Mmoire de PFE Spcialit Gnie CivilEtude de la sensibilit du module des enrobs module lev, influence de la teneur en liant, de la compacit et du pourcentage dagrgats denrob du matriau

Auteur : PY Florian INSA Strasbourg, Spcialit Gnie civil Tuteur Laboratoire : COIN Vincent Responsable dactivit matriaux de chausses, LRPC Strasbourg Tuteur INSA Strasbourg : CHAZALLON Cyrille Maitre de confrences

Juin 2010

RemerciementsMa gratitude sadresse M. COIN, responsable dactivit matriaux de chausses, mon matre de stage. Son accueil et sa confiance ont rendu ce stage possible et intressant. Je le remercie aussi pour son amabilit, sa patience et le soutien technique quil ma apport tout au long du stage. Je tiens ensuite remercier lensemble du personnel du LRPC de Strasbourg avec qui jai eu la chance dtre en contact et de travailler, et plus particulirement : M. KUNTZ, Directeur Gnral du LRPC de Strasbourg, pour mavoir accueilli au sein du laboratoire. M. ODEON, chef du groupe GTC, pour son accueil au sein du groupe Chausse. M. AUBRY et M. FEESER qui mont apport leur aide et leur soutien dans la ralisation de mes essais.

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Je remercie galement le personnel du LCPC de Nantes qui ma accord du temps et permis davancer plus efficacement dans mes recherches, et plus particulirement : M. GAUDEFROY pour son aide dans llaboration et linterprtation des plans dexprience. M. BROSSEAUD pour les renseignements apports sur les EME.

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Mes remerciements sadressent galement M. MARSAC du LRPC de Angers qui devrait poursuivre cette tude en tudiant la fatigue de lEME, ce qui donnera sans nul doute une autre dimension ce projet. Je remercie galement Mme STORCK, ingnieur commercial rgion Est de Shell bitume, ainsi que les employs de la centrale de Valff pour lapprovisionnement en matriau. Je tiens enfin remercier lquipe dencadrement de la formation Gnie Civil de lINSA Strasbourg et plus spcialement M. Chazallon pour le suivi du stage.

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RsumDs mon arrive dans le laboratoire rgional de Strasbourg, je me suis document sur les enrobs module lev (EME) ainsi que sur lessai de traction direct type MAER pour en comprendre au mieux son fonctionnement et ses principes. Lautre grande partie de cette tude bibliographique fut la comprhension gnrale de la mthode des plans dexprience. Cette mthode a permis de fixer, par une dmarche scientifique, le nombre et les essais raliser pour rpondre aux attentes du laboratoire dans le temps imparti. Le travail demand par le laboratoire, outre lexcution et lexploitation des essais de module pralablement dfini par le plan dexprience, tait llaboration complte de lEME. Cette laboration est constitue de diverses tapes toutes aussi importantes les unes que les autres et demandant chacune une attention particulire. Jai tout dabord men une tude de recomposition (base sur une tude de formulation rcente dune entreprise de travaux publics) qui ma permis de calculer les masses de constituants ncessaires (filler, granulats, agrgats denrob et bitume). Une fois ces matriaux rcuprs, jai ralis des essais de caractrisation sur les diffrentes coupures granulaires et les agrgats en vue daffiner leurs dosages dans la formulation. Cette phase amont termine, jai pu me familiariser avec la fabrication des plaques denrob proprement parl. Ainsi, jai pu raliser les diffrents mlanges chaud, malaxer lensemble des matriaux pour ensuite compacter et obtenir une plaque denrob. Ceci ma permis de me rendre compte de certaines difficults pratiques, notamment vis vis du compactage de plaques certaines caractristiques imposes qui semblent ainsi peu compatibles. Une fois les diverses oprations de dcoupage des prouvettes ralises (sciage, carottage et surfaage), jai d caractriser prcisment les prouvettes fabriques. Jai ainsi pratiqu divers essais, notamment concernant la dtermination des vides de lenrob (par diverses mthodes que sont le banc gamma, la mthode gomtrique et la mthode hydrostatique) et de sa teneur en liant. Jai enfin pu mettre en pratique les connaissances thoriques acquises lors de la phase bibliographique en manipulant et ralisant les diffrents essais de traction MAER aux diffrentes tempratures et temps de charge dfinis par la norme. Ces essais de module ont t suivis dune interprtation via un logiciel statistique qui a permis dexploiter au mieux les rsultats du plan dexprience et de mettre en vidence les facteurs dterminant sur les performances mcaniques et den dduire un modle mathmatique associ utilisable dans les limites du domaine dtude. Mots cls : matriaux de chausse enrob module lev (EME) performances mcaniques des EME essais MAER - module de rigidit 3

Sommaire1. 2. Introduction ......................................................................................................................... 7 Prsentation du CETE et du LRPC ..................................................................................... 9 2.1. Le CETE ...................................................................................................................... 9 2.2. Le LRPC de Strasbourg ............................................................................................... 9 2.2.1. Prsentation gnrale .......................................................................................... 9 2.2.2. Le Groupe Chausse (G2) .................................................................................. 10 3. Les enrobs module lev .............................................................................................. 11 3.1. Dfinition et contexte normatif de lEME ................................................................. 11 3.1.1. Dfinition ............................................................................................................ 11 3.1.2. Contexte normatif ............................................................................................... 11 3.2. Historique .................................................................................................................. 12 3.3. Caractristiques des EME .......................................................................................... 12 3.3.1. Les diffrents niveaux de lpreuve de formulation ........................................... 12 3.3.2. Les performances attendues de lEME............................................................... 14 4. Dtermination de la quantit dessais raliser Plan dexprience ............................... 16 4.1. Objectif et problmatique de ltude ......................................................................... 16 4.2. Plan dexprience ...................................................................................................... 17 4.2.1. Principe .............................................................................................................. 17 4.2.2. Plan adopt : carr latin 33-1.............................................................................. 17 4.3. Partenariat avec le LRPC dAngers ........................................................................... 19 5. Les matriaux .................................................................................................................... 20 5.1. Provenance et caractristiques des matriaux............................................................ 20 5.1.1. Granulats ............................................................................................................ 20 5.1.2. Filler dapport .................................................................................................... 20 5.1.3. Bitume................................................................................................................. 20 5.1.4. Agrgats denrobs ............................................................................................ 21 5.2. Quantits des constituants ......................................................................................... 21 6. Planning ............................................................................................................................ 23 7. Analyse granulomtrique et teneur en liant ...................................................................... 24 7.1. Prliminaires .............................................................................................................. 24 7.2. Analyse granulomtrique ........................................................................................... 24 7.2.1. Objectif de lanalyse........................................................................................... 24 7.2.2. Interprtation des rsultats de lanalyse granulomtrique ................................ 24 7.3. Teneur en liant ........................................................................................................... 27 8. Formulation du mlange bitumineux ................................................................................ 28 8.1. Etude de formulation ................................................................................................. 28 8.2. Calcul des quantits ................................................................................................... 30 9. Confection de la plaque denrob ..................................................................................... 31 4

9.1. La fabrication ............................................................................................................. 31 9.2. Le compactage ........................................................................................................... 32 9.3. Observations .............................................................................................................. 32 10. Sciage, carottage et surfaage ........................................................................................... 34 10.1. Sciage de la plaque .................................................................................................... 34 10.2. Carottage des prouvettes .......................................................................................... 34 11. Dtermination de la teneur en vides .................................................................................. 36 11.1. Mthodes utilises ..................................................................................................... 36 11.2. Rsultats obtenus et interprtation ............................................................................. 37 11.2.1. Interprtation gnrale ................................................................................... 37 11.2.2. Comparaison des diffrentes mthodes utilises ............................................ 39 11.2.3. Conclusion ...................................................................................................... 42 12. Dtermination de la teneur en liant ................................................................................... 43 12.1. Mthode et rsultats ................................................................................................... 43 12.2. Rsultats et interprtation .......................................................................................... 44 12.3. Cause ......................................................................................................................... 44 12.4. Consquence .............................................................................................................. 45 13. Essai MAER...................................................................................................................... 46 13.1. Prliminaires .............................................................................................................. 46 13.2. Divergence de procdure avec la norme.................................................................... 46 13.3. Rsultats obtenus ....................................................................................................... 47 13.4. Incertitude de mesure................................................................................................. 48 14. Interprtation des rsultats ................................................................................................ 49 14.1. Prliminaires .............................................................................................................. 49 14.2. Poids des effets .......................................................................................................... 49 14.3. Modle mathmatique ............................................................................................... 50 14.4. Limites de ltude ...................................................................................................... 51 14.5. Rsultats du plan dexprience complet .................................................................... 52 14.6. Observations .............................................................................................................. 54 14.7. Fuseaux de passage .................................................................................................... 58 15. Comptences acquises ...................................................................................................... 59 16. Conclusion ........................................................................................................................ 60 Bibliographie ............................................................................................................................ 62

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LISTE DES FIGURESFigure 1. Organigramme du groupe Chausse ...................................................................................................... 10 Figure 2. Niveaux de lpreuve de formulation .................................................................................................... 13 Figure 3. Reprsentation graphique du plan carr latin adopt ............................................................................. 18 Figure 4. Comparaison des courbes granulomtriques effectues par EUROVIA et au LRS ............................... 25 Figure 5. Analyses granulomtriques du sable ...................................................................................................... 26 Figure 6. Schma dune plaque denrob ralise ................................................................................................. 32 Figure 7. Eprouvettes C2 gauche 3% de vides et D2 droite 2,2% de vides................................................ 33 Figure 8. Plan de sciage ........................................................................................................................................ 34 Figure 9. Plan de carottage (exemple de la plaque EME A (Ag=20%, TL=5% et V=5%)) .................................. 35 Figure 10. Exemple de I paraffin ( I 12) utilis pour la mthode hydrostatique ........................................ 36 Figure 11. Gradient de teneur en vides sur la hauteur dune plaque ..................................................................... 38 Figure 12. Comparaison des mthodes de dtermination du pourcentage de vides dun enrob .......................... 39 Figure 13. Comparaison des mthodes sur prouvettes cylindriques .................................................................... 41 Figure 14. Extraction de liant : panier contenant de lenrob avant et aprs lessai ............................................. 43 Figure 15. Poids des facteurs donns par Statgraphic ........................................................................................... 49 Figure 16. Reprsentation graphique de Pareto du poids des facteurs .................................................................. 50 Figure 17. Comparaison des valeurs observes aux valeurs prdites .................................................................... 54 Figure 18. Influence de la teneur en liant sur le module d'un EME ...................................................................... 55 Figure 19. Influence de la teneur en vides sur le module d'un EME ..................................................................... 56 Figure 20. Influence de la teneur en agrgats sur le module d'un EME ................................................................ 57 Figure 21. Fuseaux de passage en compacit du module dun EB14-EME2 contenant 0% dagrgats ................ 58

