“les laitiers dans la grande région” Journée technique ...©e laitier 2013/JT LHF - METZ... · une masse de laitier de couleur gris foncé noire distinct du reste, de D~

11“les laitiers dans la grande région” , Journée technique METZ, le 01 février 2013

“les laitiers dans la grande région” Journée technique METZ, le 01 février 2013

par Hervé MARNEFFE CETE de l’Est /LRNancy

22

sommaire

1) Retour sur quelques expériences « malheureuses »(pathologies - erreurs)

(diagnostic-explications, gestion du problème, leçon et moyens de s’en prémunir)

2) Domaines d’utilisation,

et particularités

“les laitiers dans la grande région” , Journée technique METZ, le 01 février 2013

33

FAUX mais VRAI si ERREURS

On dit que : Le laitier …. Ça gonfle !

1) Pathologies - erreurs


44


Exemple d’une pathologie née d’une erreur

plate-forme fait de l’ordre de 3000 m².- la structure prévue est la suivante :

6 cm de BBSG

40 cm de laitier 0/50 LHF fraiche prod

60 cm de grave 0/80 de recyclage béton

3 mois après fin des travaux : 26 gonfles

4 mois après fin des travaux : 67 gonfles

Morphologie des gonfles :Elles sont moyennes, circulaires (Φ ~ 15 cm ; Δh ~ 1,5 cm de soulèvement) et marqués par 4 à 6 fissures.


55

1) Pathologie - erreur – la diagnostiquer

1er – On recueille les éléments du dossier

Expertise (Enquête)

- données du MO et MOE , nature des matériaux, provenance, FTP

- MOE

- Entreprise (et son labo)Qui de fait indique que d’après elle il doit y avoir une pollution avec un laitier LAC

2e – On recueille les témoignages (avis)

3e – Un suivi et relevé (ts les mois) contradictoire est instauré

0

1020

30

40

5060

70

8090

100

110

120130

14001/0

6/0

901/0

7/0

901/0

8/0

901/0

9/0

901/1

0/0

901/1

1/0

901/1

2/0

901/0

1/1

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2/1

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3/1

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5/1

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8/1

001/0

9/1

0

graphe

nombre de gonfles

apparues (total)


66

1) Pathologie-erreur – la diagnostiquer

4e - outil – l’observation et le bon sens - à partir de la surface


- petitesse des gonfles expansion volumétrique ponctuelle (et non générale)

peu profonde (si expansion profonde gonfle plus large) (genre raisonnement sur orniérage à petit rayon)

- L’expansion volumétrique (sous le BBSG) est similaire à celle de surface, c’est à dire qu’elle est de forme « segment sphérique ».

Ordre de grandeur, V(d’expansion) = (1/3) πh² (3R-h)

avec ici h= 1,5cm et R=11cm (Φ15 en surface mais Φ moindre sous

le BBSG)

-Chaux libre s’expanse en s’hydratant : CaO + H2O Ca(OH)2 expansif.

L’augmentation volumique est de 1,9.

- hypothèse sur le suspect : Avec un taux de chaux libre de 10% (rencontré dans

les LD). En prenant différentes tailles d’amas de chaux, on arrive à un amas de

laitier incriminé de l’ordre de phi 80 à 150 mm.


AN : Augmentation de volume ~ 75 cm3.

77


5e - Puis on cherche sur la scéne du «« crime»»


Zone de la gonfle

Les fissures sont moins marquées que les fissures d’enrobé en surface, de plus elles sont recouvertes d’une couche de laitier (la couche d’accrochage a bien été mise en œuvre)

On découpe une zone avec gonfle et aussi en contigu une zone saine

On cherche, trouve et dégage soigneusement, une masse de laitier de couleur gris foncé noire distinct du reste, de D~ 60mm, très alvéolée et peu dure (nommée sur le chant « truffe »)


88


On cherche et effectue des prélèvements

Expertise

deux prélèvements de laitier ont été effectués :

- 60 kg de laitier dans la « zone de la gonfle »

- 60 kg de laitier dans la « zone non gonflé »

Ces deux prélèvements de laitier ne semblent pas différer.


