se font a l'aide du m6me Bquipement, mais selon deux proœdures diffkentes.
Dans le cas des particules Ygbres, le résultat pour les granulats fins de la
source a A B peut sembler très 6lev6 (tableau 22), mais il faut faire attention car la
d6temination de la quantite de particules leg&es du granulat fin est relativement
difficile. Lorsquaon procède à la décantation, une certaine quantité de parücules
passant le tamis 315 pm se retrouve en suspension dans la liqueur dense et est
comptabilisée dans la fracüon de particules I6geres. et ce, a cause de la dgrfficulte à
récupdrer seulement les particules qui flottent à la surface du liquide. Des essais
sur la M i o n 2,5 - 5 mm ont donne des rdsultats beaucoup plus rbalistes de 0,7 %
pour la source ct 0 B et de 4,8 % pour la source a A S. Toutefois, l'ensemble des
résultats est coh6rent avec les résultats obtenus a l'essai de densite des particules
fines. En effet, la densité des particules fines du materiau a A n est de 2,212 alors
que celie du matériau (t B m est de 2,5571
Cependant, dans cet essai, les particules bitumineuses qui flottent sont
calculées comme des particules iégbres alors que dans I'essai de détermination de
la quantite d'impuretés, on ne doit pas en tenir compte- Lors de la d6temination de
la quantité d'impuretds, les particules bitumineuses qui flottent la surface de la
liqueur dense ont donc ét6 enlevées et n'ont pas 616 comptabilis6es. Dans le cas
des deux matériaux à Mtude, la quantite dimpuretés est infikieure à 1 ,O % (tableau
22), ce qui est acceptabk car la limite permise sera, selon le projet de norme
LC 21-260. de 1 %. Ces impuretes étaient surtout composées de particules de bois,
de brique et de plastique.
Tableau 22 : PartiwIes légeres et impuretés dans les granulats recycles
Particules Yghs (%) Impuretes (%) Source Granulats fins
De par leur nature et du fait que ces differents mat6riaw ont pu étre en
contact avec certains cantaminants, on a juge bon, en concertation avec le Service
de l'environnement du rninisthre des Transports, de pmœder Zi une analyse chimique sur les deux (2) Bchantillons de Won de ciment recyck.
Les r6sultats pr6sent6s au tableau 23 demontrent qu'il n'y a aucun danger
pour I'environnement #utiliser ces mat6ria~ recydes dans les structures routi6res.
En effet, la plupart des Mments montrent des teneurs inf6rieures au c r i t h A (MEF,
i 986). Dans d'autres cast la limite de detedion ne nous permet pas d'affirmer qu'on
respecte le at&e A, mais on peut supposer que oui. De toute façon, si on n'est pas
sous le critère A, on seretrouvera dans la deuxième portion des critères indicatifs,
ce qui ne nous ernp&herait pas d'utiliser ces rnat6riaux dans Les routes, les
mat6riaux n'6tant que faiblement contamin6s. On peut donc affirmer que I'uülisation
de ces mat6riaux dans les inftastnidues routi6res ne causerait aucun dommage à
I'environnement
Dans cette &de, on a consid6r6 les résidus de Mon de ciment et d'enrobe
bitumineux comme des déchets solides. Cependant, depuis quelques mois, le
minist6re de l'Environnement et de la Faune a rMs6 sa pdiüque et a detidé de ne
plus consid6rer les betons de ciment et les enrobes bitumineux comme des sols
contaminés, mais plut& comme des d6chets solides (MEF, 1998). Dans le
règlement qui traite des d6chets solides, les matdtiaux doivent Btre soumis à un
essai de IMviation. Malheureusement, cet essai n'a pu être réalise sur les
mat6rÏaw & I'Btude. NBanmoins, les rbsultats de la Ikiviaüon seront necessairement
inferieun à cew de Sanalyse par fluorescence des rayons X car cette dernière donne la quantite totaie des diff&ents Blements par kilogramme de mat&iau, des
6léments qui ne sont pas n6cesaairement solubles ou totalement solubles dans un
litre d'eau, soit la quantite d'eau requise pour l'essai de Iutiviaüon (un litre d'eau /
kilogramme de solide). En d'autres termes, les valeun obtenues à i'essai de
Ikiviation (mgll) seront toujours tout au plus &gales aux valeurs du tableau 23
( m m )*
Cependant, lors des prochains contrats octroyés par le ministère des
Transports, les exigences seront donnees en fonction des artides 1 et 30 du
Règlement sur les déchets solides (c.Q-2.r.3.2) et non sur celui de la politique des
sols contamin& (projet de nome 1 5001 ).