LISTE DES TABLEAUXTableau 1. Extrait NF EN 13108-1 concernant un EME 0/14 de classe 2 ............................................................ 11 Tableau 2. Epaisseurs dutilisation par couche ..................................................................................................... 15 Tableau 3. Formule de Moutier pour les graves bitumes ...................................................................................... 16 Tableau 4. Ordre des essais et dnomination des plaques denrob correspondante ............................................ 19 Tableau 5. Quantit totale de matriaux prlever ............................................................................................... 21 Tableau 6. Teneur en liant des agrgats ................................................................................................................ 27 Tableau 7. Explication du principe de ltude de formulation. Exemple de la plaque sans agrgats .................... 29 Tableau 8. Quantit de matriaux ncessaires pour la ralisation des 9 plaques du plan dexprience ................ 30 Tableau 9. Dsignation utilise pour rfrencer les plaques ................................................................................. 35 Tableau 10. Rcapitulatif des teneurs en vides obtenues ...................................................................................... 37 Tableau 11. Comparaison teneur en vides du banc gamma aux valeurs initialement souhaites .......................... 37 Tableau 12. Teneurs en liant relles ...................................................................................................................... 44 Tableau 13. Plan dexprience revu et adopt ....................................................................................................... 47 Tableau 14. Rsultats complets (% Ag, teneur en liant, % vides, modules et incertitudes de mesure) ................. 48 Tableau 15. Valeurs de module des EME du plan dexprience complet ............................................................. 53

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1. IntroductionDans le cadre de chantiers routiers, les matriaux de type enrob module lev (EME) sont largement utiliss sur le territoire franais. Ces matriaux ont des proprits mcaniques trs intressantes qui leur offrent de trs bonnes performances mcaniques en termes de rsistance la fatigue et de module, ce qui permet de rduire lpaisseur des couches dassise. Lautorisation de mise en uvre de ce genre de matriaux est la plupart du temps conditionne par la ralisation dessais de laboratoire et par le respect des seuils de performance conformment la norme europenne en vigueur. Ces performances ne sont donc valables que pour une composition bien dfinie et un compactage fix. Or, les alas de chantier ne permettent pas de garantir ces diffrents critres et entrainent parfois des carts sur le dosage des constituants et la mise en uvre du matriau, ce qui peut provoquer une diminution importante de la dure de vie de la chausse. Ltat actuel des connaissances ne permet pas de prdire prcisment leffet dun sous compactage de lEME ou dun sous dosage en liant sur le module de ce type denrob. Ainsi, dfaut dautres donnes sur le sujet, il est courant dutiliser un modle mathmatique qui est priori inadapt. En effet, ce modle a t dfini pour un autre type de matriaux, les graves bitumes, dont les caractristiques, teneur en liant (plus faible) et nature du liant (moins dur), diffrent de celles de lEME. La prservation des ressources non renouvelables exige dans le cadre de la mise en uvre du Grenelle de lenvironnement incite les entreprises de construction routire au remploi et au recyclage des matriaux bitumineux. Tout comme la teneur en liant et le pourcentage de vides, linfluence de la teneur de ces agrgats sur les proprits de lEME est encore mal connue bien que le recyclage soit fortement pratiqu (recyclage des enrobs drainants base dure dans les EME pratique franaise et hollandaise trs rpandue). Lobjectif de cette tude portera donc sur le dveloppement dun modle mathmatique permettant destimer linfluence dun sous dosage en liant, dun sous compactage et la prsence en quantits plus ou moins importante dagrgats denrob sur les performances mcaniques dun EME fabriqu partir de granulats silico-calcaires dAlsace. Par ailleurs, cette tude se basera sur une formulation denrob existante et rpondant aux niveaux dexigence prescrit dans la norme. Dans ce mmoire, nous prsenterons dans un premier temps le Centre dEtudes Techniques de lEquipement (CETE) et plus particulirement le Laboratoire Rgional des Ponts et Chausses (LRPC) de Strasbourg. Ensuite, nous discuterons de lEME de faon gnrale en abordant notamment diffrentes thmatiques telles que son dveloppement historique et ses proprits mcaniques fondamentales. Nous tudierons ensuite la mthode 7

des plans dexprience, dmarche utilise pour la dtermination du nombre et le choix des essais raliser. Nous nous intresserons galement aux diffrentes oprations ncessaires la confection des prouvettes cylindriques en vue lessai de traction (calcul des quantits de matriaux, tude de formulation, fabrication des plaques denrob, sciage, carottage, surfaage et encollage des casques) ainsi quaux diffrents essais raliss pour caractriser au mieux les matriaux dapport (analyse granulomtrique et teneur en liant des agrgats). Nous discuterons galement des essais raliss pour caractriser les enrobs fabriqus (teneur en liant, pourcentage de vides), faisant par la mme une analyse critique de ces procds. Nous prsenterons ensuite lessai MAER, les rsultats de module obtenus et leur interprtation. Enfin, nous terminerons par une partie concernant les comptences acquises lors de ce projet avant de conclure sur ltude mene.

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2. Prsentation du CETE et du LRPC2.1. Le CETEUne prsentation globale et sommaire du Centre dEtudes Techniques de lEquipement (CETE) est disponible en annexe 1. Dans ce rapport, seul est prsent le Laboratoire Rgional des Ponts et Chausses (LRPC) de Strasbourg et plus particulirement le groupe Chausse dans lequel la prsente tude a t effectue.

2.2.

Le LRPC de Strasbourg

2.2.1. Prsentation gnraleLe Laboratoire Rgional des Ponts et Chausses de Strasbourg a t cre en 1966. Il fusionnera en 1971 avec le Laboratoire Rgional de Colmar pour ensuite tre intgr au CETE de lEst en octobre 1973, date de cration du CETE. Il compte ce jour une soixantaine dingnieurs et techniciens qui mobilisent leurs comptences prioritairement en Alsace, sur le Territoire de Belfort et larrondissement de Saint-Di des Vosges. Le laboratoire de Strasbourg est compos des services gnraux et de cinq groupes techniques (G1 G6) comprenant : Groupe Gotechnique Terrassement Chausses, divis en deux sous groupes (G1 = Gotechnique + Terrassement et G2 = Chausses) ; Groupe Ouvrage dArt (G3) ; Groupe Construction (G4) ; Groupe Acoustique (G5) ; Groupe Mthodes physiques (G6).

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Lorganigramme simplifi du LRPC de Strasbourg est donn en annexe 2 pour information. Il est galement important de noter que le LRPC de Strasbourg est accrdit par le COmit FRanais dACcrditation (COFRAC) pour une partie de ses activits Essais (norme EN45001) quil ralise soit dans le cadre de ses prestations propres, soit pour lapplication des procdures de certification. De plus, pour satisfaire au mieux ses clients et partenaires, le laboratoire de Strasbourg est engag dans une dmarche de certification selon le rfrentiel de la norme ISO 9001 sur le champ de lensemble de ses activits. 9

2.2.2. Le Groupe Chausse (G2)Lorganigramme fonctionnel du groupe Chausse au 01/01/2010 est le suivant :

Figure 1. Organigramme du groupe Chausse

Les domaines dintervention du groupe G2 sont les suivants : Activit 1 : Dimensionnement et auscultation: tudes technico-conomiques, assistance technique, dtermination des caractristiques structurelles et de surface, suivi gel-dgel, expertise. Activit 2 : Matriaux de Chausses : assistance technique (participation la rdaction des dossiers de consultation des entreprises, assistance en phase chantier), vrification de la qualit des ouvrages (contrle extrieur), tudes de formulation des enrobs et expertise.

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3. Les enrobs module lev3.1. Dfinition et contexte normatif de lEME3.1.1. DfinitionLe dictionnaire de lentretien routier de lObservatoire National de la Route dfinit lEME de la manire suivante : Enrob prpar partir dun mlange de liant hydrocarbon, de granulats (ventuellement de dopes) et/ou dadditifs minraux ou organiques, doss, chauffs et malaxs dans une installation appele centrale denrobage. Ils sont destins la ralisation des assises dans le cadre de travaux neufs ou de renforcements de chausses. On distingue deux classes de performance classe 1 et classe 2. Les granularits les plus utilises sont 0/10, 0/14 et 0/20 .

3.1.2. Contexte normatifAnciennement rfrenc dans la norme franaise NF P 98-140, lEME ainsi que de nombreux autres enrobs (BBSG, BBME, BBA, BBCS, BBM et GB) est depuis fvrier 2007 repris dans la norme europenne NF EN 13108-1. Cette norme se veut spcifier les enrobs bitumineux soit par une approche empirique soit par une approche fondamentale, pour tenir compte au mieux des degrs de connaissance et dexprience des pays de lUnion Europenne. Le tableau ci-dessous prsente lextrait de cette norme qui concerne le type dEME sur lesquels les essais seront raliss lors de cette tude.

Tableau 1. Extrait NF EN 13108-1 concernant un EME 0/14 de classe 2

Remarque : Il est important de noter que le pourcentage de vides de 3 6% concerne la formulation en laboratoire. Sur chantier, la norme NF P98150-1 relative la mise en uvre des enrobs dfinit seulement un fuseau de conformit compris entre 0 et 6%.

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3.2.

Historique

Pour mieux comprendre la raison pour laquelle les EME sont apparus sur le territoire franais, il convient de sintresser tout dabord la problmatique des graves bitumes (GB), problmatique expose dans Les enrobs bitumineux Tome 2. Les premires graves bitumes sont apparues au milieu des annes 1960 pour rpondre un accroissement du trafic poids lourd. Elles taient fabriques par mlange chaud faible teneur en bitume (de 3 3,5% pour les couches de base et seulement de 1,5 2,2% en couche de fondation). Les bitumes taient assez durs pour lpoque avec des grades 40/50 ou 60/70 et les compositions granulomtriques faisaient appel 2 ou 3 coupures (0/4, 4/10 et 10/20). Concernant les teneurs en fines, celles-ci taient faibles et gnralement comprises entre 3 et 7%. A partir de la fin des annes 1970, pour limiter le phnomne de dsenrobage des GB, les teneurs en bitume ont t augmentes pour atteindre des valeurs de 4,5 5% pour les GB les plus performantes. Malgr ces modifications, le problme des graves bitumes rside dans limportance des paisseurs mettre en uvre pour obtenir des performances mcaniques de plus en plus grandissantes. Ainsi, ces considrations conomiques mles un souci de prservation des ressources naturelles ont conduit la mise au point dune nouvelle technique pour lassise des chausses, les EME. Ceux-ci permettent de rduire les paisseurs de matriaux avec des performances mcaniques leves, sinscrivant dans une politique de dveloppement durable bien avant le Grenelle de lEnvironnement. Pour atteindre cet objectif, les modifications se sont portes sur les squelettes granulaires (plus stables via lutilisation de granulats et de sables concasss), lemploi de bitume plus dur et sur les teneurs en liant plus leves que pour les GB.

3.3.

Caractristiques des EME

Dans cette partie, nous allons dans un premier temps prsenter lpreuve de formulation comprenant les diffrents essais et exigences atteindre en fonction du type denrob. Ensuite, nous rsumerons les principales caractristiques concernant les EME.

