Critères à considérer pour la sélection d’un bitume · La vitesse d’oscillation du DSR est...

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Formation Technique 2012, Bitume Québec

Critères à considérer pourla sélection d’un bitume

Formation Technique 2012, Bitume Québec

École de technologie supérieure

4 et 5 décembre 2012

Gaétan Leclerc, M.Sc., chimiste

Sommaire

� Introduction (PG H-L)� Critères

� Conditions environnementales (LTPPBindV3.1)� Sollicitations de la chaussée (DJMA, ÉCAS, vitesse, % véhicules

lourds)� Modes de productions et procédés de modifications des bitumes� Affinité bitume-granulat (désenrobage)� Type d’enrobés (base ou surface, texture ouverte ou fermée)

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� Type d’enrobés (base ou surface, texture ouverte ou fermée)� Prix et disponibilité des PG� Nombre de réservoirs, organisation du chantier, travaux tardifs, …

� Tableaux de recommandations� Construction neuve - reconstruction� Resurfaçage

� Conclusion

Classification PG H-L

� Exigences basées sur des essais de performance aux températures de services à différentes étapes de vieillissement visant à prévoir l’aptitude d’un bitume à résister aux déformations permanentes et aux fissurations.

� Vise à garantir que les bitumes de même PG de

3

� Vise à garantir que les bitumes de même PG de fournisseurs différents auront des propriétés rhéologiques équivalentes et conféreront aux enrobés des performances semblables peu importe le procédé de fabrication.

Conditions environnementales (LTPPBindv3.1)

50

54

30

34PG 58-34 (confiance de 98 % min.)PG 52-28 (confiance de 50 % min.)

Moyenne (> 20 ans) des 7 jours/anles plus chauds (T enrobé 20 mm)

Moyenne (> 20 ans) de la températurela plus froide annuellement

4

0 10 20 30 40 50 60-10-20-30-40 70

-24-30

ÉtéHiver

la plus froide annuellement

PG H à 98 % confiance pour le Québec

� PG 40-L

Serait-il raisonnable de faire usaged’un PG 46-34 sur la 132 (Gaspésie)et la 138 (Côte-Nord) ?

Orniérage

NON

5

� PG 40-L� PG 46-L� PG 52-L� PG 58-L

PG L à 98 % confiance pour le Québec

� PG H-46

CoûtsDésenrobageOrniérage

Serait-il raisonnable de vouloirrespecter à tout prix le niveaude confiance de 98 % pour L ? NON

6

� PG H-46� PG H-40� PG H-34� PG H-28

PG L à 50 % confiance pour le Québec

Fissuration thermiqueSerait-il raisonnable de se contenterd’un niveau de confiance de 50 % pour L ? NON

7

� PG H-40� PG H-34� PG H-28� PG H-22

Construction neuve – Reconstruction vs Resurfaçage

Îles-de-la-MadeleinePG H-40

8

PG H-28 construction PG H-28 resurfaçage

PG H-34 PG H-34

DT Est-de-la-Montérégie (PG H-28/-34)

Station météoZone 1 Const.

% conf. Station météoZone 2 Const.

% conf.

St-Hubert 98/98 Sorel 89/98

Granby 96/98 Fleury 78/98

Verchères 94/98 St-Nazaire 67/98

9

Ste-Madeleine 86/98 Warden 68/98

Farnham 75/98 Brome 68/98

St-Hyacinthe 2 85/98 Abercorn 48/96

St-Amable 89/98 Sutton Jonction 94/98

Sutton 92/98

Béthanie 64/98

Selon le Asphalt Binder Handbook (AI MS-26)

� « Il est important de noter qu’il n’est pas nécessaire d’utiliser le logiciel LTPPBind pour sélectionner la classe de performance d’un bitume ».

� « Plusieurs agences ont déjà évalué leurs conditions climatiques et les débits de circulation

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conditions climatiques et les débits de circulation des chaussées et ont sélectionné des bitumes appropriés ».

� « Le logiciel LTPPBind est simplement un outil qui peut aider les concepteurs à une meilleure compréhension des températures associées à une chaussée dans une région donnée ».

Effet de la charge et de la vitesse du trafic sur la sélection des bitumes

� Problématique� La vitesse d’oscillation du DSR est de 10 rad/s (1,59 Hz)

ce qui représente un trafic roulant à 90 km/h.� Qu’arrive-t-il si le trafic circule à plus basse vitesse ?