Toutefois, le ministdre de l'Environnement et de la Faune serait sur le point
de changer sa politique en ce qui a trait aux résidus de b&on de ciment et aux enrobes bitumineux, ces résidus seraient d6r6glement6s et seraient maintenant
traites comme des mat6riaux usuels.
IV.1.15 DCtcrmiilation de ia teneur en sulFaïe e t en chlorure (Projet de nome
15001)
Concernant les teneurs en sulfate et en chlorure des deux granula& de beton
de ciment, les r6sultats indiquent qu'elles sont nettement inférieures aux limites
permises (tableau 24), limites dtablies en fonction de diff6mntes nomes déja
existantes. II n'y aurait donc aucun danger de soulèvement à cause de la p r h n œ
de sulfate et aucun risque de corrosion prématurée, la teneur en ions chlore Btant
nettement inférieure à la limite permise dans ces matériaux
Tableau 23 : Analyse chimique par fluorescence des rayons X des
granulats recycles
1 Parametre
Le signe c signifie que les r & Ü l ~ s o n t inférieurs a la limite de détermination Critères tirés de la polifique de dhabiIitatioon des tenains contamin6s (MEF, 1986)
A: Bruit de fond en ce qui concerne [es contaminants se retrouvant de
Argent (Ag) Arsenic (As)
Cadmium (Cd)
façon naturelle dans le milieu
UA.
A - B :SOL faiblement contamin6 5 : Seuil partir duquel des anaIys8s apprafondies sont ntkessaires 8 - G :Sol contamin6 C : Seuil partir duquel il peut y avoir néœssit6 dune action corrednCce
dans un bref &[ai > C : Sol fortement contamine
c t B ~ Criteres indic
( 3 ( 7 c 'l.5
(mgîkg) A 1 B (3 2 20 ( 7 10 30
< '45 1,5 5 1 1,5 15 50 38,5 75 250 28 50 100 c 10 5 50 < 2,O 0,2 , 2
2 2 I O 23 50 IO0
29,s 50 500 c q,O 1 3 70.5 IO0 500
Cobalt (Co) 1 I O Chrome (Cr) 1 27,5 Cuivre (Cu) Etain (Sn)
Mercure (Hg) Molybdhe (Mo)
Nickel (Ni) Plomb (Pb)
S6lenium (Se)
13,5 < 10 c 1,O c 2 12,s 17.5 c 1,0
Zinc 36
Tableau 24 : Teneur en sulfate et en chlorure des granulats recyclés
Sulfate 0.1 1 0,1 < 0,6 ' C hloruce 0,035 0,028 c 0,l
1 ' La limite permise passe à 0,15 si les granulats sont utilisbs sous dalle 1
IV.2 Comparaison entre Ics modules de déformation (E) évalués en laboratoire et sur
Ie terrain
IV.2.1 Cdcul des dinérents moduies de déformation (E)
Les modules (E) ont été evalu6s à partir d'essais de déflexion effectues à
l'aide d'un défiectom6tre masse tombante (FWD). L'essai consiste a simuler le
passage &un vehiwle lourd et à observer la réaction de la chaussée en mesurant le
bassin de défiexion autour de la plaque de chargement Cappareil laisse tomber
une masse sur la chauss6e et des geophones mesurent les défiecüons de surCace.
Le bassin de défiexion est par la suite analyse et, à raide de logiciels comme
ELMOD, on peut, par rQtro-calcul, trouver les modules assodés aux defledions.
