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Les enrobés bitumineux : formulation, fabrication, mise en place. – Montréal 2006.Les enrobés bitumineux : formulation, fabrication, mise en place. – Montréal 2006.

R&D, R&D, tendancestendances, avenues , avenues prometteusesprometteuses et et considconsidéérationsrations

environnementalesenvironnementalesMichel Michel ParadisParadis, , inging. M.Sc.. M.Sc.

Service des Service des matmatéériauxriaux dd’’infrastructuresinfrastructures

Formation Formation sursur les les enrobenrobééss bitumineuxbitumineuxMontrMontrééal al -- novembrenovembre 20062006

Les enrobés bitumineux : formulation, fabrication, mise en place. – Montréal 2006.

Plan de la présentation1. Mise en contexte

• Pourquoi créer de nouveaux enrobés?• Enrobés 4201 vs 4202;• Chaussée à durée de vie prolongée;

2. Nouveaux enrobés formulés à la PCG• GB-20;• ESG-5;• SMA-10;• Autres enrobés en développement;• Enrobés tièdes;• Enrobés coulés à froid.

3. Retrait thermique et fatigue4. Appareil de traction entre le couches


Mise en contexte

Pourquoi créer de nouveaux enrobés?

1. Compléter la série d’enrobés de la norme 4202 (formulation avec la PCG);

2. Formuler des enrobés adaptés au concept des chaussées à durée de vie prolongée.

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Enrobés LC vs enrobés Marshall

98,7 96,4 94,5 94,689,4

1,3 3,6 5,5 5,410,6

50,0

50,0

53,158,558,167,6

75,476,676,7

46,941,541,9

32,4

24,623,423,3

0

20

40

60

80

100

1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005

Année

(%)

Enrobés conventionnels (Marshall)

Enrobés formulés à la PCG


Chaussée à durée de vie prolongée

Effort maximum en tensionEffort maximum en tension

Fondation granulaire ou stabilisFondation granulaire ou stabilisééee

EnrobEnrobéé ESGESG--5 r5 réésistant sistant àà lalafatigue 75 fatigue 75 àà 100mm100mm

EnrobEnrobéé àà modulemoduleéélevlevéé etet rréésistantsistant ààl'ornil'orniéérage. rage. ÉÉpaisseurpaisseurselon le besoinselon le besoin

30 30 àà 60 mm SMA60 mm SMA--10, EG10, EG--10, ESG10, ESG--1010

}100 mm100 mmàà

150 mm150 mm

ZoneZonede compressionde compression

éélevlevééee

GBGB--2020


Nouveaux enrobés formulés àla presse à cisaillement

giratoireESG-5GB-20

SMA-10Enrobés en développement

Enrobés avec additifs

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ESG-5•• EnrobEnrobéé semi grenu 5 mm;semi grenu 5 mm;•• FormulFormuléé àà la presse la presse àà cisaillement giratoire;cisaillement giratoire;•• EnrobEnrobéé couche de base (Chausscouche de base (Chausséée e àà durduréée e

de vie prolongde vie prolongéée);e);•• EnrobEnrobéé antianti--fissure (fatigue);fissure (fatigue);•• Pas dPas d’’exigence exigence àà ll’’essai essai àà ll’’orniorniééreurreur..

Caractéristiques recherchées• Forte teneur en bitume;• Résistance à la fissuration de fatigue;• Bonne maniabilité.



giratoireESG-5GB-20




GB-20•• Grave bitume 20 mm;Grave bitume 20 mm;•• ÉÉquivalent au EBquivalent au EB--20 mais formul20 mais formuléé àà la la

presse presse àà cisaillement giratoire;cisaillement giratoire;•• EnrobEnrobéé de base;de base;•• EnrobEnrobéé couche intermcouche interméédiaire (chaussdiaire (chausséée e

àà durduréée de vie prolonge de vie prolongéée).e).

Caractéristiques recherchées• Résistant à l’orniérage;• Résistance à la fissuration thermique;• Haut module.

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giratoireESG-5GB-20




DéfinitionEnrobé discontinu ayant une fort pourcentage de granulats grossiers (> 5mm), une forte teneur en bitume et contenant des fibres d’amiante ou un ajout de cellulose.

L’enrobé à matrice de pierre correspond au terme anglais Stone Matrix Asphalt(SMA).