3.3.1. Les diffrents niveaux de lpreuve de formulationLe niveau dtude de formulation dpend en gnral du type denrob, du niveau de sollicitation de la chausse, de la taille de chantier et des enjeux. La plupart des enrobs ncessitent minima une tude de niveau 2 except les EME que la norme 13108-1 oriente vers une tude de niveau 4. Les diffrents essais prsents ci-dessous permettent de vrifier les caractristiques de lenrob formul vis--vis des normes en vigueur. 12

Figure 2. Niveaux de lpreuve de formulation (extrait de Les enrobs bitumineux Tome 1, MOULIERAC, 2001)

Nous prsentons prsent les diffrents niveaux sans toutefois entrer dans le dtail de lexcution des diffrents essais. Ainsi, seuls les essais raliss dans le cadre de lvaluation du module seront dtaills ultrieurement. Niveau 1 : Ce niveau permet destimer le comportement des matriaux vis--vis de leur tenue leau (essai Duriez) et vis--vis de leur maniabilit (essai Presse Cisaillement Giratoire). Niveau 2 : Ce niveau comporte les essais du niveau 1 auxquels sajoute lessai de rsistance lornirage.

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Niveau 3 : Ce niveau comporte les essais des niveaux prcdents auxquels sajoute un essai de module. Cet essai de module est spcifi dans le cas de chantiers importants et lorsque la couche intervient dans le fonctionnement structurel de la chausse (cest le cas des EME). Il existe diffrentes mthodes pour valuer le module de rigidit dun enrob. La procdure de ces diffrents essais se trouve dans la norme NF EN 12697-26. Parmi les mthodes dvaluation du module, nous comptons notamment lessai de module complexe ou lessai de traction directe MAER (Machine Asservie dEssais Rhologiques) qui sera utilis lors de nos exprimentations. Les valeurs de module sont mesures 15C, 10Hz (pour lessai complexe) ou 0,02s (essai MAER). La temprature de 15C correspond la temprature moyenne de rfrence en Europe occidentale. Le temps de charge de 0,02s, quant lui, correspond sensiblement au passage dun poids lourd 60km/h. Niveau 4 : Ce niveau comporte tous les essais cits prcdemment ainsi quun essai de dtermination de la rsistance la fatigue. Le recours cet essai intervient gnralement pour des chantiers importants, notamment sur le rseau autoroutier.

3.3.2. Les performances attendues de lEMEIl existe thoriquement deux classes de performance pour les EME (classe 1 et 2) qui diffrent de part leur teneur en liant : classe 1 : environ 4,2% de liant dans le mlange (module de richesse suprieur 2,5). Le systme normatif dfinit bien cette classe, cependant cette technique a progressivement disparu au profit des EME de classe 2. classe 2 : environ 5,6% de liant dans le mlange (module de richesse suprieur 3,4)

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Remarques : Les valeurs de teneur en liant cites correspondent des valeurs moyennes courantes en Alsace. Lapproche fondamentale de lavant propos national de la norme NF EN 13108-1 ne dfinit pas de valeurs. Les spcifications de la norme ne concernent que les performances mcaniques du matriau, libre au formulateur dajuster la teneur en liant en consquence. Le module de richesse est une grandeur qui est proportionnelle lpaisseur du film de liant enrobant les granulats et reliant la teneur en liant la surface spcifique conventionnelle des granulats. Malgr les informations concernant la qualit de 14

lenrobage que ce module fournissait, cet indicateur a disparu des normes europennes. Cest principalement la teneur en liant ainsi que sa nature (bitume dur , habituellement de grade 10/20 ou 15/25 conformment la norme NF EN 13924, obtenu par raffinage direct) qui confrent au matriau des proprits mcaniques suprieures aux GB. De plus, nous pouvons noter que ces paisseurs de mise en uvre sont galement fonction de la granulomtrie du mlange (quasi identique celles des graves bitumes) et notamment du diamtre D du plus gros grain. La norme NF P 98150-1 prcise les valeurs suivantes :

Tableau 2. Epaisseurs dutilisation par couche (extrait de Les enrobs bitumineux Tome 2, PREVOST, 2003, et de la norme NF P 98150-1)

La compacit (et donc la teneur en vide de lenrob) est galement diffrente pour lun et lautre des deux types denrob. Ainsi, pour une classe 1, la norme NF EN 13108-1 prvoit une teneur en vide in situ infrieure 10% alors que pour une classe 2, celle-ci doit tre infrieure 6%. La maniabilit tant value au pralable en laboratoire par lintermdiaire de lessai PCG, les seuils sont fonctions de la classe de performance vise et du diamtre D du plus gros granulat. La rsistance lornirage (niveau 2) doit galement tre vrifie, et ceci avec laide dun ornireur. Dans le cas dun EME (1 ou 2), la dformation verticale doit tre infrieure 7,5% 60C et 30000 cycles. Concernant le module (niveau 3), celui-ci doit tre suprieur 14000MPa (indpendamment de la classe de lEME) 15C, 10Hz ou 0,02s. Dans la norme, il nexiste pas de valeur maximale pour le module, mais nous pouvons considrer quau-del des 19000MPa, le matriau devient trop rigide et prsente en gnral une grande susceptibilit thermique basse temprature. Enfin, la dernire caractristique mesurable au niveau 4 concerne la dformation en fatigue qui est distincte pour un EME 1 dun EME 2. Concernant le premier, la spcification en fatigue est fixe au minimum 100 def (10C et 25Hz) alors que pour le second elle est de 130 def (10C et 25Hz). N.B : un tableau rcapitulatif des performances de lEME est disponible en annexe 3. 15

4. Dtermination de la quantit dessais raliser Plan dexprience4.1. Objectif et problmatique de ltudeLessai principal ralis lors de cette tude est un essai de traction directe, encore appel essai MAER. Cest partir de celui-ci que nous tenterons dtablir un modle mathmatique reliant le module de rigidit sa teneur en liant, sa teneur en vides et son pourcentage dagrgats denrobs. Le but final de cette tude est dobtenir un modle simple de la forme de celui tabli par F. Moutier pour les graves bitumes dans les annes 1980. A cette poque, les travaux de F. MOUTIER, bas sur la mthodologie des plans dexprience, avaient permis de quantifier limpact dune variation de liant et de compacit sur le module et le comportement en fatigue dune GB. Il avait alors pu tablir le modle mathmatique suivant :

Tableau 3. Formule de Moutier pour les graves bitumes (extrait du guide technique Conception et dimensionnement des structures de chausse, DESTHUILLIERS, 1994)

Pour parvenir quantifier linfluence des facteurs liant, compacit et agrgats, nous avons dcid de les tudier sur les 3 niveaux suivants : Teneur en liant : valeur cible 5,6% 0,6%. Cette valeur correspond la valeur moyenne des EME 0/14 de classe 2 sur la rgion Alsace. Teneur en vides : 5% 3,5%. Le domaine tudi correspond des valeurs reprsentatives issues de chantiers alsaciens. Pourcentage dagrgats denrobs : 0%, 20% et 40%. Le domaine dtude reflte les pratiques courantes de recyclage en Alsace.

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Remarque : La largeur des fuseaux tudis pour la teneur en liant et le pourcentage de vides dpassent volontairement celle des fuseaux de spcification du systme normatif en vigueur. Cette dmarche rpond aux objectifs du stage qui vise valuer plus particulirement limpact dun sous dosage en liant et dune sous compacit du matriau sur les performances mcaniques. De plus, la valeur de vides dans un enrob est difficile atteindre avec exactitude dans la pratique et des variations de plus ou mieux 1 voire 2 points compare la valeur vise sont frquentes. De ce fait, des valeurs en vides vises trop proches (3%, 4,5% et 6%) pourraient conduire des niveaux atteints dans la pratique se chevauchant, ce qui est videmment exclure. Une tude exprimentale complte de linfluence de chacun de ces paramtres est proscrire car cela reviendrait raliser 33 soit 27 plaques denrob diffrentes, ce qui est irraliste et irralisable dans un laps de temps de 5 mois. Il a donc fallu trouver un moyen rflchi pour rduire le nombre dessais tout en maximisant linformation obtenue, ce qui est ralisable avec les plans dexprience.

4.2.

Plan dexprience

4.2.1. PrincipeLa mthode des plans dexprience est une mthode qui permet dtablir sil existe des relations de dpendance entre certains facteurs (dans notre cas la teneur en liant, la teneur en vides et le taux dagrgats) et certaines rponses (ici module) et de les modliser. La diffrence capitale avec la mthode classique tient au fait que lon fait varier les niveaux (ici les pourcentages des diffrents facteurs) de tous les facteurs la fois chaque exprience de manire programme et raisonne. Ceci offre de nombreux avantages comme la diminution du nombre dessais ou la possibilit dtudier un nombre de facteurs plus grand tout en optimisant les rsultats. Cette mthode, qui de prime bord semble rvolutionnaire et relativement simple dans son principe, ncessite toutefois une interprtation pousse et souvent complexe des rsultats laide doutils mathmatiques divers. De plus, nous ne pouvons pas priori garantir le rsultat dune telle mthode et ne sommes pas labri dune interprtation qui pourrait rester trop creuse et donc nous dcevoir quelque peu en matire de rsultats.

4.2.2. Plan adopt : carr latin 33-1Dans le but de rduire le nombre dexpriences (initialement 27), nous avons dcid demployer un plan factoriel fractionnaire dit carr latin , ce qui nous permet de ramener le nombre dessais, c'est--dire le nombre de plaques fabriquer, 9, tout en gardant nos 3 17

facteurs 3 niveaux initiaux. Ce plan ainsi que le plan complet dont il est issu sont disponibles en annexe 4. Le choix des 9 essais sur les 27 peut normalement seffectuer partir de logiciels de statistiques tels que Statgraphic V4.1 (logiciel utilis par le LCPC). Dans notre cas, nous avons dans un premier temps choisis notre plan dexprience en se basant sur la littrature (et notamment les ouvrages de J. GOUPY, La mthode des plans dexprience (2006) et Les plans dexprience (2006)). Une fois ce choix effectu, nous avons voulu voir si le choix obtenu avec Statgraphic V4.1 tait identique mais aprs plusieurs tentatives, cela ntait toujours pas le cas. De ce fait, nous avons prfr garder notre plan de dpart (bas sur la littrature), plus vrifiable que celui propos par un logiciel assimilable une boite noire.

Figure 3. Reprsentation graphique du plan carr latin adopt

Une fois cale la dtermination des essais raliser, la mthode de randomisation est employe pour limiter les ventuels biais. En effet, de petites variations dues des facteurs non contrls peuvent lgrement modifier les rponses mesures sans que lon puisse les connatre. Ces petites variations peuvent introduire des erreurs chaque mesure. Pour viter ces variations des niveaux des facteurs non contrls, il est prfrable de donner un ordre au hasard aux essais, c'est--dire de les randomiser. Cette randomisation a pour rsultat de rendre alatoire la rpartition des erreurs systmatiques et ainsi de permette lapplication des tests statistiques.

