Optimisation des enrobés bitumineux constitués de mélanges granulaires hétérogènes
ECEC SURFSURF
Clôture de l’opération ECOSURF Ifsttar (centre de Nantes) – Lundi 2 juin 2014
mélanges granulaires hétérogènes
Yann SENGA ,Anne DONY , Johan COLIN , Smail HAMLAT , Yves BERTHAUD
Contexte et problématique
I- Démarche expérimentale• Méthodologie générale• Présentation des matériaux et moyens d’essais
II- Caractérisation expérimentale des mélanges granulaires:
PLAN DE LA PRÉSENTATION
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II- Caractérisation expérimentale des mélanges granulaires:• Propriétés mécaniques: LA et MDE• Résistance au polissage: PSV et W&S
• III- Caractérisation des enrobés bitumineux formulés à partir des mélanges granulaires : granulats recyclés et neufs
• Homogénéité de l’état de surface• Résistance au polissage par la machine W&S• Proposition d’un modèle de prédiction
IV- Conclusions et perspectivesOptimisation des enrobés bitumineux constitués de mélanges granulaires hétérogènes
Contexte
Les granulats : matières premières les plus consomm ées en France
3Optimisation des enrobés bitumineux constitués de mélanges granulaires hétérogènes
Évolution de la production des granulats et de ladémographie en France métropolitaine [UNPG, 2011]
Contexte et problématique
Consommation des ressources
Ressources non renouvelables
Problèmes d’accès aux ressources
Optimisation des ressources en granulats pour couches de roulement
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� Recyclage [Convention d’engagement volontaire, 2009]Meilleure valorisation des Agrégats d’Enrobés (AE) :
2009 (33 %) 2012 (> 60%) ( Bilan CEV, USIRF 2013)� Valorisation des granulats locaux neufs (mélanges granulaires).
Optimisation des enrobés bitumineux constitués de mélanges granulaires hétérogènes
Cas n°1 : fraisage par couche / stockage des AE enfonction des couches d’origine.
Cas n° 2 : mélange de matériaux de plusieurs couchespendant le fraisage et/ou le stockage.
Problématique
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Il faut comprendre comment vont se comporter les mélanges granulaires sous l’effet des sollicitations du trafic routier (adhérence pneumatique – chaussée).
Mélanges de granulats :
� neufs + AE : recyclage ;� neufs (aux caractéristiques distinctes) : valorisation des granulats locaux.
Optimisation des enrobés bitumineux constitués de mélanges granulaires hétérogènes
Caractérisation des propriétés mécaniques des mélanges
granulaires
Caractérisation de la résistance au polissage des
mélanges granulaires
Caractérisation des enrobés bitumineux formulés à partir
Partie I
Partie II
Partie III
Démarche expérimentale
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bitumineux formulés à partir des mélanges granulaires
Conclusions et perspectives
- Démarche expérimentale- Présentation des essais- Résultats et analyses
Analyses des résultats par uneapproche massique et uneapproche surfacique
Optimisation des enrobés bitumineux constitués de mélanges granulaires hétérogènes
Présentation des matériaux et moyens de caractérisation
Démarche expérimentale
Études réalisées Couples des granulatsG+/G-
Valorisation des matériaux locaux
Diorite/Calcaire
Gneiss/Calcaire
Appellation PSVG+ > PSVG-
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Gneiss/Calcaire
Recyclage Rhyolite/Basalte
N° des mélanges
G- (%) G+ (%)
1 100 0
2 75 25
3 50 50
4 25 75
5 0 100
Composition massique desmélanges granulaires
Optimisation des enrobés bitumineux constitués de mélanges granulaires hétérogènes
Caractéristiques intrinsèques des granulats pour couche deroulement [NF P 18-545] :
� Résistance à la fragmentation
Démarche expérimentale
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� Résistance à la fragmentation� Résistance à l’usure� Résistance au polissage accéléré
Titre de la présentation
Résistance à l’usure (MDE)
Présentation des résultats
Résistance à la fragmentation (LA)
Deux couples de granulats : diorite G+/calcaire G- et rhyolite G+/basalte G-.
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Prédiction possible par une simple loi des mélanges :LA/MDE(αG- + (1- α)G+) = α LA/MDE(G-) + (1- α)LA/MDE(G+)
Avec α proportion massique du granulat G- dans le mélange granulaire.
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Trois couples de granulats G+/G- : diorite/calcaire, gneiss/calcaire etrhyolite/basalte.