Dans ces calculs, un des prambtres importants est Mpaisseur des couches, car
une erreur de 10 % peut entraîner une erreur de plus de 20 % sur le t6suîtat du
module calcul6 (St-Laure* 1995, Von Quinfus et Killingsworth. 1 997).
Dans le programme ELMOD, on doit entrer les valeun suivantes : le
chaînage de fa section Btudide, la nature de la premihre couche, 1'8paisseur des
diÏrervtes couches, le module de la premi&re couche (qui peut aussi 6tre calcul6
par le bgiciel) et le DJMA (DBbit Journalier Moyen Annuel). Dans notre cas, on a
6tudi6 deux sections, la sedion 1, constituée de granulats recyclés, et la sedion 3,
constituée de granulets conventionnels et sewant de contrôle (figure 6). La secüon
2 a et6 laissée de cdt6 car les résultats n'étaient pas coh6rents, probablement à
cause d'une erreur dans le calcul des Bpaisseurs des diffirentes couches, De plus,
dans cette Btude, on fixera le module de renrobb bitumineux B 5500 MPa, cette
valeur Btant une valeur typique du module d'un enrobe bitumineux a 24,5 OC,
température à laquelle (es essais ont et6 Mectues.
Tableau 25 : Valeurs uül is6es pour le retrocalcul des modules a l'aide de ELMOD
gpaisseur de la couche no 7 Sections 1 et 3
129 mm (Enrobes bitumineux)
Epaisseur de la couche no 2
Les résultats complets des calculs effectués avec ELMOD sont prbsentes en
annexe ; les rdsultats des dH6rents modules sont indiqubs au tableau 26.
f50 mm (Fondation sup6rieue)
Épaisseur de la couche no 3 (Fondation inferieure)
Module de la couche no 1
Tableau 26 : Résultats des modules de la fondation en matériau recycles obtenus
sw les sections Btudiées (en MPa)
230 mm
5500 MPa
Les résultats obtenus ont ensuite 6% comparés avec ceux obtenus en
laboratoire. On doit cependant apporter des corrections qui tiennent compte du type
de rnat6riau utilis6, du type de pavage et de la tempdrature pour pouvoir les
comparer (Von Quintus et Killingsworth, I997). Ces cortecüom prennent la forme
, Section 1 Section 3
~inimum 531
Maximum cf399
Moyenne 857,9
597 1 1094 887,3
de coefficients qui seront par la suite ins6rés dans une fornule qui nous donnera les
modules de laboratoire obtenus A partir des modules de terrain,
Ew = Module que I'on obtiendrait en laboratoire partir des r6sultats de FWD
C = Corrections
ERNo = Module obtenu sur le terrain à l'aide du MID (Von Quintus et Killingsworth,
1997)
La premibre correction à apporter est fonction de la température. En fait, le
module de la couche de surface, surtout des enrobés bitumineux, varie avec la
temp6rature. Les d6fiexions mesurbes seront dM6rentes si la temperature varie, la
couche de surface 6tant plus ou moins rigide.
Tableau 27 : Valeur de C en fonction de la temp6rature (Von Quintus, et
Killingsworth 1997)
Ternp&ature, OF ( O C ) Valeur de C i -0
Une fois les modules calculés, on peut les ajuster pour une temperature standard
basée sur la temphture du laboratoire- Dans notre cas, la temp6rature du pavage
était de 24 OC. Le facteur C sera donc de 0,36 (Von Quintus et Killnigsworth. 1997).
La dewibme conedion porfe sur le type de structure, car les modules vafient
aussi en fonction de œ parambtre, savoir si I'on est en pr6sence d'un pavage en b&on de ciment ou en enrobe bitumineux ou encore si fa fondation est stabilisée
(tabieau 28).
