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MESurE DE LA fOrCE DE LIAISOn AvEC un APPArEIL DE MESurE

D'ADHÉSIOn DES COuCHES (AMAC)

1. ObjetLe présent protocole d’essai consiste à décrire les étapes qui doivent être réalisées en chan-

tier ou en laboratoire afin d’évaluer, à l’aide d’un appareil de mesure d’adhésion des couches (AMAC), la force de liaison entre une couche d’enrobé et sa couche sous-jacente.

2. référencesLes documents suivants ont été utilisés pour la conception de l’appareil ou pour l’élaboration

du protocole :

DOCUMENTS :

Liaisonnement des couches de revêtement en enrobé bitumineux, Rapport final, Contrat 1220-95-RD03, André Contant, ing., M. Sc. A., Dossier CRCAC n° CR 1021, février 1998, 35 p.

« L’essai d’adhérence sur les chapes en feuille de bitume polymère », Bulletin de liaison des laboratoires des ponts et chaussées, volume 159, janvier-février 1989, p. 23 à 26.

Comparaison des deux prototypes AMAC utilisés au ministère des Transports du Québec, Josianne Ouellette, statisticienne, Diane Leroux, statisticienne, Direction du laboratoire des chaussées, mars 2007, 18 p.

3. Principe de l’essaiUn essai de traction, à taux de charge constant, est réalisé afin d’évaluer la force de liaison

entre un enrobé de surface et sa couche sous-jacente. La traction et la mesure de la résistance à la traction sont réalisées à l’aide d’un appareil hydraulique opéré manuellement généralement par deux opérateurs. La contrainte maximale en psi observée pendant l’essai est convertie en MPa. Plus la résistance à la traction est élevée, plus la liaison entre les couches est efficace. Une correction qui tient compte de la température doit être considérée, car la résistance à la traction d’un liant hydrocarboné augmente avec l’abaissement de la température. Le domaine d’applicabilité thermique de cet essai est compris entre 10 °C et 25 °C à l'interface des couches d'enrobé.

4. AppareillageL’appareillage consiste en un appareil de traction hydraulique muni d’une pompe, d’un

manomètre à haute pression, d’un accumulateur hydropneumatique, d’une valve de contrôle de débit d’huile, d’une valve on/off et d’un manomètre de précision relié à une tête de traction par un boyau à haute pression. La tête de traction consiste en un système de levage muni, entre autres, d’un vérin hydraulique, de deux valves on/off et de divers accessoires comme un système de préhension d’éprouvette, un espaceur et un collet de serrage (voir l’annexe A).

En plus de l’appareillage montré à l’annexe A, les accessoires suivants sont nécessaires à la réalisation des essais de traction en chantier :

– carotteuse stable électrique ou à essence;

– mèches de carotteuse d’un diamètre interne de 100 mm et 150 mm;

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– enrobé à froid et marteau compacteur;

– huile hydraulique (Aeroshell, fluid 41, MIL-PRF-5606 ou l’équivalent);

– règle flexible de moins de 1 mm d’épaisseur (profondeur du carottage);

– thermomètre (température de l’air);

– thermomètre infrarouge (température de l’enrobé).

5. Mise en fonction de l’appareil de tractionAvant de procéder à un étalonnage, à un ajustement du taux de charge ou à un essai

proprement dit, une routine doit être exécutée afin de rétablir la circulation d’huile dans les conduits et purger en partie le système.

– Laisser la valve de contrôle du débit d’huile ouverte à la position habituellement utilisée pour les essais de traction.

– Fermer les valves on/off n° 1, n° 2 et ouvrir la valve on/off n° 3.

– Desserrer le bouchon de remplissage de la pompe, vérifier le niveau d’huile et en ajouter au besoin (le bouchon ne doit pas être fermé hermétiquement pendant les essais).

– Pomper l’huile dans l’accumulateur hydropneumatique jusqu’à ce que le manomètre 0-2000 psi indique 1000 psi.

– Maintenir la pression sur l’accumulateur entre 950 et 1000 psi pendant toutes les opérations.

– Ouvrir la valve on/off n° 1 de manière à élever la pression à environ 500 psi sur le manomètre 0-1000 psi puis refermer.

– Ramener lentement la pression à la marque « Départ » apparaissant sur le manomètre de précision à l’aide de la valve on/off n° 2 puis refermer (cette marque se situe entre 0 et 40 psi et sa position a été établie à la suite de l’étalonnage de l’appareil).