PropriétésLa forte proportion de gros granulats (>5 mm) concassés maximise les contacts entre les granulats.

Excellent squelette granulaire.Bonne répartition des charges appliquées.

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Exigences granulométriques (10 mm)Tamis (mm)Tamis (mm)55 1010 14140.0800.080 2.52.5

00

1010

2020

3030

4040

5050

6060

7070

8080

9090

100100

00 1010 2020 3030 4040 5050 6060 7070 8080 9090 100100 110110

% P

assa

nt%

Pas

sant

Tamis (Tamis (µµm)m)0.450.45

Courbe de masse Courbe de masse volumique maximalevolumique maximale

Zone de restrictionZone de restriction Points de contrôlesPoints de contrôles

EnrobEnrobéé semi grenusemi grenu

EnrobEnrobéé grenugrenu

EnrobEnrobéé matrice de pierrematrice de pierre


Enrobé à matrice de pierrevs

enrobé conventionnel

EnrobEnrobéé àà matrice de pierrematrice de pierre EnrobEnrobéé conventionnelconventionnel


Enrobé à matrice de pierre SMA

• Enrobé à matrice de pierre 10 mm;• Formulé à la presse à cisaillement giratoire;• Enrobé pour couche de surface;• Épaisseur de pose peut être inférieure à 40

mm.

Utilisé sur autoroute 20, autoroute 55, autoroute 10 et route 108 !

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Propriétés • Bonne résistance à l’orniérage;• Bonne texture de surface;• Flexible à basse température;• Peut se poser à des faibles épaisseurs;• Moins bruyant;• Pas de ségrégation;• Durée de vie plus longue.



giratoireESG-5GB-20




Enrobés en développement

• Enrobé de correction formulé à la PCG (EC-10);

• Enrobé mince pour correction palliative (EGM-10);

• SMA avec additif autre que l’amiante.

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EGM-10GranulomGranuloméétrietrie14 mm 10010 mm 90-1005 mm 35-452.5 mm 20-300,08mm 5-11

BitumeBitumeVbe = 11,5%

Vides PCGVides PCG10 girations ≥11%80 girations 4-7%200 girations ≥2%


Enrobés tièdesAvantages environnementauxAvantages environnementaux

-- Diminution des tempDiminution des tempéérature de malaxage et de rature de malaxage et de compactagecompactage

-- Moins de fumMoins de fuméées pour les travailleurses pour les travailleurs

Avantages Avantages ééconomiquesconomiques-- demande moins ddemande moins d’é’énergie pour chauffer les nergie pour chauffer les

constituantsconstituants

Deux planches dDeux planches d’’essais ressais rééalisaliséés en 2006s en 2006


Enrobés tièdes

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ECF - Formulation• Objectifs

– Mélange stable ⇒ 15 mm– Forte macrotexture ⇒ sécurité– Cure rapide ⇒ durée des travaux

• Normes ISSA – Cohésion humide (30 min et 60 min)– Compatibilité « granulat/bitume– Perte à l’abrasion (WTAT) (1 hrs , 6 jrs)– Déformation latérale– Temps de malaxage


Fuseaux granulométriquesECF

TAMIS « TYPE 1 » « TYPE 2 »% Passant

10 mm5 mm

2.5 mm1.25 mm

80µm

10085-10050-7030-505-12

10090-10040-48

-6-12


ÉÉquip

emen

tquip

emen

t

TrTréémie de granulatsmie de granulats

FillerFiller

AdditifAdditif

GranulatsGranulats

ÉÉmultionmultion

Eau +Eau +additifadditif

MalaxeurMalaxeurECFECF

BoBoîîtetedd’é’épandagepandage

Couleur brune Couleur brune àà noirnoir

BarreBarredd’é’épandagepandage

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Autoroute 30 – août 2006





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Conditions de mise en oeuvre• T > 10ºC, humidité relative < 80%• Pas de pluie

– 4 heures suivant la mise en œuvre• Pas de gel

– 24 heures suivant la mise en œuvre• Surface propre au moment des travaux

– Nettoyage et balai mécanique • Lignes de marquages

– Traitées ou enlevées.