99

1) Pathologie-erreur – la diagnostiquerLes essais de diagnostic - La campagne de 5 essais sera la suivante : Expertise

essai steamtest sur le laitier tel quel (échantillon χLtotal) suivi sur 1 à 7 joursc’est l’essai normalisé de gonflement sous vapeur (NFEN1744-1). Il permettra de caractériser le gonflement comme il doit l’être dans la FTP du fournisseur avec

la valeur seuil de 5% d’expansion pour une utilisation en MTLH ou GNT (NFEN13242) en

remblai ou couche de forme

Résultat :

Le 1er essai (NB chaque essai porte sur deux moules

de 5kg) n’ a donné aucun gonflement n’était noté. La

courbe est restée à 0,05 %

Un 2e essai a donné la même absence de

gonflement du laitier général.

Il consiste à soumettre une recomposition granulométrique vibrocompactée (compactage assez ouvert) dans un moule à une circulation de vapeur d’eau à 100°C. De cette manière, l'humidité

nécessaire pour favoriser une réaction avec la chaux libre et l'oxyde de magnésium libre est fournie en continu à l'échantillon. Le déplacement le gonflement de l’ensemble est suivi par capteur. Les valeurs ne sont pas directement indicatives de celles prévues sur le terrain, c'est-à-dire qu'une expansion de 4 % dans l'essai n'est pas égale à 4 % d'expansion uniforme sur le terrain.

Résultat Essai 1 : rien de notable


1010

1) Pathologie-erreur – la diagnostiquer essai steamtest

La durée de l’essai à la vapeur dépend de la composition du laitier. Quand la teneur en MgO déterminée grâce à l’EN 196-2 est inférieure ou égale à 5 %, la durée de l’essai doit être de 24 h. Quand elle dépasse 5 %, la durée de l’essai doit être de 168 h.

NF EN 13242 - Granulats pour matériaux TLH et matériaux non traitésutilisés pour les travaux de génie civil et pour la construction des chaussées

Article Caractéristique Essai Catégories

de la norme mesurée NF-EN usuelles

NF EN 13242

6.4.2.1 Stabilité volumique des laitiers d’aciérie pour graves non traitées

1744-1 § 19.3 V5

6.4.2.2 Désintégration du silicate bicalcique des laitiers de haut-

fourneau refroidis à l’air des laitiers de haut-fourneau refroidis à l’air

1744-1 § 19.1

6.4.2.3 Désintégration du fer des laitiers de haut-fourneau refroidis à l’air

1744-1 § 19.2

NF EN 13285 - Graves non traitées Spécifications

NF EN 13043 - Granulats pour mélanges hydrocarbonés et pour enduits superficiels utilisés dans la construction des chaussées

Stabilité volumique des laitiers 1744-1 — V3,5


1111


la détermination de la proportion des différents types de laitiersAfin d’avoir le facies , nous cassons les D22. On peut alors distinguer 5 types de laitiers

suivant les faciès (cassés) découverts :

laitier gris-bleu poreux (gbp)

laitier gris

blanc (gb)

laitier gris noir (gn)

laitier gris-bleu non poreux (gbnp)

laitier gris-bleu

poreux avec points

blancs (gbppb)

poids (kg) %

laitier gris-bleu poreux (gbp) 1.063 33%

laitier gris-bleu poreux à points blanc (gbppp) 1.004 31%

laitier gris-bleu non poreux (gbnp) 0.586 18%

laitier blanc (gb) 0.213 7%

laitier noir (gn) 0.368 11%

Résultat « Essai -caractérisation 2 » :

rien de notable


1212


essai de gonflement-dégradation accéléré des laitiers par immersion - eau à 80°C

Nous avons pesé chaque cailloux et un suivi dimensionnel et par photos est assuré.

au bout de 22 jours d’immersion, nous n’avons pas noté d’éclatements, ni de modifications d’aspects, ni de modifications de tailles

Résultat essai 3 : rien de notable


1313


Teneur en chaux libre totale selon la méthode Leduc

méthode usuelle permet de doser l’ensemble CaO + Ca(OH)2,

-donc le potentiel de départ de chaux puisqu’elle est sous forme CaO au stade initial de formation des laitiers de haut-fourneau. Elle permet donc de distinguer à la production les laitiers à fort potentiel de chaux libre donc à fort potentiel de gonflement.