Caractérisation de la résistance au polissage
Minéralogie Origine PSV
Essai Polished Stone Value (PSV)
Essai Wehner & Schulze (W&S)
Résistance au polissage accéléré
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Couples étudiés Écarts en points de PSV
Diorite/calcaire 14
Gneiss/calcaire 22
Rhyolite/basalte 6
Minéralogie Origine PSV
Rhyolite Neuf 59
Gneiss Neuf 58
Basalte (agrégat) Recyclé 53
Diorite Neuf 50
Calcaire Neuf 36
Essai Wehner & Schulze (W&S)
Protocole « adapté » pour les éprouvettes constituées des
mélanges granulaires
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Présentation des résultats de polissage
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PSV des mélanges gneiss/calcaire Corrélation PSV mesurés / calculés
Prédiction par la loi des mélanges :PSV(αG- + (1- α)G+) = α PSV (G-) + (1- α)PSV(G+)
Avec α proportion massique du granulat G- dans le mélange granulaire.
Protocole « adapté » pour les éprouvettes constituées des mélanges granulaires
Essai Wehner & Schulze (W&S) [EN 12697-49]
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� Identification de la zone de polissage et demesure
� Placement des granulats à la main
Mosaïque Wehner & Schulze
225 mm
Zone de mesure
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Résultats de polissage sur granulats
Approche massique
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µW&S pour le couple diorite / calcaire
Optimisation des enrobés bitumineux constitués de mélanges granulaires hétérogènes
Corrélation µW&S mesurés / calculés
Prédiction par la loi des mélanges :µW&S(αG- + (1- α)G+) = α µW&S (G-) + (1- α) µW&S(G+)
Avec α proportion massique du granulat G- dans le mélange granulaire.
Détermination des proportions surfaciques des granulats dans les zones de mesure des éprouvettes.
225 mm
45 mm
88 mm
Zone de mesure
Loi de passage massique/surfacique
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Mosaïque Wehner & Schulze Plaquette PSV
µW&S mesurés / calculés en approche surfacique
Démarche suivie• Formulation des plaques d’enrobés• Caractérisation de la texture• Caractérisation de la résistance au polissage des
enrobés bitumineux formulés à partir de mélange
Conclusions et perspectives Caractérisation des enrobés bitumineux
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enrobés bitumineux formulés à partir de mélangegranulaire par l’essai Wehner & Schulze (W&S).
Désignation des enrobés
1 (100 % G-)
2(25 % G+)
3(50 % G+)
4(75 % G+)
5 (100 % G+)
PMT 0,84 0,93 1,03 0,93 0,81
Composition des différents enrobés
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� Cas des enrobés formulés à base de matériaux recyclésFabrication d’un BBSG (EB 0/10) pour couche de
roulement
Caractérisation des enrobés bitumineux
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� Lourde phase de préparation des agrégats (quartage, séchage)� Protocole de malaxage� Protocole de compactage
Caractéristiques des granulats Composition des mélanges granulaires
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� Cas des enrobés formulés à base de matériaux neufs
Caractérisation des enrobés bitumineux
Approche massique
17Optimisation des enrobés bitumineux constitués de mélanges granulaires hétérogènes
La loi des mélanges permet une très bonne approximationgénérale (coefficient de détermination R² de 0,96).
Approche surfacique
� Cas des enrobés formulés à base de matériaux recyclés
Caractérisation des enrobés bitumineux
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Comparaison entre les coefficients de frottement mesurés et les coefficients calculés : couple rhyolite/basalte
� Prédiction des propriétés mécaniques des mélangesgranulaires par un modèle simple de loi de mélange
� Prédiction des propriétés de résistance au polissage desmélanges granulaires par une approche massique etsurfacique
Conclusions et perspectives
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surfacique� Caractérisation de la résistance au polissage des
enrobés bitumineux et détermination du coefficient defrottement par l’essai W&S
� Proposition d’un modèle prédictif de résistance aupolissage des enrobés bitumineux
� La loi de prédiction proposée ne tient pas compte del’usure entre les granulats pendant l’essai
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Perspective� Prise en compte de l'usure différentielle dans le modèle
de prédiction (intégrer l’effet des interactions) etcaractérisation de la texture à chaque état de polissage
� Confirmation des résultats avec d’autres types d’enrobés
Conclusions et perspectives
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� Confirmation des résultats avec d’autres types d’enrobés
� Essais supplémentaires sur les AE
� Intégrer l’effet du liant
� Validation sur site
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