Tableau 28 : Valeur de C en fonction du type de structure (Von Quintus et
Killingsworth, 1 997)
Tvpe de stwcture Valeur de C Fondation et sous-fondation granulaire 1,32
Fondation et SOM-fondation granuiaire entre un materiau stabilise et un enrobe
bitumineux
Les sections étudiées sont compos6es d'une fondation et d'une sousfondation
granulaire sous un enrobe bitumineux de type EB-14. La correction à apporter est
donc de 0,62,
Si on apporte les wrrecüons aux rdsultats précédents, on obtient les modules
que I'on aurait obtenus en laboratoire avec les matMaux utilisbs lors du projet pilote.
Les r6sultats sont present6s au tableau 29.
Tableau 29 : Résultats des modules du terrain apres les conections (en MPa)
Si on compare les résultats de la sedion no 1 avec ceux des essais de
module rbversible effectues en laboratoire avec le meme type de mat6riaux
recycl6s. c'est-à-dire les matdriaw A IB (tableau 15), on peut remarquer que [es
rdsultats sont presque les m8mes. Les module obtenu en laboratoire Btait de 2ûô,9
MPa et celui du tenain est de 191,5 MPa. Si on consid8i.e que les Bpaisseurs
utilisées lors des catculs des modules de terrain ont BtB calail6es avec les plans et
devis, et non B raide de carottes de forage, et que la granutom6tne des materiaux
Section 1 Section 3
Minimum ?18,5 133,3
Maximum 1 Moyenne 312.3 244,2
191,5 198.1 t
&ait peut Btm Iég6rement dR&ente, on peut affirmer que le module des maf6riaw
recycl6s fabriques avec des Mtons de ciment est restd relativement constant, mm(me
après un an en seMce.
On peut donc affirmer que, meme aprb un an de service, les modules
Bvalués à par& dessai FWD sont semblables B ceux obtenus avec des granula&
conventionnels. De plw, avec des modules de plus de 200 MPa pour les granulats
recycC8s, la capadte structurale de cette section est excellente pour ce genre de
construction qui a un nombre de passages de camion lourd assez restreint
Finalement, le logiciel ELMOD permet de calculer la a vie utile w de la chauss6e selon le trafic journalier. Pour les deux sections à I'dtude, la vie utile de la
chaussée est de 20 ans pour un trafic annuel de 130 000 €CAS (Équivalence de
Charge Axiale Simple).
IV.23 Comparahou da dCflenonr mesurées
Un autre type de donnb que I'on peut obtenir l'aide du FWD sont les
défiexions mesurées par les géophones lorsque la masse touche le pavage. Les
défiexions brutes sont enregistrées dans un ordinateur et ensuite c o ~ e s en
fonction de la température. On retrouve, sur la figure 24, les d6fiexions enregistrdes
et corrig6es (DMD) obtenues sur deux sections de la planche d'essai, la première
section fabriquee avec des granulats recycles et la deuxième en granulats
conventionnels,
Comme on peut le constater sur la figure 24, les d8flexions sont relativement
semblables sur les deux sections, la moyenne des défiexlons étant de 191 pm dans
les deux cas. Toutefois, 1'6tendue de ces défiexions est pius grande sur la section
de granulats recyd6s que celle des granulats conventionnels, la di6renœ entre la
plus grande dMexion et la plus petite &ant de 94,2 pm pour la sedion en granula&
recycl8s et de 70,5 pm pour la secüon en granutats conventionnels. On peut
attribuer cette plus grande variabilité à Iint6rieur de la secüon faite de granulats
recyclés à I'héterogénéitte de ces granulats, les granulats conventionnels 6tant
beaucoup plus hornogdnes et par le fait m&me, montrent un bassin de déflexion
beaucoup moins variaMe.
La deuxième courbe présente sur la figure 24 est l'indice de courbure de
surface (SCI). Cet indice fournit une indication de la rigiditt5 des couches qui sont
près de la surface. Comme pour le bassin de déflexion, le SC1 de la sedion
fabriquée A partir de granulats recyclbs est similaire à celle de granulats
conventionnels (moyenne de 42,9 et 4Q9 pm respectivement) et la variabilit6 est
encore une fois plus grande sur la secüon de granulats recyclés. Ces deux mesures
Btant étroitement li6es, on peut Bgalement affirmer que la variabilité de l'indice de
courbure est attribuath & i'h6tBrogénéit6 des granulats recycl6s.