Par contre, cette méthode usuelle, ne permet pas de quantifier la quantité de CaO

restant au jour de l’analyse.

chaux libre totale

selon

la méthode Leduc

Laitier mélange global 0,4 %

laitier gris-bleu poreux (gbp) 0,7 %

laitier gris-bleu poreux à points blancs (gbppb) 0,9 %

laitier gris-bleu non poreux (gbnp) 0,7 %

laitier gris noir (gn) 0,2 %

laitier gris blanc (gb) 0,5 %

Laitier « truffe » 10,8 %

Résultat essai 4 :

Une preuve !


chaux libre totale

selon

la méthode Leduc

Laitier mélange global 0,4 %

laitier gris-bleu poreux (gbp) 0,7 %

laitier gris-bleu poreux à points blancs (gbppb) 0,9 %

laitier gris-bleu non poreux (gbnp) 0,7 %

laitier gris noir (gn) 0,2 %

laitier gris blanc (gb) 0,5 %

Laitier « truffe » 10,8 %



Essai de gonflement-dégradation par immersion - eau à 80°c sur « la truffe »

L’essai a duré 12 jours.

Résultat essai 5 :

Une 2e preuve !

photo avant essai photo après essai et après essai + étuvage

On peut mesurer ce dépassement , on passe

« Longueur »de 4,2cm à 4,8cm soit +14%.

« Largeur »de 2,6 cm à 2,85cm soit +10%.

ce qui fait une croissance volumique de l’ordre de 30%

avant

après

1515

1) Pathologie-erreur – la gérer

Elle propose au MO, compte tenu de la pathologie expertisée différentes solutions de réparation - réfection. Un protocole est signé.

Gestion du problème :

Conséquence tirée par l’entreprise : suite à cette affaire

L’entreprise a pris des mesures sur la méthodologie de stockage pour éviter tout risque nouveau de pollution.

(vérifications sur site des mesures prises)

La conclusion est claire et partagée. L’entreprise reconnaît la pollution accidentelle par laitier LD (stockage de laitier LHF sur zone anciennement dédiée au stockage de LD).


1616

1) Pathologie-erreur – la gérer

Le laitier de haut-fourneau…. Ça NE gonfle PAS !

Parce que le LHF cristallisé de part son

élaboration ne contient pas de magnésie libre, ni

de chaux libre

Parce que le LHF cristallisé est soumis à un

suivi de production quant à sa potentialité

d’expansion :

-Essai composition % chimie (1 / mois sur LHF)(sur toutes les coulées)

-Essai steamtest ( 1 / an)


1717

On dit que : Le laitier …. Ça pollue !

FAUX mais désagréments si

souci de conception

ou erreur de type de laitier



1818

1) Pathologie - erreur

Exemple d’une pathologie

Coulures blanches ou jaunâtres


1919

1) Pathologie - erreurExemple d’une pathologie

L’eau a baigné et «lessivé » la couche de grave de recyclage et de laitier et notamment les quelques LD ; s’est chargée en calcium dont Ca(OH)2. L’eau a ressuée au travers des zones les plus perméables de l’enrobé à savoir les joints et a laissé après évaporation les traces blanches de calcite, ou autres composés du calcium (CaSO4) (composés aussi de couleur blanche).