� Solution : Usage d’un bitume à plus haut module (grade bumping).

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(grade bumping).� Lent : augmente la T élevée d’une classe.� Stationnaire : augmente la T élevée de deux classes

(la température basse reste la même).

90 km/h0 km/h+ 12 ˚C

30 km/h+ 6 ˚C

Sélection d’un bitume A-20 Montmagny

� Données de températureT max air = 28,3˚CT min air = -28,8˚CPG H 98% = 47,7˚CPG L 98% = -28,4˚CPG 52-34

� Données de circulationDJMA = 18 085Véhicules lourds = 25,7%ÉCAS annuel = 2,1 MÉCAS cumulatif :10 ans : 21 M

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PG 52-34� À 50 mm sous la surface :

T H = 42,8˚C (-4,9˚C)T L = -25,4˚C (+3,0˚C)PG 46-28

10 ans : 21 M30 ans : 74 M

� Selon LTPPBindv3.1

< 3 M : PG 52-343 M à 10 M : PG 58-3410 M à 30 M : PG 64-34

Classification PG H-L (Lacunes)

� Pas d’essais visant à évaluer l’aptitude d’un bitume à adhérer de façon durable à la surface d’un granulat.

� Le MTQ s’inspire de ce qui se fait de mieux (AASHTO M320), il adopte au besoin des essais supplémentaires afin de corriger certaines lacunes

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supplémentaires afin de corriger certaines lacunes dans le but d’améliorer la performance des enrobés (Norme 4101 et Tableaux de recommandations).

� Plusieurs facteurs autres que les conditions environnementales et de trafic doivent être considérés pour le choix d’un bitume …

Production et modification des bitumes

� Idéalement …� Sélection des

meilleurs bruts asphaltiques.

� Bitumes de base adaptés pour le marché du Québec.

� Dans la pratique …� Optimisation pour la

production d’hydrocarbures légers avec de faibles teneurs en soufre.

� L’ajout de composants

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marché du Québec.� Utiliser des procédés

ou des adjuvants qui améliorent les propriétés rhéologiques sans réduire les propriétés adhésives.

� L’ajout de composants oxydés, de correcteurs à base d’huile usée ou d’acide polyphosphorique est d’usage courant.

La modération a bien meilleur goût.

Modes de productions du Bitume

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Source : Asphalt Institute Inc. and European Bitume n Association-Eurobitume (IS-230, 2011)

- Distillation directe- Oxydation (soufflage)- Désasphaltage avec solvant- Craquage, …- Mélange

Producteurs pour le Québec en 2012

� 1 entreprise qui raffine le brut pour en faire du bitume :- Suncor

� 4 entreprises spécialisées dans la modification du bitume :

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du bitume :- Bitumar, Kildair, McAsphalt - Coco asphalt engineering

Procédés de modification des bitumes imposés ou limités par le MTQ (norme 4101)

� Ajout de polymères + agent de réticulation� Recouvrance d’élasticité (élastomères (6 PG/9))� Stabilité au stockage

� Acide polyphosphorique (PPA)� Limité par la teneur en cendres (0,60 % max) et clause

affinité bitume-granulat pour les bitumes HRD

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affinité bitume-granulat pour les bitumes HRD

� Correcteurs à base d’huile usée� Limité par la teneur en cendres (0,60 % max) et clause

affinité bitume-granulat pour les bitumes HRD

� Ajout d’un additif pour enrobé tiède (Bitume T)

� Ajout (généralement) d’une dope d’adhésivité (Bitume HRD ou THRD)

Effet d’un correcteur à base d’huile usée sur un bitume Styrelf 13 (PG 64-28 P)

� Te : 68,5 64,2 ˚C� Tb : -31,8 -35,2 ˚C� PG : 64-28 64-34� TBA : 53,2 49,6 ˚C� PEN : 74 108 dmm Styrelf 13

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� PEN : 74 108 dmm� Enr. Rés. : 90 % <50 %� Cendres : 0,17 % 0,54 %

� ZDDP, métaux d’usure, contaminants (SiO2, CaO, …)

Styrelf 13

Styrelf 13 + 5%

Exemples des spécifications aux USA (AASHTO M320, RÉ, T&T + …)