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La randomisation peut seffectuer laide dun simple tirage au sort ou laide de logiciels tel que Matlab, logiciel utilis ici. Finalement, nous obtenons la procdure dessais suivante : Essais non randomiss 4 6 1 8 3 2 7 9 5 Agrgats (%) 20 20 0 40 0 0 40 40 20 Teneur en Teneur en Ordre liant (%) vide (%) (essais randomiss) 5,00 6,20 5,00 5,60 6,20 5,60 5,00 6,20 5,60 5,0 1,5 1,5 1,5 8,5 5,0 8,5 5,0 8,5 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Dnomination de la plaqueA B C D E F G H I

Tableau 4. Ordre des essais et dnomination des plaques denrob correspondantes

4.3.

Partenariat avec le LRPC dAngers

Le laboratoire dAngers ralisera des essais de fatigue en complment de cette tude. Pour ce faire, ils doivent disposer des mmes matriaux (mme provenance, mme mode de prparation des prouvettes). Compte tenu du temps imparti et du temps de prparation des plaques denrob, la norme dessai NF EN 12697-26 ne sera pas totalement suivie la lettre au niveau du nombre dprouvettes tudis par rsultat dessai (3 raliss pour 4 selon la norme). Ces 3 prouvettes ddies lessai MAER seront prleves sur une demi plaque ; lautre demi plaque sera rserve au LRPC dAngers pour la ralisation des essais de rsistance la fatigue.

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5. Les matriaux5.1. Provenance et caractristiques des matriaux5.1.1. GranulatsLes granulats proviennent des stocks Valff Enrobs (Helmbacher) qui ont t utilis pour la fabrication de lEME 0/14 de classe 2 destine au chantier A35 (PR 417 423) (entreprise Eurovia) en 2009. Leurs courbes granulomtriques et caractristiques intrinsques sont disponibles en annexe 5. Cest partir de ces courbes que seront calcules grossirement les quantits prlever alors que la formulation pour la ralisation de nos plaques denrob ncessitera des essais granulomtriques internes au LRS pour ajuster plus finement les dosages des coupures granulaires. Date de prlvement : 08 et 09 mars 2010

5.1.2. Filler dapportLe filler dapport provient galement des stocks Valff Enrobs qui ont t utilis pour le chantier A35. Aucun test complmentaire nest ralis sur ces fines et la formulation se fera laide des donnes du laboratoire EUROVIA. Date de prlvement : 12 mars 2010

5.1.3. BitumeLe bitume 10/20 ncessaire pour la ralisation des prouvettes dEME est un bitume de grade dur. Peu de raffineries franaises fabriquent ce type de produits et suite des mouvements de grves de divers sites ptroliers, le bitume proviendra de la raffinerie Shell Mannheim (Allemagne). Date de prlvement : 15 mars 2010 Caractristiques fournies par lusine : Temprature Anneau et Bille : TBA= 69C (donne Shell) Pntrabilit 25C : 16 x 0,1mm (donne Shell)

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5.1.4. Agrgats denrobsLes agrgats denrobs proviennent eux aussi des stocks Valff Enrobs qui ont t utiliss pour le chantier A35 (PR 417 423) en 2009. La courbe granulomtrique fournie par les analyses du laboratoire EUROVIA est disponible en annexe 5 et des analyses complmentaires internes au LRS ont t raliss (rsultats prsents ultrieurement dans le rapport). Date de prlvement : 09 mars 2010 Caractristiques fournies par lusine : Temprature Anneau et Bille : TBA= 60,9C (donne EUROVIA) Pntrabilit 25C : 22,7 x 0,1mm (donne EUROVIA)

5.2.

Quantits des constituants

La dmarche du calcul des quantits des constituants ainsi que ltape de recomposition sur laquelle elle est base sont explicits en annexe 7. Nous ne prsentons ici que les rsultats importants. Comme nous lavons vu prcdemment, le plan dexprience prvoit la fabrication de 9 plaques (3 plaques pour chacun des pourcentages dagrgats). Cependant, nous prvoyons lapport de matriau pour 6 plaques sans agrgats supplmentaires (au cas o linterprtation du plan dexprience serait trop creuse, ce qui permettrait la ralisation ultrieur dessais complmentaires). Dans ce cas, les fabrications et essais raliss sur ces 6 plaques seraient probablement faits ultrieurement par une tiers personne, faute de temps. Nous arrivons donc aux quantits de matriaux suivantes :Plaques fabriquer sans agrgat 20% Ag 40% Ag 9 3 3 17,63 kg 330,53 kg 66,11 kg 80,80 kg 198,32 kg 0 3,43 kg 85,69 kg 0 34,76 kg 58,27 kg 48,96 kg 1,22 kg 53,86 kg 0 22,03 kg 56,06 kg 97,92 kg Plaques supplmentaires sans agrgat 20% Ag 40% Ag 5 3 3 9,79 kg 183,63 kg 36,73 kg 44,89 kg 110,18 kg 0 3,43 kg 85,69 kg 0 34,76 kg 58,27 kg 48,96 kg 1,22 kg 53,86 kg 0 22,03 kg 56,06 kg 97,92 kg total G Tableau 5. Quantit totale de matriaux prlever Total 26 36,72 kg 793,24 kg 102,83 kg 239,27 kg 537,15 kg 293,77 kg 2002,98 kg

Nombre de plaques

FA 0/4 4/6 6/10 10/14Agrgats

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Il semble vident quil faille prendre plus de matriaux que le strict minimum. En effet, le risque de fabriquer des plaques trop loignes des caractristiques recherches est toujours possible. De plus, des essais complmentaires, comme lanalyse granulomtrique par exemple, doivent tre raliss. Ainsi, il vaut mieux prvoir lenlvement de plus de matriaux pour sassurer de lhomognit de ceux-ci. Par exemple, les caractristiques de fabrication des granulats provenant de la mme gravire mais prlevs deux temps diffrents peuvent volues par leur mode de concassage ou de stockage. De mme, il est vident que le bitume, bien que provenant dune mme raffinerie, naura pas exactement les mmes caractristiques suivant les dates de prlvement. De ce fait, en commandant plus de matriaux que ncessaire, les risques de biais introduits par une volution des caractristiques des constituants sont limits. Concernant la quantit de bitume, nous partons sur une teneur en liant moyenne de 5,60% pour une plaque (calcul bas uniquement sur des plaques sans agrgat, c'est--dire ne prenant pas en compte lapport en liant des fraists denrob), soit 4,57kg/plaque, ce qui nous donne une quantit commander de lordre de 75kg pour permettre la ralisation des 15 plaques.

22

6. PlanningAvant de pouvoir raliser les essais MAER, un certain nombre doprations (confection des plaques, sciage, carottage, surfaage et collage des casques) ainsi que divers essais (analyse granulomtrique, teneur en liant, banc gamma vertical) sont ncessaires. Toutes ces oprations doivent tre ralises en un temps limit et optimis au maximum. Pour ce faire, un planning savre utile. Celui-ci permettra en outre de sassurer de la faisabilit, de la bonne excution des travaux ainsi que la traabilit de ltude. Un planning initial, labor avant les diffrentes fabrications, a donc t mis en place. Celui-ci a videmment volu au fil du temps, notamment cause de dlais dexcution erron et de lexprience acquise tout au long du stage, exprience qui a permis doptimiser ces dlais. Nous prsentons le planning rel du PFE, ralis via le logiciel Project, tenant compte de toutes ces modifications en annexe 8.

23

7. Analyse granulomtrique et teneur en liant7.1. PrliminairesDans ce chapitre et ceux qui suivent, nous prsenterons uniquement les rsultats et les valeurs importantes des diffrents essais et oprations pralables lessai MAER. Leurs principes, leurs rfrences normatives et les points importants de leur excution sont donns en annexe. Ainsi, nous nous contenterons de renvoyer le lecteur lannexe appropri pour en connatre les dtails.

7.2.

Analyse granulomtrique

7.2.1. Objectif de lanalyseNous disposons dj des rsultats des analyses granulomtriques effectues par EUROVIA et qui ont t utilises pour la formulation de lEME tudi. De ce fait, notre analyse granulomtrique a uniquement pour but de vrifier les rsultats annoncs (disponibles en annexe 5) et dajuster, si besoin est, les formulations aux diffrentes teneurs dagrgats utilises prcdemment pour le calcul des quantits de constituants. La norme ne prvoit pas un nombre dessais granulomtriques fixe. Dans un souci de reprsentativit, nous choisissons ici deffectuer 3 analyses granulomtriques par coupure pour les granulats et 4 pour les agrgats. La dmarche et le principe dexcution de cet essai sont donns en annexe 9.

7.2.2. Interprtation des rsultats de lanalyse granulomtriqueLa caractrisation granulomtrique a une incidence sur la formulation de lenrob. Ainsi, si nous dsirons coller au mieux aux courbes granulomtriques de la formulation de lEME prsente par EUROVIA, il nous faut une granulomtrie la plus similaire possible celle utilise. Comme nous lavons dj dit, les matriaux utiliss pour cette tude proviennent des mmes stocks que ceux utiliss par EUROVIA lors de leur formulation. Ainsi, nous devrions obtenir un rsultat danalyse granulomtrique semblable. Lensemble des rsultats des analyses granulomtriques est disponible en annexe 9. Pour mieux les comparer celles effectues par EUROVIA, nous les reprsentons sur le graphique suivant : 24

Figure 4. Comparaison des courbes granulomtriques effectues par EUROVIA et au LRS (Laboratoire Rgional de Strasbourg)

25

Comme nous pouvons le voir, les rsultats des analyses sont similaires (en prenant en compte la reproductibilit de lessai) pour les diffrentes coupures, sauf en ce qui concerne le 0/4 qui apparat nettement moins grenu dans notre analyse. En labsence de rsultats dEUROVIA sur la fraction 4/6, la comparaison na pu tre mene sur cette coupure. Pour le sable (0/4), la norme prvoit une quantit de matriau minimale de 200g. Ainsi, nos 3 analyses ont t effectues sur une quantit moyenne de 300g. Cependant, en vue des rsultats relativement loign de cette coupure compare lanalyse ralise par EUROVIA, nous avons ralis 3 analyses granulomtriques supplmentaires avoisinant les 1400g dans le but de vrifier les rsultats de la premire analyse. Les rsultats numriques sont donnes en annexe 9 et nous comparons sur le graphique lensemble des donnes sur le sable.

Figure 5. Analyses granulomtriques du sable

Les rsultats concernant les parties grenus sont similaires et confirment la tendance mais ce nest pas le cas pour les parties fines. En effet, la 2me analyse, nous obtenons un passant au tamis de 63microns proche des 6,5%, c'est--dire une diffrence de 4% avec la 1re analyse. Une telle diffrence est difficilement explicable, lessai tant ralis sur 3 chantillons chaque fois. En tout cas, la valeur de 6,5% parat trop faible pour un sable. Nous dcidons donc de partir sur les rsultats de la 1re analyse (sur 300g de sable) pour notre tude de formulation. Remarque : Le fait davoir une courbe de 0/4 diffrente de celle utilise EUROVIA peut avoir des consquences sur la formulation. Cependant, celles-ci restent minimes. En effet, calculer dans le cas le plus dfavorable, la drive de plus ou moins 4% sur le sable entrainerait une modification de plus ou moins 1,4% en fines). 26

7.3.