– Répéter les étapes précédentes à deux reprises.

– Si la présence de bulles d’air dans l’huile est observée à la sortie de la valve de purge (n° 3), une vidange partielle de cette huile doit être faite. La procédure à suivre est décrite à la section 5.1.

5.1 Procédure de purge de l’appareil

– Enlever la petite bouteille pour la récupération de l’huile à la sortie de la valve de purge (n° 3) et utiliser une bouteille servant à la récupération de l’huile usée. Placer cette dernière sous la valve.

– Vérifier que les valves n° 1, n° 2 et n° 3 sont ouvertes.

– Ouvrir la valve de contrôle de débit bien au-delà de son ajustement habituel. L’huile circule dans le système et l’accumulateur se vide de son huile. Attendre que la pression sur le manomètre 0-2000 psi soit ramenée à zéro.

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– une fois la pression à zéro (cette opération est relativement courte), fermer les valves n° 1 et n° 2 et repositionner la valve de contrôle de débit à sa position habituelle. Ajouter de l’huile neuve ou filtrée dans la pompe et recharger l’accumulateur en pompant de l’huile jusqu’à ce que le manomètre 0-2000 psi indique 1000 psi. Après cette procédure, l’appareil devrait retrouver sa constance habituelle. Si l’appareil est inutilisé pendant plus de cinq jours, il est conseillé de réduire à zéro la pression sur l’accumulateur.

6. Ajustement du taux de charge avec la valve de contrôleLa valve de contrôle de débit d’huile permet d’effectuer des essais à taux de charge relativement

constant. Le taux de charge recherché est de 0,24 ± 0,05 kN/s. Il est obtenu lorsque la montée de l’aiguille noire est régulière et qu’elle franchit la marque correspondant à 1584 N (0,20 MPa) entre 5,2 et 8,0 secondes (6,6 ± 1,4 s) et celle correspondant à 3168 N (0,40 MPa) entre 10,4 et 16,0 secondes (13,2 ± 2,8 s). Des repères temporels à 6,6 s et 13,2 s sont accolés sur le manomètre pour faciliter l’opération.

– Laisser la valve de contrôle du débit d’huile ouverte à la position habituellement utilisée pour les essais de traction.

– Fermer les valves on/off n° 1 et n° 2.

– Desserrer le bouchon de remplissage de la pompe, vérifier le niveau d’huile et en ajouter au besoin (le bouchon ne doit pas être fermé hermétiquement pendant les essais).

– Pomper l’huile dans l’accumulateur jusqu’à ce que le manomètre 0-2000 psi indique 1000 psi.

– Appliquer une pression initiale correspondant à la marque apparaissant sur le manomètre 0-1000 psi (les valves on/off n° 1 et n° 2 permettent cet ajustement).

– Ouvrir la valve on/off n° 1 (valve on/off n° 2 fermée) et mesurer le temps de passage de la position «Départ» à la marque de 13,2 secondes apparaissant sur le manomètre de précision.

– Le temps mesuré pour ce passage doit être compris entre 10,4 et 16,0 secondes pour trois essais consécutifs.

– La pression sur l’accumulateur doit être maintenue entre 950 et 1000 psi pendant toutes les opérations. Remettre la pression à 1000 psi entre chaque essai.

L’ajustement du taux de charge obtenu selon la procédure décrite ci-dessus est réalisé dans des conditions qui n’impliquent aucun déplacement du piston du vérin. Par conséquent, l’ouverture de la valve de contrôle du débit d’huile n’a pas à être augmentée pour compenser le volume d’huile servant au déplacement du piston. Par contre, dans le cas d’essais réalisés avec le système de préhension sur des éprouvettes d’enrobé, l’ouverture de la valve doit être augmentée légèrement au besoin afin de maintenir ce taux constant. L’opérateur de la valve de contrôle doit donc rechercher à produire une montée régulière de l’aiguille noire et franchir les repères temporels accolés sur le manomètre à l’intérieur des écarts mentionnés au début de cette section.

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7. Étalonnage de l’appareil de tractionL’étalonnage de l’appareil est réalisé au moins une fois par année. Les données recueillies

lors de l’étalonnage d’un des AMAC et les calculs utilisés pour la conversion des psi en MPa sont montrés à l’annexe B à titre d’exemples.