2020

1) Pathologie - erreurExemple d’une pathologie


2121

1) Pathologie - erreur

leçon ou gestion de cette pathologie (temporaire) :

- éviter les zones d’eau stagnante

- drainer

Comme pour toute chaussée (règles de l’art) ,

notamment vis-à-vis du gel dans nos régions


2222


Le laitier (caractérisé

et conforme au guide),

ÇA NE POLLUE PAS….!

Preuve et juge de paix


2323

1) Pathologies - erreursParamètre Valeur limite (mg/kg de MS)

usage routiertype 1 type 2 type 3

As*** 0,6 0,6 0,6Ba 36 25 25Cd*** 0,05 0,05 0,05Cr total** 4 2 0,6Cr hexavalent** 1,2 0,6 -Cu*** 3 3 3Hg*** 0,01 0,01 0,01Mo 5,6 2,8 0,6Ni*** 0,5 0,5 0,5Pb*** 0,6 0,6 0,6Sb*** 0,08 0,08 0,08Se 0,5 0,4 0,1Zn*** 5 5 5Fluorures 60 30 13Chlorures* 10000 5000 1000Sulfates* 10000 5000 1300* , **, *** se reporter au guide acceptabilité - annexe A

NB : quantités relarguées selon l’essai de lixiviationNF EN12-457-4


2424

2) Domaines d’utilisation, et particularités


2525

Des granulats d/D en toutes granulométries,

Des granulats 0/D, 0/d en toutes granulométries.

Après refroidissement en fosse, lelaitier cristallisé brut est concasséet criblé pour produire desgranulats au sens de la normefrançaise NF P 18-545.

Les différents matériaux élaborés

à partir des LHF cristallisés sont :

ESU,

enrobés

GNT

GT (GTLH)



2626


Couche de Forme

Couche de Fondation

Couche de Base

Couches de Liaison et de Roulement

EB 0/10 /14 mm

Remblais d’accotement non revêtus

Trottoirs et accotements revêtus

en enrobés ou enduits

Remblais

Substitutions de purges Remblai tranchée

Enrobage

Lit de pose

Utilisation des Laitiers HF en technique routièreCoupe type de chaussée

GNT 0/31,5

GNT 0/20

GNT 0/31,5

GNT 0/50

GTLH 0/31,5

GTLH 0/20

GNT 0/31,5

GNT 0/31,5

GNT 0/31,5

GNT 0/20

Fév 2010


2727

2) Domaines d’utilisation et particularités

Fév 2010

Couche de Forme 0/150, 0/100, 0/80, 0/50, 0/31,5

Couche de

Fermeture

Dallage

Béton

Couche d’usure

éventuelle

Drainage

éventuel

Remblais TV

En enrobage, sable 0/4, 0/6

ou 0/10 sauf si canalisation

métallique non protégée

COUPE TYPE SOUS BATIMENT

0/20

Référence DTU 13.3 (NFP11-213 partie 1 -dalle industriel ou assimilé )

Coupe sous bâtiment (dallage)


2828

Type 1 :

• remblai sous ouvrage ;

• couche de forme ;

• couche de fondation ;

• couche de base

et couche de liaison.

et

- H< 3m- revêtu (1) enrobé, ESU, … avec pente > 1%


Type 2 : • remblai technique connexe à l’infrastructure routiere (ex : plateforme, tranchee, merlon de

protection phonique, etc.) ou en accotement,.

Type 3 :

• en sous couche de chaussee ou d’accotement,

au sein d’ouvrages routiers revetus ou non revêtus ;

• en remblai technique connexe a l’infrastructure

routiere (ex : plateforme, tranchee, merlon de

protection phonique) ou en accotement, au sein

d’ouvrages routiers recouverts ou non recouverts ;

• en couche de roulement (enduits superficiels,

betons bitumineux …) ;