Teneur en liant

Lanalyse effectue laide de lAsphalt Analysator (voir annexe 10) sur 4 chantillons dagrgats denrob nous permet de connatre la teneur en liant des agrgats. Comme nous pouvons le voir sur le tableau ci-dessous, cette valeur de teneur en liant est quasi identique pour les 4 chantillons tudis, ce qui nous laisse penser que le mlange bitume-granulats a t bien excut. Pour nos formulations, nous prendrons une moyenne de teneur en liant gale 5,02% (rsultats complets disponibles en annexe 10).

Asphalt AnalysatorN Echantillon Teneur en Liant 1 4,99% 2 4,96% 3 5,05% 4 5,09% Moyenne 5,02%

Tableau 6. Teneur en liant des agrgats

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8. Formulation du mlange bitumineuxConnaissant prsent les caractristiques relles du matriau prlev (granulomtrie et teneur en liant) et en vue des rsultats obtenus, nous devons affiner la formulation de lenrob. En effet, nous devons prsent connatre avec prcision les quantits de matriau et de bitume injecter pour obtenir, en thorie, les caractristiques recherches pour les 9 plaques.

8.1.

Etude de formulation

Il sagit ici de raliser ltude de formulation pour chacune des plaques (avec respectivement 0%, 20% et 40% dagrgats) et ce pour des teneurs en liant de 5,00%, 5,60% et 6,20%. Cette tude de formulation consiste, comme celle effectue pour la quantit de matriaux prlever, modifier les fractions des diffrentes coupures de granulats tout en gardant une certaine proportionnalit entre les valeurs des plaques avec et sans agrgats. Nous tenterons ainsi de coller au mieux notre courbe sans agrgats celle de rfrence EUROVIA et celles avec agrgats celle de rfrence 30% dagrgats dEUROVIA. La diffrence maximale entre ces courbes doit tre infrieure 8 points pour une coupure granulaire pour ainsi ne pas modifier de manire significative le comportement mcanique de lenrob. Il faudra galement sassurer que lon se trouve bien lintrieur du fuseau dun EME 10/14 (valeurs fournies en annexe 7). Une fois ltude de formulation ralise pour une teneur en liant gale 5,60%, il faut sintresser aux teneurs en liant de 5,00% et 6,20%. Pour ces formulations, nous modifions uniquement le pourcentage de 6/10 pour retomber sur un total de 100%. En effet, cette fraction granulaire influe peu sur lallure de la courbe granulomtrique. Les rsultats de la totalit des formulations ainsi que les formules mathmatiques principales employes sont disponibles en annexe 11. Nous explicitons ci-dessous le principe de la dmarche de formulation pour la plaque sans agrgats :

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3Etapes de formulation:- faire correspondre la courbe granulomtrique de 2 1 (ici rf 0% car plaque sans agrgats) tout en gardant au maximum les proportions des diffrentes coupures. - tablir la formulation de 3 puis 4 en ne modifiant que la fraction 6/10 (cette fraction influant peu sur la courbe granulomtrique lorsquon la modifie lgrement) pour obtenir un total de 100,00.Granulo. Coupures 0/4 4/6 6/10 10,2 0,1 0,4 11,5 0,1 0,4 0,1 0,5 14,3 0,2 0,5 21,7 25,2 0,2 0,6 32,7 0,3 0,7 0,7 0,8 49,0 0,9 72,7 1,0 4,0 91,7 1,0 5,4 97,3 5,3 9,4 99,0 29,8 100,0 81,7 13,7 100,0 99,9 46,6 100,0 100,0 85,7 100,0 100,0 99,9 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0 100 2,65 2,65 2,65 Granulos.LRS agrgats 10,6 11,1 13,3 17,1 18,8 22,0 28,6 39,9 49,9 55,1 62,1 69,7 79,3 88,4 96,9 99,2 100,0 100 2,65 Formule F.A. 0/4 4/6 6/10 10/14 agrgats t.l. tot l.agrgats l. apport EME 0/14 (0% Ag) 2,4% 40,0% 13,0% 13,6% 26,0% 5,00% 0,00% 5,00% 100,00%

2EME 0/14 (0% Ag) 2,4% 40,0% 13,0% 13,0% 26,0% 5,60% 0,00% 5,60% 100,00% 6,4 7,1 8,5 11,9 13,4 16,7 24 34 42 45 50 59 66 72 85 94 100 100 2,65 g/cm3

4EME 0/14 (0% Ag) 2,4% 40,0% 13,0% 12,4% 26,0% 6,20% 0,00% 6,20% 100,00% 6,5 7,2 8,5 12,0 13,5 16,8 24 34 43 46 50 59 66 72 85 94 100 100 2,65 g/cm3

1Rf. 0% Rf. 30% 2,4% 1,1% 45,0% 30% 9,0% 11,0% 10% 27,0% 25% 28,3% 5,60% 5,60%

Tamis 0,063 0,080 0,125 0,250 0,315 0,5 1 2 3,15 4 5 6,3 8 10 12,5 14 16 20 M.V.R.

F.A. 78,6 83,5 90,0 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0 100 2,67

10/14 0,2 0,2 0,2 0,3 0,3 0,4 0,5 0,6 0,8 0,9 1,0 2,6 4,2 5,7 46,0 77,6 99,0 100 2,65

Tamis 6,4 0,063 7,1 0,080 8,4 0,125 11,8 0,250 13,3 0,315 16,6 0,5 24 1 34 2 42 3,15 45 4 50 5 58 6,3 66 8 72 10 85 12,5 94 14 100 16 100 20 2,65 g/cm3 MVR G

6,6 7,2 12,0 13,0 15,0 22 32 50 61 67 73 88 98 100 100 D.Bit. :

7,0 7,5 12,0 14,0 17,0 23,0 33,0 49,0 57,0 63,0 72,0 88,0 97,0 99,0 100 1,033

Tableau 7. Explication du principe de ltude de formulation. Exemple de la plaque sans agrgats

29

Remarques: Dans la partie granulo , les donnes inscrites en vert sont les donnes interpoles graphiquement laide des rsultats obtenus pour les tamis utiliss lors de lanalyse granulomtrique. Les masses volumiques relles (MVR) des granulats sont prises gales 2,65g/cm3 (granulats silico-calcaires du Rhin) et le filler est pris 2,67 g/cm3 (donne EUROVIA). Ces valeurs vont notamment nous permettre de calculer la masse volumique relle de lenrob et ainsi de dterminer la quantit de chacun des matriaux ncessaire pour la fabrication de la plaque denrob.

-

8.2.

Calcul des quantits

Les quantits de matriaux ncessaires la fabrication de la totalit des plaques du plan dexprience complet ainsi que les formules mathmatiques principales employes sont disponibles en annexe 11. Nous ne donnons ici quun tableau rcapitulatif concernant les quantits des 9 plaques raliser. Pourcentage d'agrgats 0% 20% 40% vis Caractristiques Teneur en 5,00% 5,60% 6,20% 5,00% 5,60% 6,20% 5,00% 5,60% 6,20% thoriques liant vis Teneur en vides vis FA 0/4 4/6 6/10 10/14 agrgats liant d'apport 10/20 liant total (agrgats + apport 10/20) 1,5% 2,049 34,142 11,096 11,608 22,193 0 4,268 5,0% 1,959 32,645 10,610 10,610 21,219 0 4,570 8 ,5% 1,870 31,173 10,131 9,664 20,262 0 4,832 1,5% 0,988 26,753 0 14,405 19,591 16,463 3,289 5,0% 0,943 25,545 0 13,283 18,706 15,720 3,612 8,5% 1,007 27,263 0 13,674 19,965 16,777 4,359 1,5% 0,396 17,045 0 8,721 17,441 31,712 2,372 5,0% 0,423 18,191 0 8,799 18,614 33,843 3,039 8,5% 0,405 17,394 0 7,928 17,799 32,361 3,391

Quantit de matriaux en kg

Quantit de liant en kg

4,268 C

4,570 F

4,832 E

4,116 A

4,402 I

5,201 B

3,964 G

4,738 D

5,016 H

Dsignation plaque

Tableau 8. Quantit de matriaux ncessaires pour la ralisation des 9 plaques du plan dexprience

30

9. Confection de la plaque denrobConnaissant prsent les quantits exactes ncessaires pour la fabrication des diffrentes plaques, nous pouvons les raliser, dans lordre donn par la randomisation du plan dexprience. Les principes du malaxage et du compactage sont donns en annexe 12.

9.1.

La fabrication

La prparation des granulats et des agrgats, c'est--dire la mise en bacs des quantits respectives ncessaires, seffectue la veille de la fabrication de la plaque. Pour pouvoir prlever le bitume 10/20, nous le chauffons 70C (le point de ramollissement tant 69C) pendant une dure suprieure 5h (ft de 25kg). Concernant les temps de chauffe, nous observerons les rgles suivantes : Environ 10h 180C pour les granulats ltuve ventile Environ 3h 180C pour les agrgats ltuve ventile Environ 3h 180C pour le bitume dapport ltuve ventile

Nous pouvons galement noter que le moule dans lequel sera ralis la plaque ainsi quun bac vide utilis pour le transfert de lenrob du malaxeur au compacteur sont systmatiquement mis ltuve 3 heures avant la fabrication pour viter un refroidissement inutile de lenrob et qui savrerait endommageable lors du compactage (difficult de compactage). Nous rappelons prsent les points importants de la fabrication de lenrob. Lincorporation des granulats se fait de la fraction granulaire la plus grosse la plus fine, c'est--dire tout dabord le 10/14, le 6/10, le 4/6, le 0/4 et le filler (gnralement pralablement mlang au 0/4 car plus volatile). Lorsque le mlange comporte des agrgats, leur incorporation se fait en lieu et place du 4/6. Une fois ces constituants dans le malaxeur, nous entreprenons un malaxage sec pendant 1 minute. Ensuite, nous incorporons le bitume neuf et procdons nouveau au malaxage pendant 3 minutes. Ces donnes de squenage, de temps et de temprature de chauffe ainsi que les dures de malaxage sont importantes car elles peuvent influencer le comportement mcanique final de lenrobage.

31

9.2.

Le compactage

Une fois le mlange bitumineux labor, celui-ci est extrait du malaxeur pour pouvoir tre compact. Il existe deux types de compactage, fort et faible, qui se distinguent par la charge applique (10kN pour le fort contre 4kN pour le faible) et par le nombre de passes effectues. Sagissant dun EME, nous avions tout dabord envisag lutilisation dun compactage fort quelque soit le pourcentage de vides obtenir, les quantits de matriaux arases la surface du moule dfinissant en thorie elles seules le pourcentage de vides final. Cependant, comme nous le verrons dans les observations ci-aprs, cela nest pas aussi simple. Nous nous rservons le droit de modifier le nombre de passes en fonction du pourcentage de vides atteindre, restant cependant proportionnel dans le nombre de passages avant, arrire et central. Les plans de compactage raliss pour chacune des plaques sont disponibles en annexe 12. Aprs ce compactage, la plaque denrob obtenue a les dimensions thoriques suivantes :

Figure 6. Schma dune plaque denrob ralise

Remarque : Nous verrons que la hauteur peut varier de lordre du centimtre suivant le compactage rellement ralis et en vue des difficults ventuelles rencontres.