8 4 8 - 8 P 8 o a
Cut* uowyla
Figure 24 : DBtmination des dBfledions sur la planche dessai
CONCLUSIONS ET RECONIMANDATIONS
A [a lumi&re des discussions pcdcédentes et des observations faites tout au
long de ce travail, voici les principales conclusions et recommandations qui se
degagent quant à l'utilisation des matMau recycl6s contenant des bdtons de
ciment et des enrobes bitumineux dans les infrastructures routieres.
V.1 Conclusions
P Le recyciage de mat6riawc comme le M o n de ciment et les enrobes
bitumineux est tout à fait rbalisable tant au point de vue technique
quaenvironnemental. II s'agit de porter une attention particulière lors des
op6rations de concassage de manihre h œ que la composition du
mélange soit homogbne, sans trop de variation dans la quantit6 de
granulats bitumineux
l+ Le recyclage de ce type de d6chets peut procurer des Bconomies sur
plusieurs poinfs :
B des Bconomies mon6taires car si on r6utilise ces materiatg on
Bvite les coûts pour en disposer ;
b des 6conomies sur le transport dans la mesure où on est capable
de traiter les matMauc sur place ; par exemple, si on reconstruit
une chaussée en Won de ciment, on peuf s'il s'agit de- travaux
d'envergure, amener les unites de concassage sur le site et
concasser les mat6riaw sur place ;
R socialement, il est aussi souhaitable d'économiser nos ressources
non renouvelaMes de granulats naturels en rhtilisant dans la
mesure du possible ce type de résidus.
B La premidre recommandation porte sur la façon de concasser les
mat6riaux Mbme si le concassage est une des premidres 6 t a p du
recyclage des b6tons de ciment et des enrobés bitumineux, il n'en demeure pas moins que c'est une Btape cruciale qui, si elle n'est pas
effectu6e correctement, aura des effets néfastes sur les propriétés
mkaniques des granulats recyciés. II est donc souhaitable d'utiliser un
systhme de concassage muni de deux étapes de concassage. Une
premihre étape Muira les Mocs en granulats grossiers et une deuxidme
fournira le produit final (2010, 56/0, etc,). De plus, il est souhaitable de
reieter la ftaa*on O - 20 millim&res à la sortie du concasseur primaire afin
d'éliminer une certaine quantité de particules fines nocives comme les
particules argileuses qui se retrouvent dans cette fraction. Si on ne
proaide pas ainsi, on risque de ne pas respecter certaines exigences du
ministère des Transports, notamment au niveau de la granulométrie, du
pourcentage d'impuretés, de l'équivalent de sable, de la capadte portante,
etc,
P Dew~imement, la quantite de granulats bitumineux devrait Btre limitée à
30 ou 40 % selon la nature des autres matMau qui constituent le
mat6riau grandaire. Si la proportion de granulats bitumineux est
supérÏeure B 46 96, on pourrait se retrouver notamment avec certains probldmes de capacité portante. Par ailleus, en ajoufant une certaine
quantit8 de granulats bitumineux, on augmente la résistance au gel du
materiau car ce type de granulat n'est pas susceptible au gel. Le mélange
ideal qui permettrait d'obtenir une bonne capacitb portante tout en
amdliorant la résistance au gel des matériau se situerait donc entre 30 et
40 % de granulats bitumineux Si toutefois on désirait utiliser une plus
grande proportion de granulats bitumineux dans le m6langq il faudrait a ce moment jouer avec 1'6paisseur du revetement de la structure ; il ne
reste qu'à vérifier si cette solution en vaut la peine car cela enmnerait
des coûts suppl6mentaires lors de Pachat des matériaux.
P Un essai de résistance a w cycles de gel et de dégel devrait 6tre
dbveloppb. En effet, l'essai de d6sago5gation au sulfate de magn6siurn
ne semble pas écarter les mauvais granulats alors que l'essai de gel /
degel ontarien serait trop sévère et elhinerait de bons granulats. II sera&
donc souhaitable de dbvelopper un essai qui permettrait de miew
d6tecter les granulats susceptibles au gel et &accepter les granulats qui
ne le sont pas.