8. Choix du système de préhensionLe système de préhension sans colle doit être privilégié, car il permet de réduire grandement

le temps d’exécution de l’essai. Ce système est utilisé lorsque l’interface à solliciter se situe à plus de 35 mm de la surface. Il peut tout de même être utilisé lorsque l’interface se situe entre 25 mm et 35 mm de la surface pour des enrobés relativement résistants aux déformations, comme la plupart des enrobés récents formulés avec des bitumes PG 64-34 ou PG 70-28 et les enrobés de plus d’un an. Dans ces cas, l’utilisation d’un ou de deux anneaux d’espacement de 5 mm permet de maintenir la base du système de préhension au-dessus de l’interface à solliciter.

Le système de préhension avec colle est utilisé dans les autres cas, soit les enrobés minces et très minces et les enrobés coulés à froid.

Ces deux systèmes s’utilisent aussi bien en chantier qu’en laboratoire. Les carottes d’enrobé prélevées en chantier pour mener des essais de traction en laboratoire doivent avoir 150 mm de diamètre et contenir la pleine épaisseur des couches de part et d’autre de l’interface à solliciter. La base de ces carottes et, au besoin, la surface de roulement sont sciées perpendiculairement à l’axe du carottage avant de procéder au carottage de 100 mm de diamètre, comme l'illustrent la figure 1 et la photo 1.

100 mm

Interface

150 mm

Scier au besoin

Scier

Carotter10 à 20 mmsous l'interface

Figure 1Sciage et carottage en laboratoire de carottes de 150 mm de diamètre prélevées en chantier

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9. Emplacement et nombre d’essais sur un siteLes essais de mesure d’adhésion des couches devraient être limités à des sites où le

surveillant de chantier observe des anomalies en ce qui concerne les matériaux utilisés ou leur mise en œuvre. Ces essais doivent être réalisés dans un délai de huit semaines suivant les travaux d’asphaltage. La longueur d’un site potentiellement problématique quant au collage des couches doit être définie au préalable et ne devrait pas dépasser 500 mètres. Un site requiert six essais valables réalisés à trois chaînages différents (¼, ½ et ¾ de la longueur du site). Un essai est considéré comme valable lorsque le protocole a été respecté en ce qui concerne la température à l’interface et le taux de charge et que :

– la rupture se produit à l’interface sollicitée ou partiellement légèrement au-dessus de cette dernière indépendamment de la valeur obtenue;

– la rupture ou le bris de l’éprouvette se produit à un endroit différent de l’interface sollicitée et que la contrainte maximale mesurée est supérieure à la valeur exigée. (Inscrire un résultat supérieur à celui obtenu, arrondi à deux décimales, dans un tel cas. Exemple : > 0,36 MPa).

remarqueSi la rupture se produit sous l’interface sollicitée, dans un vieux revêtement, les couches sont considérées adéquatement collées même si la contrainte maximale mesurée est inférieure à la valeur exigée.

Photo 1Montage utilisé pour le carottage de 100 mm de diamètre dans une carotte de 150 mm de diamètre

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Le taux de charge et la température influencent les résultats. Si le taux de charge (0,24 ± 0,05 kN/s) et la température à l'interface (10 à 25 °C) ne sont pas respectés, un essai pourrait tout de même être jugé valable, après interprétation des résultats, en considérant que plus le taux de charge est faible, plus la résistance à la traction diminue. De même, plus la température est élevée, plus la résistance à la traction diminue.

Deux échantillons sont prélevés par chaînage, soit un dans la piste de roue droite ou gauche et l’autre hors des pistes. Les essais non valables sont repris à une distance longitudinale de 0,5 m de l’essai initial ou précédent. Pour que la couche évaluée soit considérée comme étant adéquatement liée, la moyenne des trois échantillons en piste de roue et celle des trois échantillons hors des pistes doivent être égales ou supérieures à la valeur spécifiée au contrat ou reconnue comme adéquate et n’avoir au plus qu’un échantillon sur trois dont le résultat est inférieur à cette valeur. Le sort d’un site peut donc être scellé après seulement trois essais si les deux premiers résultats dans une piste ou hors des pistes sont individuellement inférieurs à la valeur de référence.

La température à l’interface, mesurée avec un thermomètre infrarouge, doit être notée dans les secondes suivant la rupture. La contrainte maximale à la rupture convertie en MPa obtenue à T °C doit être corrigée à 20 °C selon l’équation suivante :

MPa corrigé à 20 °C = MPa à T °C + [0,02 x (T interface °C - 20 °C)]

10. Essai de traction

10.1 Système de préhension sans colle

– Effectuer un carottage partiel perpendiculaire à la chaussée, avec une tarière de 100 mm de diamètre intérieur, à une profondeur d’environ 10 mm à 20 mm sous l’interface à évaluer.