• de pistes de chantier, • de routes forestieres

et

- H =< 6m- recouvert (2) 30cm matériau naturel avec pente > 5%




Couche de Forme

Couche de Fondation

Couche de BaseRemblais

d’accotement non revêtus

Trottoirs et accotements revêtus

en enrobés ou enduits

Remblais

Substitutions de purges

Remblai tranchée

Enrobage

Lit de pose

Utilisation des Laitiers HF en technique routièreCoupe type de chaussée

GTLH 0/31,5 GTLH 0/20

Type 1

GNT 0/31,5GNT 0/20

Type 1GNT 0/31,5GNT 0/20

Type 3

GNT 0/31,5GNT 0/20

Type 1

Couches de Liaison et de Roulement

GB 0/14 mmType 3

GNT 0/31,5GNT 0/60

Type 1GNT 0/31,5Type 1

NB : Tous les laitiers lorrains sont Type 3 ,le type le plus performant environnementalement

3030

1994

1998




2) Domaines d’utilisation et particularités- CCTP- CCTG - NORMES

- GUIDES ou NOTES

3232


Caractérisation des laitiers de HF :

Les granulats produits à partir des laitiers cristallisés HF sont caractérisés par

les normes :

NF EN 13242 : Granulats pour matériaux traités aux liants hydrauliques et

matériaux non traités utilisés pour les travaux de génie civil et pour la

construction des chaussées.

NF EN 13043 : Granulats pour mélanges bitumineux et pour enduits

superficiels utilisés dans la construction des chaussées, aérodromes et

d’autres zones de circulation.

NF P 18 545 articles 7, 8, 9 et10 :

Granulats – Eléments de définition, conformité et codification.

NF P 18-302 : Laitier cristallisé de haut-fourneau

NF EN 13139 : Granulats pour mortiers

NF EN 12620 : Granulats pour bétons hydrauliques.

Liste - page 7 du « guide lorrain »


3333

2) Domaines d’utilisation, et particularitésExtrait note CFTR –N°10 « AIDE AU CHOIX DES GRANULATS POUR CHAUSSEES »


3434


3.41sensibilité au gel-dégelun granulat est considéré comme résistant au gel-dégel s’il respecte au moins l’un des critères ci-après : Tableau 4

L’expérience française a montré que les granulats de Los Angeles inférieur ou égal à 25 sont résistants au gel-dégel

Extrait norme NF P18-545 - sensibilité au gel

Rappel des seuils de trafic –attention les documents (NFP18545 par exemple) parlent MJA 5t


3535


Art 7 – couche : fondation-base-liaison

Extrait note CFTR –N°10 « AIDE AU CHOIX DES

GRANULATS POUR CHAUSSEES »


3636





3737


Art 7 – couche : fondation-base-liaison




3838


Art 8 – couche de

roulement

A PSV56

B PSV50

C PSV50




3939


Cf du « guide lorrain »


4040


•* cdforme :

- nature, gélivité

- réglage

- compactage

- portance

granulat NF P18545GTR (NF P11300)

GTR :* LA < 45 ; * MDE <45*Passant 80µm< 12% (insensible à l’eau (praticabilité))

*D max 50mm, * Insensibilité au gel (gélifraction NFEN 1367-1)

GNT

GAN assisesNF P13285

* SGn, SGp si T<T 3 (gonflement (NFP 98234-2)) car spécification pour GNT structure de de chaussée

* CATA-CH98 , on divise la plateforme (sol support+CdForme en SGt/SGp/SGn MAIS

* GTR1p55 mat. CdForme = SGn

CCTP, fasc25 +/- 3cm

CCTP, GTR q3

ρdm ≥ 98,5 % ρd OPN etρdfc ≥ 96 % ρd OPN

CCTP, GTR, CATA98, guideDIM94

CH

AU

SS

EE

S


4141


•* cdforme : - portance

A court terme, lors du chantier, la plate-forme doit présenter des caractéristiques minimales :

Pour les chantiers courants, les valeurs généralement retenues sont :- pour la traficabilité, dans le cas de sols sans cohésion non traités, un indice portant immédiat, IPI,(norme P 94-078) au moins égal à 35,- un nivellement de la plate-forme effectué avec une tolérance de ± 3 cm par rapport à la ligne

rouge des terrassements,- une déformabilité de la plate-forme, au moment de la mise en oeuvre des couches de chaussée,telle que :- le module EV2 déterminé à la plaque, ou le module équivalent à la Dynaplaque, soit supérieur à50 MPa, ou,- la déflexion relevée sous essieu de 130 kN soit inférieure à 2 mm.