P Jusqu'a ce qu'on connaisse mieux le comportement au gel de ces
granulats, il serait souhaitable de limiter leur utilisation en fondation
muüdre. Par contre, pour parfaire nos connaissances, il serait bon de
faire un suivi en chantier afin de caract6riser ces granulats (ddgradation,
comportement, etc.) via certains projets de recherche lorsquails sont
utilis6s en fondation de chauss6e ;
9 Le ministère des Transports devrait , dans la mesure du possible, bien
encadrer les di&ents intervenants lorsque de tels matériaux sont utilisés
dans les chausdes afin que ceux-ci comprennent bien le potentiel
d'utilisation de ces granulats mais aussi leurs limites d'utilisaüon dans les chaussées et la n6œssit6 de bien les caractériser afm qu'ils soient utilisés a bon escient De plus, avec ces doï6rc#its partenariats, le rninist6re
pourrait augmenter sa banque de données sur les granulats recyciés et
parfaire ses connaissances.
Lors de la r6alisaüon des essais de particules légeres, on devrait utiliser la
fraction 5D.5 mm dans le cas des granulats fins. On 6viterait ainsi toute
confusion, car une partie de la fiaction 2,5/0 mm risque d'Btre
comptabilisée sans qu'il s'agisse de particules Mg6res. Une deuxième
solution serait de diminuer leg6rement la densité de la liqueur dense pour
les matériau recyclds qui ont une densité proche de 2, W. En diminuant
ainsi la densité de la liqueur, on se retrouvera avec beaucoup moins de
particules en suspension et le résultat sera plus réaliste. -
k Pour accétérer le processus de mntrble et &viter toute source d'erreur, on
devrait utiliser l'essai dsextradion de bitume pour vérifier la quantitd de
granulats bitumineux qu'il y a dans un mélange. Cet essai est beaucoup
plus rapide et on évite ainsi les erreurs de la part des manipulateurs
lorsque I'on procede à une inspection visuelle des mat6riaux. Selon une
norme ontarienne, un granulat sera consideré comme un granulat
bitumineux si plus du tiers de sa surface est recouverte de bitume. C'est
t'&val uation de œ 33 % qui peut Btre subjective.
b Le type de contdle B effectuer sur les granulats recycies ne devrait pas
Btre M s ûii6rent de cehi que l'on Mectue sur les granulats
conventionnels, afin de ne pas p6naliser la reutilisatian de ce type de
dbchet, sauf en ce qui concerne la quantité d'impuretés, les contaminants
environnementau et la teneur en sulfate et en chlorure. A cet Bgard, des
analyses chimiques sont requises pour saüsfare aux r&glements sur les
d6chets solides.
N II serait également souhaitable de faire d'autres recherches sur l'utilisation
de œ type de matenau en fondation, mais cette fois-ci en utilisant un liant
B base de ciment etlw une Bmulsion etlou un autre type de liant B base
de bitume, ou encore tout simplement en utilisant des melanges faits à
partir de granulats recydés et de granulats naturels.