� Interdiction de faire usage d’additifs carcinogènes� Colorado, Wyoming

� Interdiction d’huiles usées ou d’allongement� Illinois, Caroline du Nord, Michigan, …

� Interdiction ou limitation d’acide polyphosphorique� Wyoming, Californie, Iowa, Maryland, New York, …

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� Wyoming, Californie, Iowa, Maryland, New York, …

� Interdiction de bitume soufflé (oxydé)� Maryland, Pennsylvanie, Caroline du Sud, Alabama, …

� Obligation d’agent anti-désenrobage� Idaho, Kansas, Floride

� Exigence MSCR� Géorgie, Utah

Discrimination de la classe de performance du bitume en fonction des couches

� La quantité d’eau et les contraintes subies par l’enrobé sont maximales à la surface ?

� Les enrobés fabriqués avec des bitumes plus durs auraient une meilleure tenue à l’eau ?

� Pour une valeur L appropriée au climat, un bitume

V

V

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� Pour une valeur L appropriée au climat, un bitume de faible G*/sinδ (H plus petit) a un meilleur ratio bénéfice/coût en ce qui concerne les fissurations de fatigue et de retrait thermique ?

� Les enrobés de base s’oxydent moins rapidement que les enrobés de surface?

V

V

Suite du Quiz…

� Les enrobés de base restent en place beaucoup plus longtemps que les couches d’usure?

� En théorie, un enrobé X fabriqué avec un PG 58-34 résiste autant aux charges à 58˚C que ce même enrobé fabriqué avec un PG 64-34 et testé à 64˚C ? V

V

21

� Les caractéristiques des granulats comptent beaucoup plus que celles du bitume en ce qui concerne la résistance d’un enrobé aux déformations permanentes ?

V

V

Texture de surface de l’enrobé

� Sécurité des usagés et durabilité de l’enrobé� Vitesse des véhicules (EG-10 sur les autoroutes)� Conditions de circulation

� zone départ-arrêt� carrefour giratoire� entrée d’un parc industriel

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� Les enrobés grenus requièrent l’usage de PG 70-28 ou 64-34

Prix des bitumes

Prix des PG H-L en 2012

700

800

900

1000

Prix

($/

tonn

e) 58-28

58-34

64-28

23

500

600

700

Mai Juin Juil. Août Sept. Oct. Nov.

Mois

Prix

($/

tonn

e)

64-28

64-34

70-28

58-40 HRD

Quantité de bitume utilisé au MTQ en 2011 (257 117 tonnes)

72

265325657 52-34

58-28

(PG 52-34)

(PG 70-28)(PG 58-28)

Répartition des classes PG en 2011

24

2653

139948

2779

15010

70998

58-28

58-34

58-40

64-28

64-34

70-28

(PG 58-34)

(PG 64-34)

(PG 58-40)

(PG 64-28)

Tableau des recommandations

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Tableau des recommandations

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Info DLC, Vol. 17, n˚3, septembre 2012

27

http://www.mtq.gouv.qc.ca/portal/page/portal/Librairie/Publications/fr/reseau_routier/info_dlc/2012/2012.09info.dlc.pdf

Conclusions

� Le choix d’un bitume n’est pas toujours simple car plusieurs facteurs doivent être pris en considération.

� Les cartes des zones climatiques et les tableaux de recommandations sur le choix des composants intègrent plusieurs facteurs, facilitent

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composants intègrent plusieurs facteurs, facilitent le travail des concepteurs et prennent en considération les capacités de stockage des centrales (3 PG par zone, 2 PG max par contrat)

� Ne pas faire de compromis sur la température haute du PG pour tous types de travaux (surtout depuis l’arrivée des bitumes pour enrobés tièdes).

Conclusions

� Ne pas faire de compromis sur la température basse du PG pour les travaux de construction neuve – reconstruction.

� Les différences de prix entre les PG ont été considérées dans les tableaux :� Discrimination du PG en fonction de la couche.

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� Discrimination du PG en fonction de la couche.� Compromis sur la résistance à la fissuration thermique

pour les travaux de resurfaçage (PG 58-28 en zone 2 et PG 58-34 en zone 3).

� La construction ou la réfection de chaussées souples sécuritaires, durables et économiques est possible en s’inspirant de ces tableaux.

� MSCR arrive …

?

??

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