Les enrobés bitumineux : formulation, fabrication, mise en place. – Montréal 2006.Thermal Stress Thermal Stress RestrainedRestrained SpecimenSpecimen TestTest

Appareil TSRSTAppareil TSRST

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Appareil TSRSTAppareil TSRST

Dimensions de Dimensions de ll’é’éprouvetteprouvette :θθ = 62 mm= 62 mmL = 250 mmL = 250 mmRefroidissement Refroidissement ::1010ººC/heureC/heureNorme :Norme :AASHTO TP10AASHTO TP10--9393DurDuréée de le de l’’essai:essai:2 2 àà 4 heures4 heures


Courbe typiqueCourbe typiqueEssai de retrait thermiqueEssai de retrait thermique

0,000

1,000

2,000

3,000

4,000

5,000

-45,0 -40,0 -35,0 -30,0 -25,0 -20,0 -15,0 -10,0 -5,0 0,0

TempTempéérature (rature (°°C)C)

Con

trai

nte

(MPa

)

Relâchement des contraintes

Rupture

Acc

umul

atio

n de

s co

ntra

inte

s

TempTempéérature de fissurationrature de fissurationTempTempéérature rature àà laquelle la laquelle la contrainte thermique induite est contrainte thermique induite est maximale.maximale.

Contrainte Contrainte àà la fissurationla fissurationContrainte thermique maximale lors de la rupture.

Pente d ’accumulation des contraintes:Taux d’accumulation des contraintes thermique causées par le refroidissement de l’échantillon.

TempTempéérature de transition:rature de transition:Température à laquelle la pente est maximale.


–Matériaux: bitume, granulat.

–Environnement: température, taux de refroidissement et âge du pavage.

–Géométrie de la route: friction avec la fondation, largeur du pavage, type d’infrastructure, défauts de construction.

Mise en situationMise en situationSusceptibilité thermique est influencée par:

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Faits Faits àà remarquerremarquer• Le facteur le plus important qui affecte la

fissuration thermique en laboratoire est le type de bitume. Par contre, le EGA-10 se démarque des autres enrobés vérifiés.

• La température de fissuration d’un enrobéfraîchement compacté se compare à la la température obtenue à l ’essai BBR sous le critère de S(60) = 300 MPa


FatigueFatigue


( )( )φωεωσ−

=t

tEsin

sin*

CARACTÉRISATION DU MODULE COMPLEXE ET DE LA RÉSISTANCE À LA FATIGUE DES ENROBÉS

Essai de tension-compression cyclique sur cylindre.

Le module complexe est le rapport entre la contrainte et la déformation pour un matériau viscoélastique. (Méthode LC 26-700)

Déformation = 50 μεFréquences = 0.1, 0.3, 1, 3 et 10 HzTempératures = -20, -10, 0, 10, 20, 30, 40, 50°C

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10

100

1000

10000

100000

0.0001 0.01 1 100 10000 1000000

Fréquence (Hz)

Rig

idité

, |E*

| (M

Pa)

-10°C0°C10°C20°C30°C40°C

Tr = 10°C

Courbe maîtresse de rigidité


10000

100000

1000000

10000000

10 100 1000Déformation (µe)

Nom

bre

de c

ycle

s

T = 10°C, F = 10 Hz

Courbe de résistance à la fatigue

La résistance à la fatigue est le nombre de cycles nécessaire pour atteindre la rupture par fatigue d’un matériau à un niveau de sollicitation donné.

baN ε=Déformations = 50 à 200 μεFréquence = 10 HzTempérature = 10°C


Appareil de mesure de l’adhésion entre les couches

Appareil de traction - AMAC Système d’extraction

Selon une étude internationale terminée en 2001 par l’IBEF (Internationnal Bitumen Emulsion Federation), l’appareil de traction du MTQ pour évaluer le collage des couches apparaît être le plus prometteur.

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Système de préhension de la DLC• Avantages

– Fiabilité– Rapidité d’installation– Permet la réalisation

d’essais non destructifs– Coût/essai faible

• Inconvénients– Température de l’enrobé

de surface <25˚C– L’enrobé de surface doit

avoir plus de 35 mm d’épaisseur


Critères en chantier

Parfaitement liéesSupérieure à 0,40

Très bien liéesEntre 0,31 et 0,40

Bien liéesEntre 0,21 et 0,30

Peu liéesEntre 0,15 et 0,20

Non liéesInférieur à 0,15

Évaluation du collage des couches

Force de liaison (20ºC)(MPa)

Questions?Questions?

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