9.3.

Observations

Lors de la confection des diffrentes plaques, certaines conclusions pratiques nous sont apparues. Ainsi, nous avons pu nous apercevoir de faon pratique que plus le pourcentage dagrgats tait lev (dans les limites de ltude, c'est--dire 40%), plus lenrob tait maniable et donc la plaque plus facile compacter.

32

Ainsi, il est apparu trs difficile de compacter la plaque C (Ag=0%, TL=5% et V=1,5%). En effet, lors de la confection de cette plaque, nous observons un delta rsiduel sur la hauteur de lordre du cm. Ceci aura indubitablement des consquences sur la teneur en vides de lprouvette, observables (aprs sciage et carottage) lil nu sur la figure cidessous et au banc gamma.

Figure 7. Eprouvettes C2 gauche 3% de vides pour 1,5% vis ( 0% dagrgats) et D2 droite 2,2% de vides pour 1,5% vis ( 40% dagrgats)

Ce sous compactage peut notamment tre d une moindre maniabilit de lenrob cause par une teneur en liant insuffisante. De plus, des considrations pratiques telles que la rapidit dexcution de la plaque (et donc un matriau moins chaud et plus difficilement compactable) peuvent galement expliquer ce phnomne, mme si la ralisation (avec plus de soin) dune deuxime plaque C aboutit elle aussi a des difficults de compactage. Le sur compactage, notamment pour la plaque E, a galement pos quelques problmes. En effet, lutilisation dun plan de compactage fort pour une teneur en vides de 8,5% est proscrire, et ce mme pour un EME dont le bitume est considr comme dur. Ainsi, aprs plusieurs tentatives, il est apparu plus judicieux dadopter un compactage fort pour les teneurs en vides de 1,5% et 5% et faible pour 8,5%. Nous verrons cependant, dans le chapitre 11 Dtermination de la teneur en vides, que cela na pas permis de rsoudre tous les problmes lis au sur compactage.

33

10. Sciage, carottage et surfaageLes principes et normes auxquels se rattachent ces diffrentes oprations sont exposs en annexe 13. Nous ne prsentons ici que les plans pratiques de sciage et de carottage.

10.1.

Sciage de la plaque

Il sagit tout dabord de couper la plaque en 2 tel que dfini ci-dessous puis de couper la partie do seront extraites les prouvettes cylindriques. Sur le schma ci-dessous, seule la partie hachure rose est jeter.

Figure 8. Plan de sciage

10.2.

Carottage des prouvettes

Pour notre tude, nous ne rcuprons donc que le morceau de plaque de 220x400x150mm. Le carottage des prouvettes se fait par la face intrieure de cette plaque. Le diamtre de la cloche de la carotteuse est lgrement suprieur 80mm pour obtenir une prouvette cylindrique de 80mm. Il est important que le carottage soit net pour limiter les incidences sur la mesure au banc gamma et ventuellement sur les rsultats de traction. Ainsi, il est ncessaire de prendre la plus grande prcaution lors de lavancement de la carotteuse, en gardant autant que possible la mme vitesse davancement et en vitant les lgers retours en arrire qui provoqueraient des stries sur lprouvette. (Cela a dailleurs t le cas lors du carottage de la plaque C, entrainant du mme coup la fabrication dune nouvelle plaque. En effet, lessai MAER tant dj simplifi 3 prouvettes, il nest pas envisageable de rduire encore ce nombre). 34

Figure 9. Plan de carottage (exemple de la plaque EME A (Ag=20%, TL=5% et V=5%))

Comme nous pouvons le voir sur la figure ci-dessus, une dnomination claire a t ncessaire dans le but de rfrencer chaque prouvette carotte de chacune des 9 plaques fabriques. Cette dsignation est la suivante : Pourcentage d'agrgats Teneur en liant 20% 5,00% 20% 6,20% 0% 5,00% 40% 5,60% 0% 6,20% 0% 5,60% 40% 5,00% 40% 6,20% 20% 5,60% Teneur en vide 5,0% 1,5% 1,5% 1,5% 8,5% 5,0% 8,5% 5,0% 8,5% Ordre 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Dsignation EME A.2 EME B.2 EME C.2 EME D.2 EME E.2 EME F.2 EME G.2 EME H.2 EME I.2 centre

EME A.1 EME B.1 EME C.1 EME D.1 EME E.1 EME F.1 EME G.1 EME H.1 EME I.1 gauche

EME A.3 EME B.3 EME C.3 EME D.3 EME E.3 EME F.3 EME G.3 EME H.3 EME I.3 droite

Tableau 9. Dsignation utilise pour rfrencer les plaques

Lordre figurant ici a son importance pour respecter la randomisation adopte dans le plan dexprience. Cependant, lors de lexcution des travaux, certains problmes de carottage ou des problmes de teneur en vides relles trop loignes de celles vises nous ont amen excuter les essais dans un ordre diffrent. De plus, faute de temps d un planning relativement complet et un temps de stage court, il ntait pas possible de retarder les essais dans lattente de la plaque parfaite . Toutefois, ces problmes tant imputable au hasard, il pourra tre considr quils nont pas dinfluence sur la randomisation, celle-ci tant ellemme le fruit du hasard (via le logiciel Matlab).

35

11. Dtermination de la teneur en vides11.1. Mthodes utilisesIl existe diffrentes mthodes prvues dans la norme pour dterminer le pourcentage de vides dune prouvette. Celles-ci, bases sur le calcul de la masse volumique apparente (masse par unit de volumes incluant les vides dair), sont au nombre de trois : la dtermination gomtrique, la pese hydrostatique et le banc gamma vertical. Les principes de chacune dentre elles, les formules utilises pour la dtermination de la teneur en vides ainsi que les rsultats obtenus sont disponibles en annexe 14. En outre, il faut savoir que la mthode la plus pointue semble tre dans notre cas celle au banc gamma. En effet, la mthode gomtrique est simple dutilisation mais en thorie moins fiable que les deux autres, notamment cause des imprcisions gomtriques de lprouvette lors de la fabrication qui ne peuvent tre prises en compte au cours de sa mesure. De plus, dans notre cas, seule la mesure au banc gamma est ralise sur lprouvette, la pese hydrostatique tant ralise sur la partie situe entre les prouvettes (aprs carottage) comme nous pouvons le voir sur la figure ci-dessous (ceci pour des raisons pratiques). Ainsi, cette mthode ne permet pas, dans notre cas, de connatre le pourcentage de vides de lprouvette considre, mais doit toutefois thoriquement donner des rsultats relativement similaires, do son utilisation. Les valeurs retenues seront donc celles obtenues au banc gamma.

Emplacement prouvette EME I1

Emplacement prouvette EME I2

Figure 10. Exemple de I paraffin ( I 12) utilis pour la mthode hydrostatique

36

11.2.

Rsultats obtenus et interprtation

Nous donnons ci-dessous le rcapitulatif des rsultats de vides obtenus, en %, par les diverses mthodes cites prcdemment pour ensuite en tirer plusieurs conclusions.Dnomination % vides gamma moy gamma % vides go moy go % vides hydro sur "I" Ep. A Ep. B C1 Ep. C C2 3,0 3,2% 2,9 3,3% 3,9% C3 Ep. D Ep. E F1 Ep. F F2 F3 G1 Ep. G G2 G3 H1 Ep. H H2 H3 I1 Ep. I I2 I3 Ep. Epsilon Ep. Gamma

A1 A2 A3 B1 B2 B3

D1 D2 D3 E1 E2 E3

eps1 eps2 eps3 gam1 gam2 gam3 4,0 3,6 4,0% 4,9 4,3 4,7% 5,5% 5,0 3,7 4,3 3,7 3,1 3,7% 3,3 3,8% 4,5% 4,4 4,2

4,0 3,3 3,9 1,1 1,1 1,0 3,2 3,7% 4,0% 3,7% 1,1% 1,7% 2,0%

3,5 2,2 2,1 1,9 3,6 3,2 3,9 2,7 2,6 3,2 4,8 4,6 5,4 3,4 2,7 3,3 5,0 4,3 4,7 2,1% 1,9% 2,7% 3,6% 3,7% 5,0% 2,8% 2,9% 3,9% 4,9% 4,9% 6,5% 3,1% 3,0% 4,8% 4,7% 4,7% 5,4%

4,2 3,6 4,3 1,7 1,9 1,5 3,3

3,8 2,0 1,8 1,8 3,5 3,3 4,2 2,8 2,6 3,2 4,7 4,7 5,4 3,1 2,8 3,3 5,2 4,2 4,8

Tableau 10. Rcapitulatif des teneurs en vides obtenues

11.2.1.

Interprtation gnrale

Cette interprtation concerne la variation constate entre la teneur en vides souhaite et celle rellement obtenue. Pour ce faire, nous rappelons ci-dessous uniquement les rsultats de la mthode gamma.Ep. A Ep. B Ep. C Ep. D Ep. E Ep. F Ep. G Ep. H Ep. I Ep. Epsilon Ep. Gamma % vides viss 5,0% 1,5% 1,5% 1,5% 8,5% 5,0% 8,5% 5,0% 8,5% 8,5% 8,5% Dnomination A1 A2 A3 B1 B2 B3 C1 C2 C3 D1 D2 D3 E1 E2 E3 F1 F2 F3 G1 G2 G3 H1 H2 H3 I1 I2 I3 eps1 eps2 eps3 gam1 gam2 gam3 % vides gamma moy gamma 4,0 3,3 3,9 1,1 1,1 1,0 3,2 3,0 3,5 2,2 2,1 1,9 3,6 3,2 3,9 2,7 2,6 3,2 4,8 4,6 5,4 3,4 2,7 3,3 5,0 4,3 4,7 4,0 3,7% 1,1% 3,2% 2,1% 3,6% 2,8% 4,9% 3,1% 4,7% 3,6 4,0% 4,3 3,7 3,1 3,7% 4,2

Tableau 11. Comparaison teneur en vides du banc gamma aux valeurs initialement souhaites

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Nous pouvons tout dabord constater, comme il en a t question dans le chapitre 9, quil est trs difficile dobtenir le pourcentage de vides souhait, et ce quelque soit la valeur de vides dsire. Ainsi, nous observons une variation minimale de 0,4 points ( la mthode gamma) concernant les prouvettes B (1,1% de vides rels contre 1,5% souhait) alors que lcart maximal observ est denviron 4,5 points (pour les prouvettes Epsilon dont la moyenne est de 4,0% contre 8,5% souhaite), et ce malgr un compactage priori adapt (pas le cas pour les prouvettes E). En effet, il faut rappeler que la plaque Epsilon a t compacte laide dun compactage dit faible (c'est--dire moins de passes et surtout une nergie de compactage moins importante). Le sous compactage, bien que peu frquent dans notre cas except pour la plaque C, est relativement simple expliquer. Il en a dailleurs dj t question dans la partie Observations du chapitre 9 (teneur en liant faible et absence dagrgats). En revanche, le sur compactage par rapport aux objectifs fixs est plus difficilement explicable et donc plus dur rsoudre. En effet, malgr lutilisation dun type de compactage qui semble adapt aux caractristiques de vides souhaites, nous obtenons encore une compacit trop leve, et ce malgr le fait que lenrob est uniquement compact jusqu latteinte de larase suprieure du moule. La seule raison qui nous apparait en vue dobservations lil nu (comme nous pouvons le voir sur la figure ci-dessous), cest que la vitesse de monte de la table nest pas adapte, ce qui expliquerait le gradient des vides observables sur la hauteur de la plaque (plus de vides en partie basse quen partie haute, et ce pour la quasi-totalit des plaques ralises). Ce point est difficilement corrigeable, car la norme ne prvoit pas de valeurs relatives ces montes de table et que cela semble dpendre de beaucoup de paramtres (tempratures relles du moule et de lenrob, vitesse dexcution), sans parler du fait que des valeurs de 8,5% de vides sont priori proscrites pour un EME, le maximum normatif tant de 6%. Ainsi, nous pouvons uniquement supposer que le fait dattendre un peu lors des diffrentes montes de table que lenrob se refroidisse ajout lutilisation dun compactage faible nous permettrait probablement dobtenir une compacit plus faible.