– Fermer les valves on/off n° 1, n° 2 et n° 3.

– Ajuster la valve de contrôle pour donner un taux de charge approximatif de 0,24 kN/s. La valve de contrôle doit être ajustée manuellement au besoin pendant l’essai.


– Enfoncer le système de préhension bien droit jusqu’à ce que son épaulement intérieur repose parfaitement sur la carotte.

– Placer le collet de serrage (lubrifié) autour du système de préhension et le descendre sur la chaussée.

– Placer l’espaceur autour du collet de serrage et monter la tête de traction sur l’espaceur. Installer la tige de fixation.

– S’assurer que les deux aiguilles (noire et rouge) du manomètre 0-1000 psi sont sur la marque « Départ » et que le piston du vérin hydraulique est dans le bas de sa course.

– Lever le tendeur et le maintenir en place (sans jeu) à l’aide de l’écrou sur le vérin.

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– Serrer rapidement le collet de serrage avec une clé dynamométrique jusqu’à ce que le couple de torsion atteigne 5 N-m, puis ouvrir immédiatement les valves on/off n° 2 et n° 1 pour démarrer la traction. Ouvrir davantage la valve de contrôle du débit d’huile, pendant une ou deux secondes, pour compenser la perte de pression. En cours d’essai, refermer partiellement ou ajuster au besoin la valve de contrôle afin de garder le taux de charge constant (voir la section 6). Vérifier et maintenir le couple de torsion de 5 N-m sur le boulon du collet de serrage. Surveiller l’aiguille du manomètre 0-1000 psi et, au moindre signe de glissement (immobilisation ou ralentissement de l’aiguille noire), resserrer le boulon du collet de serrage en excédant le couple de 5 N-m.

note :Le couple de torsion est ajusté en fonction de la température à la surface de l’enrobé et de l’âge de ce dernier. Pour un enrobé relativement récent dont la tem-pérature est de 22 °C, un couple de torsion de 5 N-m est habituellement suffisant pour limiter le glissement et éviter d'endommager l’éprouvette avant l’atteinte de la valeur minimale exigée. Sur un vieil enrobé dont la température est de 15 °C, le couple de serrage pourra être de 10 N-m sans risque d’abîmer l’éprouvette dans la portion du système de préhension.

– Lorsque l’aiguille noire se met à redescendre de façon continue et rapide, l’essai est terminé. Le temps écoulé entre le début de l’essai de traction (ouverture de la valve on/off n° 2) et la rupture à l’interface n’excède habituellement pas 25 secondes si le taux de charge a été respecté. Noter la contrainte maximale à la rupture (psi) ainsi que les autres renseignements pertinents sur un formulaire semblable à celui montré à l’annexe C.

– Fermer la valve on/off n° 1, ouvrir la valve on/off n° 3 en gardant le robinet plus haut que la base du vérin et appliquer une légère pression sur l’écrou pour faire descendre le piston du vérin au bas de sa course. Enlever l’éprouvette d’essai du système de préhension et recommencer les étapes précédentes pour les essais subséquents.

10.2 Système de préhension avec colle (capuchon métallique)À l’aide d’une spatule, appliquer uniformément, sur la chaussée sèche ou légèrement humide

mais propre et sous le capuchon métallique, une quantité suffisante de colle époxy à prise rapide (Sika Anchorfix # 3 ou l’équivalent) afin de couvrir la totalité de la surface du capuchon métallique. Faire pénétrer la colle dans les interstices de la chaussée. Déposer le capuchon sur la partie de chaussée recouverte de colle en le tournant lentement afin d’éliminer toutes les bulles d’air. Enlever l’excédent de colle sur le pourtour du capuchon et sur la chaussée. Si la chaussée est inclinée, maintenir le capuchon en place jusqu’au début de la prise afin d’éviter le glissement de ce dernier. Après environ 30 minutes, vérifier le durcissement de la colle à intervalles réguliers. Lorsque l’aspect est vitrifié, procéder au carottage.

– Effectuer un carottage partiel perpendiculaire à la chaussée (autour du capuchon métal-lique collé à l’enrobé) avec une tarière de 100 mm de diamètre intérieur, à une profondeur d’environ 10 mm à 20 mm sous l’interface à évaluer.