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PHOTOGRAPHTES DES ÉCHANTILLONS
Photographie des granulats bitumhe w
RÉSULTATS COMPLETS DES OBSERVATIONS VISUEUES
O bsenraüon visuelle des granulats de l'échantillon a A B
Fradion 2,s - 5,O mm
l Bois, pl8tre, gypse
I
Nature des composants
Granulats de b6ton de ciment
Granulats bitumineux
Granulats dénudes
I
Prdsenœ de brachiopodes sur les granulats originaux
Fraction 5 - I O mm
. Quantite (en grammes)
18,95
2,96
5.91
Quantité (en %)
67.8
1 0,6
21.2
Autres
Nature des composants
Granulats de bdton de ciment
Granulats bitumineux
Granulats d6nud6s
1
Bois, platre, gypse, brique 1 1 L
Présence de brachiopodes sur les granula& originaux
Quantite (en grammes)
756.3
32.6
40.9
Quantit6 (en %)
67,f
14,O
17,6
Nature des composants
Granulats de b6ton de ciment I
Granulats bitumineux 1 65,s
Quantité (en grammes)
500,2
9,4
Granulats denudés
/ Nature des composants 1 Quantité (en grammes) 1 Quantite (en %) 1
Quantite (en %) 1
72,O
1 Autres
122,5
I Plâtre, gypse, ciment
17,7
Granulats de béton de ciment 1 072,7 1 72.6 -
Granulats bitumineux
Granulats denudes
15,l
152,4
237, 'l
1 ,O
1 0,3
î6,I
Plaitre, briques, gypse, ciment
Obsenraüon visuelle des granulats de i'6chantilIon a B v
Fraction 5 - I O mm
Quantitb (en 96)
543 1 Nature des composants 1 Quantite (en grammes)
Granulats bitumineux
Granulats dénudés
Autres
1 Nature des composants 1 Quantité (en grammes) 1 QuantitB (en %) 1
Granu(ats de béton de ciment 28.8
Pr6senœ de brachiopodes sur les granulats originaux
1 I
2.2
21.7
or3
Granulats de M o n de ciment
Granulats bitumineux
Autres
4 2
40,Q
0.6
I
Granulats dénudes 1 444
I
Bois, scories
Briques. bois
73,3
2.6
36.6
60.4
2,1
1 Nature des composants 1 Quantité (en grammes) 1 Quantitk (en %) 1 Granulats de b6ton de ciment
Granulats bitumineux
340,s
L
Grand ats dénudes
Fraction 1 4 - 20 mm
74,O
15,5
Autres
Nature des composants 1 Quantité (en grammes) 1 Quantité (en %) I
3,3 101,3 =,O
Bois, particules argileuses, rnati6re organique i 3r3 0,7
Granufats de béton de ciment
Autres
Granulats bitumineux
567, ?
Prhnce de fragments de biodastes (crinoTdes)
30,2 I
1
-
19,4
18,4
- -- --
2.0
29
Briques. scories
RÉSULTATS COMPLETS DE TOUS LES ESSAIS
Courbes granu~ométnques des materfaux d'origine
! I
I
Courbe densité max+
Courbes granulométriques des matériaux reconstitues
Courbes granuiorné~ques a l'étude pour la courbe inferieure des mélanges ct A D
0 J 0.01 0-1 t t O 1 O0
ouv.(blfedasnrigrcdrrbmir(mm)
Courbes granulometriques à l'étude pour la courbe de densité maximale des
mélanges a A r,
Courbe inf6rieute 15% GB. 30% GR 50% Ga
Courbes granulometriques a l'étude pour la courbe inférieure des mélanges (t B B
Courbes granubmetriques a l'étude pour la courbe de densité maximale des mélanges r 6 B
TABLEAU SOMMAIRE DES RÉSULTATS
50
No de la
Nome l
1 ASTM C666.
ASTM
Cl084
ASfM .
Dl883 :
:
a b
30
Sou-:
% de gmnulats bitumineux :
Essai
a C r ~ B B
15
etAv AB
30
o t A ~
35
aA,
50
e B r )
96 de granulats bitumineux :
Nom 1
volumiaue I inférieure
Teneur en eau (OI)
(%)
BNQ
2501-255
(P roctor)
Masse vdumique
(kg/m3) 1 Courbe I
densité max Teneur en
eau (O) 41,9 (%)
Densité et 1 2.406 1 2.212 1
Pondérée 1 1 1 micro- Deva[ .
(% perte) Grade 8 25,O 22,7
Source:
% de granuiats bitumineux :
Essai
< ~ C B
No de la
Nome
BNQ
2560-080
BNQ 2560-255
Nom
Friabilité (granulat
fin)
valeurau bleu
NA,
24
0,08
BNQ
2560-275
BNQ
2560-280
BNQ
2560-350
BNQ
2560-400
(G = 5 4 O)
8 4
2,O
17.9
21.9
31.6
BNQ
2560-260
BNQ
2560-265
p<As
f
30.0
27,7
Particules IégéHas
Gmutat fin
Gros qranulat
Plates et allongées .
quiv valent de sable
( 0 - 5 mm)
(O-2mm)
, Indice ~al~rimét.