Figure 11. Gradient de teneur en vides sur la hauteur dune plaque

38

Les difficults rencontres pour obtenir le pourcentage de vides voulu pose problme quant linterprtation qui en sera faite via le plan dexprience. En effet, nous pouvons raisonnablement nous fixer une variation possible entre thorie et pratique de lordre de plus ou moins 1%. Cependant, certaines plaques dpassent cette limite de variation et ont donc conduit dans un premier temps leur refabrication. Cette dernire ntant pas satisfaisante (caractristiques de vides toujours trop loignes de celles recherches) et par manque de temps, il a t dcid de modifier les valeurs cibles du plan dexprience. Les nouveaux seuils de vides ont t ramens 2,0% - 3,5% - 5,0% contre 1,5% - 5,0% - 8,5% dfinis initialement. (Ces modifications sont clairement notifies, avec les plaques correspondantes, dans le chapitre 13.3.).

11.2.2.

Comparaison des diffrentes mthodes utilises

Cette comparaison concerne, dune manire gnrale, les carts observables entre les diffrentes mthodes de dtermination des vides. Pour ce faire, nous reprsentons sous forme de graphique les valeurs de vides moyennes obtenus pour chacune des plaques grce aux 3 mthodes.

Figure 12. Comparaison des mthodes de dtermination du pourcentage de vides dun enrob

Comme nous pouvons le constater, les valeurs obtenues au banc gamma et celles trouves via la mthode gomtrique paraissent relativement proches. En effet, lcart moyen entre ces deux mthodes nexcde pas 0,3 points, sauf dans le cas des prouvettes B o un cart de 0,6 points est observ. En revanche, les pourcentages de vides obtenus par la mthode 39

hydrostatique sont plus loignes de la mthode du banc gamma ; en effet, un cart moyen de 0,8 points est constat et jusqu 1,4 points pour les prouvettes G et H. Il faut toutefois noter le fait, important, que la mthode hydrostatique nest pas applique sur les prouvettes elles mmes, mais sur les I les sparant. Ainsi, des diffrences sensibles sont trouves entre les prouvettes cylindriques extraites dune mme plaque (comme nous le verrons par la suite). Il est donc logique que la diffrence soit plus marque entre mthodes appliques sur les prouvettes cylindriques (partie centrale de la plaque) et celle applique sur les I (reprsentant un chantillon sur toute la hauteur de la plaque), et ce notamment pour des faibles compacits. Ces comparaisons nous permettent de tirer certaines conclusions : La plaque denrob ne semble pas tre compacte de faon homogne. Ainsi, la partie infrieure des I semble contenir plus de vides, ce qui expliquerait en partie le fait dobtenir des valeurs de vides plus lev par la mthode hydrostatique. Cette constatation a dj t soulev prcdemment (paragraphe 11.2.1.) o lon a pu constater visuellement le gradient de vides sur la hauteur dune plaque. La mthode du banc gamma donne des rsultats satisfaisants, mais ncessite une valuation trs prcise du diamtre de lprouvette. En effet, une variation de lordre du 10me de millimtre sur le diamtre engendre des diffrences de lordre de 2 3 10me de pourcent sur lvaluation de la compacit. Cest dailleurs pour cela que des peses hydrostatique ont t menes en dernier lieu sur les prouvettes cylindriques dcolles (aprs passage en MAER), notamment aprs lobservation dcarts plus significatifs (sur les prouvettes B et Epsilon) entre banc gamma et mthode gomtrique. La mthode hydrostatique sur les I ne semble pas tre adapte, dans notre cas, ltude des vides des prouvettes cylindriques dEME. Bien que celle-ci soit peu coteuse en temps et relativement simple raliser, il vaut mieux lui prfrer la mthode gomtrique comme premire approche, moins bien sr de pouvoir raliser la mthode hydrostatique directement sur lprouvette passe la MAER (aprs sciage des deux extrmits encolls). Cependant, dans ce dernier cas, la mthode ne permet pas de connatre la teneur en vides avant lessai de traction. En revanche, ces peses sur les I permettent de corroborer les constations visuelles concernant le gradient de vides vertical.

-

-

Nous allons prsent affiner la comparaison banc gamma / mthode gomtrique, les rsultats de chacune de ces prouvettes tant disponibles, partant toujours du principe que la mthode du banc gamma donne les rsultats les plus justes. Nous y ajoutons galement les mesures (non exhaustives) en pese hydrostatique faites sur certaines prouvettes cylindriques aprs lessai de traction. 40

Figure 13. Comparaison des mthodes sur prouvettes cylindriques

Comme nous pouvons lobserver sur ce graphique, la pese hydrostatique donne, dune faon gnrale, des valeurs lgrement infrieures celle du banc gamma, avec un cart maximal infrieur 0,6 points (prouvette H1). La pese hydrostatique, lorsquapplique sur les prouvettes cylindriques, corroborent donc relativement bien et avec une prcision lgrement suprieure (compare la mthode gomtrique) les mesures au banc gamma. Comme nous pouvions nous y attendre au vue des remarques prcdentes, les rsultats obtenus avec la mthode gomtrique sont proches de ceux obtenus par le banc gamma, sauf en ce qui concerne les prouvettes de la plaque B et Epsilon. Ces deux plaques ayant des pourcentages de vides bien diffrents (1,5% et 4%), il est impossible au vue de ces seuls rsultats de dire si la mthode gomtrique est plus approprie aux faibles ou aux fortes compacits. Nous pouvons remarquer que les seules prouvettes dont la mesure hydrostatique donne des rsultats suprieurs au banc gamma sont les prouvettes Epsilon. Ainsi, au vue de cette remarque et du relev gomtrique sur ces prouvettes, nous garderons comme rsultat moyen pour les prouvettes Epsilon la moyenne du banc gamma et de la pese hydrostatique, c'est--dire un pourcentage de vides de 4,2% (au lieu des 4% initiaux). Enfin, ce graphique nous montre que les prouvettes carottes au centre de la plaque (prouvettes 2) ont une compacit plus leve compare celles carottes sur les cts (prouvettes 1 et 3).

41

11.2.3.

Conclusion

Nous rappelons ici les points importants touchant notre tude qui ont t mis en exergue quant la dtermination du pourcentage de vides via les trois mthodes de mesure : La mthode gomtrique utilise sur les prouvettes cylindrique est simple et rapide dutilisation. Les rsultats fournis sont relativement fiables et peuvent donc servir en 1re approche pour juger sil est utile de passer les prouvettes au banc gamma (si les caractristiques sont proches de celles souhaites) ou si la plaque peut tre abandonne et refabrique. La mthode au banc gamma donne les rsultats les plus proches de la ralit, avec toutefois des prcautions prendre lors des mesures de diamtre sur lprouvette. La pese hydrostatique sur les I nous donne une information prcieuse quant lhomognit des vides sur la hauteur de la plaque, pouvant conforter les observations visuelles. La pese hydrostatique sur les prouvettes cylindriques peut ventuellement tre ralise aprs lessai MAER, notamment pour conforter (voire affiner) des rsultats trop discordant entre banc gamma et mesure gomtrique.

-

-

-

42

12. Dtermination de la teneur en liantLe principe de cet essai, prcdemment utilis lors de la caractrisation des agrgats dapport, est disponible lannexe 10.

12.1.

Mthode et rsultats

Aprs sciage de la plaque denrob, nous en rcuprons plusieurs morceaux pour raliser cet essai de teneur en liant et ainsi tre en mesure de caractriser au mieux les facteurs du plan dexprience. Ces morceaux sont chauffs 90C pendant une dure denviron 4 heures (ce qui permet de les ramollir) puis disposs dans des paniers cylindriques et introduits dans lAsphalt analysator (modle de la socit Infratest). Nous ralisons 2 analyses pour chaque plaque (environ 1,5kg de matriau pour chacune des analyses), ce qui est jug satisfaisant au vue de lhomognit de la teneur en liant obtenue grce au malaxage et qui est constate en gnrale.

Asphalt Analysator 10 cycles de lavage + 6 cycles de schage (dure : environ 1h)

Figure 14. Extraction de liant : panier contenant de lenrob avant et aprs lessai

43

12.2.

Rsultats et interprtation

Nous rcapitulons ci-dessous les valeurs obtenues, pour les diffrentes plaques en comparaison avec les valeurs thoriques souhaites. Plaque A B C D E F G H I Epsilon Gamma Teneur en liant thorique mesure 5,00% 5,74% 6,20% 6,90% 5,00% 5,55% 5,60% 6,24% 6,20% 6,72% 5,60% 6,15% 5,00% 5,66% 6,20% 6,66% 5,60% 6,01% 6,20% 6,74% 5,00% 5,36%

Tableau 12. Teneurs en liant relles

Comme nous pouvons le voir sur le tableau ci-dessus, nous observons un cart positif denviron 0,6% sur chacune des plaques par rapport la teneur en liant souhaite, et ce quelle que soit son contenu dagrgats. Les valeurs mesures qui figurent dans ce tableau sont, pour chacune des plaques, les moyennes des 2 chantillons analyss. Les carts de mesure sur 2 chantillons de la mme plaque varient de quelques centimes de point trois diximes (cas de la plaque C).

12.3.