– Fermer les valves on/off n° 1, n° 2 et n° 3.

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– Ajuster la valve de contrôle pour donner un taux de charge approximatif de 0,24 kN/s. La valve de contrôle doit être ajustée manuellement au besoin pendant l’essai.


– Fixer la vis de l’anneau de levage dans le capuchon métallique.

– Déposer la tête de traction autour du capuchon. Installer la tige de fixation reliant le tendeur à l’anneau de levage.

– S’assurer que les deux aiguilles (noire et rouge) du manomètre 0-1000 psi sont sur la marque de « Départ » et que le piston du vérin hydraulique est dans le bas de sa course.

– Lever le tendeur et le maintenir en place (sans jeu) à l’aide de l’écrou sur le vérin.

– Ouvrir les valves on/off n° 2 et n° 1 pour démarrer la traction et ouvrir davantage la valve de contrôle du débit d’huile, pendant une ou deux secondes, pour compenser la perte de pression. Refermer partiellement ou ajuster au besoin la valve de contrôle afin de garder le taux de charge constant (voir la section 6).

– Lorsque l’aiguille noire se met à redescendre de façon continue et rapide, l’essai est terminé. Le temps écoulé entre le début de l’essai de traction (ouverture de la valve on/off n° 2) et la rupture à l’interface n’excède habituellement pas 25 secondes si le taux de charge a été respecté. Noter la contrainte maximale à la rupture (psi) ainsi que les autres renseignements pertinents sur un formulaire semblable à celui montré à l’annexe C.

– Fermer la valve on/off n° 1, ouvrir la valve on/off n° 3 en gardant le robinet plus haut que la base du vérin et appliquer une légère pression sur l’écrou pour faire descendre le piston du vérin au bas de sa course. Recommencer les étapes précédentes pour les essais subséquents.

11. ApprobationLa présente méthode d’essai a été approuvée par le responsable du Secteur liants hydro-

carbonés et chimie de la Direction du laboratoire des chaussées.

Gaétan Leclerc, M. Sc., chimiste

___________________________Signature

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Annexe A Photos de l’appareil de traction et de ses accessoires

Photo 1vue d’ensemble de l’appareil de traction

Photo 2Indication des principaux composants

Manomètre 0-1000 psi

Manomètre 0-2000 psi

Accumulateur hydropneumatique

valve de contrôle

valve on/off n°1

Pompe

Coffre de transport

Chariot de chantier

Tête de Traction

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Photo 3Tête de traction montée sur l’anneau de levage

Photo 4Tête de traction montée sur le système de préhension sans colle

Photo 5Système de préhension sans colle et ses accessoires

Photo 6vue interne du système de préhension sans colle

valve on/off n°2Anneau

de levage

valve on/off n°3 (purge) vérin

bouteille de récupération

d’huile

Tendeur

Clef dynamométrique

Tige de fixation

Collet de serrage

Système de préhension

Espaceur

100

mm

35 mm

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Annexe B Données d’étalonnage et formulaire chantier

– Voir le tableau 1 et le graphique 1.

– Convertir la force mesurée en newtons en contrainte calculée en MPa selon la surface de l’éprouvette d’essai.

Surface en m2 = 3,14159 × (diamètre en mm/2)2 × (1/1000)2

Pour un diamètre de 100,5 mm, la surface est de 0,007933 m2

force de traction en n = (11,42 × pression en psi) - 596,09

Pour une pression de 300 psi, la force est de 2 830 n

Contrainte en MPa = (N/m2) /106

Si la pression maximale indiquée au moment de la rupture est de 300 psi, la résistance à la contrainte de traction est de 0,357 MPa

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Tableau 1Données recueillies lors de l’étalonnage d’un des prototypes AMAC (26 mai 2008)

Tableau 2Équation de l’étalonnage et coefficient de corrélation

Lecture du manomètre (psi)

valeur de la cellule de charge (newtons)

50 168

100 558

150 1094

200 1605

250 2218

300 2780

350 3357

400 3940

450 4519

500 5111

550 5654

600 6240

650 6848

700 7421

750 8062

Newtons vs psi

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

9000

0 200 400 600 800

psi

New

ton

s

y = 11,42x - 596,09R2 = 0,9993

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Annexe C Exemple d’un formulaire utilisé en chantier

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