Pour des chantiers, comme ceux d'autoroutes

A long terme, vis-à-vis de la justification du dimensionnement de la structure de chaussée

Cf guide dimensionnement chaussée 1994 –chapitre IV- 2. FONCTIONS ET CRITÈRES DE CLASSEMENT DES PLATES-FORMES

CH

AU

SS

EE

S


4242

2) Domaines d’utilisation, et particularités•* cdfondation :


- réglage

- compactage

- portance

granulatNF P18545

* Insensibilité au gel (gélifraction NFEN 1367-1)GNT

GAN assisesNF P13285

* SGn, SGp si T<T 3 (gonflement (NFP 98234-2)) car spécification pour GNT structure de de chaussée

CCTP, fasc25, NF P98-115Assises-exécution des corps de chaussées

+/- 2cm

CCTP, fasc25, NF P98-115

q2

ρdm ≥ 97 % ρd OPMρdfc ≥ 95 % ρd OPM

!

* Code (GAN assises)

CH

AU

SS

EE

S


4343

2) Domaines d’utilisation, et particularités•* cdbase :


- réglage

- compactage

- portance

GNT, granulat

GAN assises (indique granularité)

NF P13285NF P18545

* Code

MTLHgranulat

GAN assises(indique granularité 0/14 ; 0/20)

NF P13285EN 14227-2ou5

CCTP, fasc25, NF P98-115 +/- 1cm


q1

ρdm ≥ 100 % ρd OPMρdfc ≥ 98 % ρd OPM

!

* Insensibilité au gel (gélifraction NFEN 1367-1)* SGn, SGp si T<T3 (gonflement (NFP 98234-2)) car

spécification pour GNT structure de de chaussée

* Code

* Classe T1, T2, T3, ( Rt, E à 360 j ) * Rt mini = 0,25 Mpa avant gel pourCdForme – cf GTS

E360

Rt360

CH

AU

SS

EE

S


4444

2) Domaines d’utilisation, et particularités•* Cde Roulement, Enduit :


- réglage

-compactage

- adhérence

Enrobé, granulat

GUNNF EN13108-xNF P18545

* Code

Enduit NF P18545EN

CCTP, fasc25, NF P98-150, enrobés hydrocarbonés – exécution des corps de chaussées liaison et roulement

circulaire UNI – 22 mai 2000 (réseau RN)


* Insensibilité au gel (gélifraction NFEN 1367-1)

* Code

Art 8 – couche de roulement

A PSV56

B PSV50

C PSV50

CCTP, fasc25, NF P98-150, circulaire Adhérence -16 mai 2002 (réseau RN)

Les laitiers ont de bon PSVles LHF crassier et surtout les LAFE

CH

AU

SS

EE

S


4545




4646




4747

CHAPITRE 1 : LES LAITIERS DE HAUT FOURNEAU CRISTALLISES DE FRAICHE PRODUCTION

CHAPITRE 2 : LES LAITIERS DE HAUT FOURNEAU ISSUS DE CRASSIERS

A. Les gisements de laitiers de haut fourneau: 3B. Origine, formation et élaboration des laitiers

de haut fourneau :C. Caractérisation des laitiers de HF :C.1. caractéristiques chimiquesC.2. Caractéristiques géotechniquesC.3. Caractéristiques environnementalesC.4. Maîtrise de la qualitéD Domaines d’emploi et références de chantierD.1. Domaine d’emploi :D.2. Référence –chantier en remblai et couche de

formeD.3. Référence –chantier en assises de chausséesD.4. Référence –chantier en enrobés et bétons

bitumineux :E Les Avantages, particularités et dérogations

locales

Fév 2010

Actualisation ?



Documents

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