Cause

Une telle variation sur la teneur en liant nous montre quil ya forcment un problme, soit dans la formulation, soit avec lappareil dextraction. En effet, il est impossible davoir un tel cart en partant du principe que la fabrication est contrle, c'est--dire que les quantits de matriaux dfinit sont rellement incorpores au mlange. Plusieurs pistes ont t envisages : Facteur humain dans ltablissement des feuilles de calculs de la formulation, le formulaire type du LRS ayant t modifi pour lincorporation des agrgats. Caractrisation des agrgats dapport en teneur en liant. Cette ventualit est carter puisquune drive est galement observe sur les plaques sans agrgats. 44

-

-

Drive de lAsphalt Analysator. Lcart observ tant constant, cette cause semble priori la plus plausible. En effet, le calcul de la teneur en liant seffectuant par pese des granulats dsenrobs et du filler, il est possible que des fines soient extraites avec le bitume et ne soient donc pas pris en compte dans le calcul. Ainsi, des essais EAPIC (essais croiss inter-laboratoire) raliss annuellement ont permis de mettre en vidence une drive pouvant aller jusqu 0,3 point lors de la mesure de la teneur en liant par ce type dappareil. Cependant, les essais sur la machine prsente au LRS en 2008 ont montr une drive de 0,1 point par rapport avec la moyenne obtenir, ce qui tendrait carter lventualit dune drive si importante de lappareil.

Les doutes concernant la teneur en liant relle des enrobs fabriqus ont conduit faire analyser deux chantillons, F et G, raison de deux extractions par chantillon, dans un laboratoire tiers. Les rsultats de ces analyses sont les suivants : Echantillon F : 5,14% et 5,63%, soit une moyenne de 5,39% (pour 5,60% en thorie) Echantillon G : 4,83% et 5,18% soit une moyenne de 5,00% (pour 5,00% en thorie)

12.4.

Consquence

Au vue des rsultats obtenus par les analyses complmentaires et sachant que la fabrication de lenrob est contrle, nous admettrons dans la suite de ltude la drive de lappareil. Nous conserverons donc le plan de teneur en liant initial prvu (5,60 0,60%). Cette drive ne sest produite que tardivement dans le droulement du stage et ne remet pas en cause les extractions faites sur les agrgats denrob. Les rsultats du laboratoire tiers nayant t obtenus que quelques jours avant la rdaction du prsent rapport, il na pas t possible de corriger lanomalie ou de faire raliser les autres essais de teneurs en liant. Pour connaitre avec prcision les caractristiques des prouvettes, il serait utile de caractriser les plaques en teneur en liant ultrieurement et ainsi sassurer des rsultats supposs .

45

13. Essai MAER13.1. PrliminairesUne fois les prouvettes cylindriques surfaces et la prise des mesures gomtriques effectue, il est ncessaire de procder lencollage des casques qui vont nous permettre de raliser lessai de traction. Cette tape est dcrite en 15. Nous trouverons par ailleurs, en annexe 16, des informations sur lessai MAER (invention, procdure dessais selon la norme et interprtation thorique des rsultats).

13.2.

Divergence de procdure avec la norme

Comme nous pouvons le voir dans la norme NF EN 12697-26, les prouvettes doivent tre maintenues la temprature dessai pendant au moins 4 heures et la mise en temprature de lenceinte MAER doit tre au minimum de 4 heures pour nos types dprouvettes cylindriques. Cependant, compte tenu du temps imparti, nous nous contenterons dune prchauffe dune heure seulement pour lenceinte MAER, explicable par le fait que nos prouvettes sont mises tempratures dessai la veille de ce dernier, soit environ pendant une dure de 16 heures. Nous devons galement noter que les temps de stabilisation mcanique requis par la norme ne sont pas exactement respects. De ce fait, nous exerons une force nulle sur lprouvette pendant une vingtaine de minutes (au lieu des 30 minutes prvues dans la norme) et un couple nul pendant une dizaine de minutes (au lieu des 60 minutes de la norme). Ces rductions de temps sont ncessaires pour pouvoir raliser les essais dans le temps imparti. Les plages de temprature tudies sont 10C, 15C, 5C et 0C, dans cet ordre dexcution. La norme prvoit la ralisation des essais dans un ordre croissant de temprature, mais dans un souci de temps, nous commenons ltude 10C. En effet, un essai prliminaire doit tre ralis cette temprature et il est donc intressant, pour un gain de temps, de commencer lessai 10C au lieu de 0C (qui nous ferait perdre une journe). Concernant les temps de charge, ceux effectivement raliss sont 3s, 10s, 30s, 100s et 300s. Nous ne ralisons pas le temps de charge de 1s car celui-ci est jug trop endommageable pour lprouvette. En revanche, nous ralisons tous les temps de charge prcdents aux 4 tempratures tudies pour ainsi obtenir des rsultats de module les plus prcis possible avec seulement 3 prouvettes par plaque.

46

13.3.

Rsultats obtenus

Remarque prliminaire : Lensemble des courbes maitresses 15C pour un temps de charge de 0,02s est disponible en annexe 17. Nous y faisons galement figurer les procs verbaux des enrobs qui rcapitulent lensemble des rsultats trouvs (hormis la teneur en liant). Nous en prsentons ici uniquement le rcapitulatif avec les explications concernant les modifications du domaine dtude. Comme nous avons pu le voir prcdemment, un certain nombre de plaques a d tre refabriqu pour tenter de mieux coller aux caractristiques de vides. Cependant, ceci nest pas satisfaisant car ces prouvettes offrent des carts trop importants avec les valeurs cibles (carts suprieurs 1%). Il a donc t dcid de rattribuer des valeurs cibles en fonction des rsultats obtenus, et ceci en gardant au maximum lesprit laspect pratique de cette tude. Nous pouvons toutefois noter que ltude via le plan dexprience nen est pas affecte. Nous prsentons ici, sous forme de tableau, lensemble des rsultats concernant les prouvettes passes lessai MAER. Nous y indiquons de ce fait la teneur en agrgats (valeur thorique), les teneurs en vides (banc gamma) et en liant thoriques et mesures ainsi que la valeur du module 0,02s et 15C correspondante aux 9 plaques du plan dexprience. Pourcentage Agrgats thorique 20% 20% 0% 40% 0% 0% 40% 40% 20% 0% 0% Module 15C ; 0,02s (MPa) 19585 17890 21112 18675 15266 19343 18324 15916 15938 16252 19864

Plaque A B C D Epsilon F G H I E Gamma

Teneur en liant thorique 5,00% 6,20% 5,00% 5,60% 6,20% 5,60% 5,00% 6,20% 5,60% 6,20% 5,00% mesure 5,39% 5,00% -

Pourcentage de vides thorique 3,5% 2,0% 2,0% 2,0% 5,0% 3,5% 5,0% 3,5% 5,0% 5,0% 2,0% mesur 3,7% 1,1% 3,2% 2,1% 4,2% 2,8% 4,9% 3,1% 4,7% 3,6% 3,8%

Plaques utilises pour le plan dexprience

Tableau 13. Plan dexprience revu et adopt

Remarques : Comme cela a t expliqu lors de la comparaison des diffrentes mthodes de mesure de compacit, la valeur de 4,2% de vides des prouvettes Epsilon retenue est la moyenne du banc gamma et de la pese hydrostatique. Labsence de mesures en teneur en liant a t explique dans le paragraphe 12.4. 47

-

13.4.

Incertitude de mesure

Nous valuons ici lincertitude qui entache la mesure de la valeur du module 15C et 0,02s. Pour ce faire, nous calculons lcart type de rptabilit laide de la formule suivante :3

n 1 =o

(xi =1

i

x)

n 1

x est la moyenne par plaque des modules pour 15C et 0,02s.

Aprs calcul, nous obtenons les valeurs dincertitudes suivantes : Pourcentage Agrgats thorique 20% 20% 0% 40% 0% 0% 40% 40% 20% 0% 0% Teneur en liant thorique 5,00% 6,20% 5,00% 5,60% 6,20% 5,60% 5,00% 6,20% 5,60% 6,20% 5,00% mesure 5,39% 5,00% Pourcentage de vides thorique 3,5% 2,0% 2,0% 2,0% 5,0% 3,5% 5,0% 3,5% 5,0% 5,0% 2,0% mesur 3,7% 1,1% 3,2% 2,1% 4,2% 2,8% 4,9% 3,1% 4,7% 3,6% 3,8% Module 15C ; 0,02s (MPa) 19585 17890 21112 18675 15266 19343 18324 15916 15938 16252 19864Ecart type (MPa)

Plaque A B C D Epsilon F G H I E Gamma

766 319 1227 242 442 504 741 697 501 550 450

Tableau 14. Rsultats complets (% Ag, teneur en liant, % vides, modules et incertitudes de mesure)

Les carts types prsents ci-dessus seront ncessaires par la suite pour le traitement des donnes du plan dexprience via le logiciel Statgraphic. Nous donnons galement en annexe 18 la totalit des carts types aux diffrents temps de charge (0,02s, 3s, 10s, 30s, 100s, et 300s), et ce uniquement pour la temprature de 15C. En observant ces carts types, nous pouvons voir que ceux-ci diminuent pour les temps de charge plus levs, ce qui est rassurant puisque les valeurs de modules deviennent quant elles plus faibles. Ltude statistique mene sur ces valeurs de modules nous a aussi permis de montrer que les rsultats suivent une loi de Gauss (par construction de droites de Henry non prsentes ici). 48

14. Interprtation des rsultats14.1. PrliminairesLanalyse du plan dexprience est ralise avec le logiciel Statgraphic. Il est important de noter que les donnes entres dans le logiciel sont les donnes thoriques de vides et de teneur en liant et ne sont en aucune faon les caractristiques relles des plaques. En effet, pour que lanalyse soit possible, il faut uniquement 3 niveaux par facteur (ce qui nest videmment pas possible si lon dcide de rentrer les valeurs relles). De plus, ces niveaux doivent imprativement tre centrs pour que le test de Pareto soit possible (par exemple teneur en liant de 5,60 0,6%). Nous avons donc regroup les pourcentages de vides en 3 familles avec les carts 2,0 1% ; 3,5 0,7% et 5,0 0,8%. De mme, pour la teneur en liant, nous avons adopt les familles 5,00% ; 5,60% et 6,20%. Il est important de rappeler que les niveaux de teneur en liant, la date de rdaction du prsent rapport, ne sont pas encore vrifis. Les rsultats qui suivent ont t obtenus en considrant une teneur en liant cible 5,60%, c'est--dire avec un plan dexprience en teneur en liant non modifi. Le logiciel Statgraphic nous a permis, via lanalyse de Pareto, de trouver quels facteurs sont les plus influents sur le module de rigidit et dtablir le modle mathmatique permettant de calculer le module dun EME dans les plages spcifies par les niveaux de ltude.

14.2.

Poids des effets

Le test de Pareto nous a tout dabord donn une estimation des effets entre facteurs en nous fournissant les poids de ces facteurs. Estimated effects for Var_1 average = 16347,9 +/- 314,104 A: Agrgats = -937,333 +/- 486,607 B: Teneur en liant = -3316,33 +/- 486,607 C: Pourcentage de vides = -2716,33 +/- 486,607Figure 15. Poids des facteurs donns par Statgraphic

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Les signes ngatifs devant chacun de ces facteurs montrent quune augmentation des facteurs agrgats,