Particufes < 80 prn
: (lavage)
Los Angeles (% perte)
- Grade B
Grade G
( A B
I
I
I
I I
I I
32.4
- ( % )
1 I
1 .O
0.1
19,8
30,l
1
'
31
21
3.0
i5,9
30.2
27.6 27.0
( A B
. 15
t
77
56
0.5
7.3
50 30
29.5
30.4
U B D
,
30,2 32.4
30,s 27.4
15
0.05
29.8
28.3
(6 ,
0.06 0.34
30 50
((B.
25
0,06
' ( I B B
f
0.38
i 0.44 0.37
bitumineux :
1 Nome 1 Nom 1
Gros qranufat micro- Deval
(granulat fin)
(% perte)
Impuretés (%)
Perméabilité l nferieure
(ms)
densité maxi
- pondéré - 1 1
ow- (oxyciation) 1 1
1 Source :I « C )B 1
bitumineux :
t Essai
LS - 614
LS - 621
(modifie)
SHRP P46
Nom / Gel / dégel (% perte)
% part enrobés de
bitume
Module réversible
à 100 kPa Courbe densite max,
1 inférieure
Courbe Résistance densité max mmpression ( M W . 7 + 27 -
courbe inférieure
Teneur en
Teneur en 0,035 chlorure
7 , 7 7 7 1,907 1,289 I I I 2,336 2,253 1,629 I I I 3,232 1,610 4,318 I I I 2,362 1,738 1,185 I I I
RÉSULTATS OBTENUS À L'AIDE DU LOGICIEL ELMOD
FWD test 2314 - 98 Parameterf ile: VERCHER2
Pro fect: La Prairie
F%le/Roadway: O lS0498A (Voie de service - Autoroute 15 ( )
Layer no. 1 consist of asphalt
Layer No- I is 129 mm thick Layer No - 2 is 150 mm thick Layer No. 3 is 230 mni thick
The modulus of layer 1 I s estfmated to 5500 MPa at 21 C
Design period: 15 years
Delta PSR = 2
Season Temp(C) Percent of loads
#
Structural condition
Station EIvMPa E2,ma E3,MPa E4,MPa CO N
O -075 4803 682 397 208 167 -0.22 O ,080 4803 53 1 309 243 209 -0.19 O -085 4803 1145 666 272 234 -0.15 0.090 4803 1399 8 13 270 220 -0 -18 O ,095 4803 584 340 225 194 -0.17 O - LOO 4803 1026 597 226 194 -0.14 0 105 4803 543 315 179 127 -O -34 0 110 4803 698 406 192 150 -0-23 O . 115 4803 976 567 233 L84 -0 -23 O . 120 4803 1162 675 233 168 -0.29 O ,125 4803 69 1 402 172 112 -0-37
ModuLi. residual life and needed overlay
Station Lffe layer Mode
func func func func func f unc func func func f unc func
Number of calculated points :
0 .O Average 0 -0 Standard deviation
Section 3
FWD test 23/4 - 98 Parameterfile: VERCHER2
ProJect: La Prairie
Pîle/Roadwag= 0 1504988 ( V o l e de service - Autoroute 15 ( )
Layer no. 1 consist of asphalt
Layer No. 1 is 129 mm thick Layer No. 2 is 150 mm thick Layer No. 3 is 230 am thick
The modulus of layer 1 is estimated to 5500 MPa at 21, C
Design period: 15 years
Delta PSR = 2
Season Temp(C) Percent of loads
St rucïural condition 2314 - 98 Temp(C) : 24 t o 24
' Modulf. residual life and needed overlay
Station L i f e layer Mode
3 func 2 func 2 func 3 func 3 func 2 func 2 func 3 func 2 func
Number of cafculated p o i n t s :
ûverlay (mm)
0.0 Average 0.0 Standard deviation