L approche qualité et les essais sur les bitumes au ministère des transports du

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1 Transp orts Québec Direction du Laboratoire des chaussées Bitume Québec 15 novembre 2005 L approche qualité et les essais sur les bitumes au ministère des transports du Québec DLC Guy Tourangeau, ing. Secteur Laboratoire de Montréal Deux modes d attribution d des contrats d enrobés s bitumineux au MTQ Contrat soumissionné: Appel d offres d publiques et octroi du contrat au plus bas soumissionnaire conforme. Contrat tarifé: Prix de base à la centrale d enrobage d pour la fabrication d une d tonne d enrobd enrobé bitumineux. 1

2 Impact du type de contrat sur la fourniture du bitume Fourniture de bitume Référence contractuelle Référence normative Système qualité du fournisseur Contrat soumissionné Producteur d enrobés CCDG et devis de la DT Norme 4101 ISO 9002 Contrat tarifé MTQ- Commande ouverte SA-4101 de la DCRM Norme 4101 ISO 9002 Impact du type de contrat sur la fourniture du bitume (suite) Documents qualité Responsabilité du transport Vérification du produit par le MTQ Contrat soumissionné Attestation de conformité avec chaque livraison Producteur d enrobés Contrôle à la CE Fréquence d un d échantillon / 3000 tonnes EB Contrat tarifé Attestation de conformité avec chaque livraison Producteur d enrobés Contrôle au réservoir d expédition du fournisseur 2

3 Si bitume jugé non-conforme Impact du type de contrat sur la fourniture du bitume (suite) Si caractéristique hors spécification Contrat soumissionné Recours de l entrepreneur (art c du CCDG) Gestion des nonconformités par les DT Contrat tarifé Auto-contestation du MTQ Essais en présence du fournisseur Gestion des N-C N par la DCRM Prix révisr visé Référence contractuelle pour le volet bitume Contrat soumissionné: Devis de la DT basé sur le CCDG Contrat tarifé: SA-4101 de la DCRM 3

4 Références normatives Normes Matériaux (Tome VII) Pour les enrobés: Marshall Volumétrique Pour les bitumes: 4101 Norme 4101-Bitumes Inspirée e du système SuperPave Avantages: Simulation du vieillissement du bitume Classification basée e sur la performance à des températures de service Permet de combattre à la fois l ornil orniérage rage et la fissuration thermique Inconvénients nients: Aucun essai pour mesurer l adhl adhésion et la cohésion du bitume Coûteux (temps et $) en terme d analysesd 4

5 Nomenclature PG: Classe de performance (Performance( Grade) H: Limite supérieure de la classe (en C) L: Limite inférieure de la classe ( en C) Te: : Température ( C)( au dessus de laquelle le bitume est susceptible de présenter des phénom nomènes nes de déformation d irréversibles (H+6 > TeT H) Tb: : Température ( C)( au dessous de laquelle le bitume est susceptible de fissurer par retrait thermique (L-6 6 < Tb L) La norme 4101 Exigences techniques requises (Tableau ) 1) 9 classes de bitume: PG PG PG PG PG % de la consommation PG PG PG % PG PG % 5

6 Principe de la norme - Phénom nomène ne de vieillissement du bitume Au stockage, considéré comme négligeablen Surface exposée à O 2 Le ratio Masse de bitume Lors de l enrobage, l choc thermique Bitume en couche mince + température élevée En service, augmente en fonction de: Teneur en vide (présence d air) d Profondeur dans la chaussée Épaisseur du film de bitume Climat est faible Les trois états de vieillissement considérés s dans la norme 4101 Bitume d origined Pas de vieillissement : Bitume mou et susceptible aux déformations d permanentes Vieillissement à court terme (RTFO) Simule l enrobagel Bitume a durci, mais encore en centrale + 1 an vulnérable aux déformationsd de service : permanentes Vieillissement à long terme (RTFO + PAV) Simule l enrobagel Bitume très s rigide et fragile. en centrale + 5 à Vulnérable à la fissuration 10 ans de service : thermique 6

7 Les principaux essais de la norme 4101 Essai DSR Détermination de TeT BBR Détermination de Tb Teneur en cendres État du bitume Origine Vieilli à court terme Bitume vieilli à long terme Origine But S assurer que le bitume est en mesure de résister r aux déformations permanentes Vérifier que le bitume est suffisamment souple à basse température pour résister r à la fissuration thermique Évaluer la pureté du bitume Les principaux essais de la norme 4101 (suite) Essai Recouvrance d élasticité % de variation de masse au RTFOT Stabilité au stockage État du bitume Origine Origine Origine But Vérifier que le bitume a été modifié avec des élastomère Mesure indirecte de cohésion Limiter les émissions de solvants volatiles dans l atmosphère lors de l enrobage Éviter la démixion des agents utilisés s pour modifier le bitume 7

8 Rhéomètre à cisaillement dynamique (DSR) Contrainte ou déformation appliquée Position de la plaque oscillante Plaque oscillante Bitume A B A A Temps B A C C Plaque fixe 1 cycle Comportement visco-élastique mesuré au DSR Comportement visqueux V1 V2 δ 1 δ 2 G* 1 Comportement à la fois visqueux et élastique G* 2 G*: Module complexe δ : Angle de phase E1 E2 Comportement élastique 8

9 Appareil RTFO pour vieillissement à court terme 163 C Caroussel à bouteilles Jet d'air Appareil PAV pour vieillissement à long terme Air sous pression Sonde de température Bitume Cylindre pressurisé Support métallique Assiettes métalliques 9

10 Principe du rhéomètre à flexion de poutre (BBR) Senseur (LVDT) Air comprimé Contrôle et acquisition des données Poutre de bitume H Cellule de charge Fluide réfrigéré (éthanol) Appui simple Thermomètre Essai au BBR - Déformation de la poutre Senseur (LVDT) δ(t) Position initiale de la poutre de bitume Poutre de bitume déformée 10

11 Essai au BBR - Relation temps vs température Les essai de contrôle Pourquoi? Confirmer que les valeurs H et L d un d bitume PG ont été maintenues depuis la caractérisation risation effectuée e par le fournisseur Comment? Par des essais rapides sur le bitume d origined En utilisant les équipements SuperPave 11

12 Les essai de contrôle (suite) Où sont prélev levés s les échantillons? Fournisseur: Réservoir R d expd expédition MTQ: a) Fourniture par entrepreneur: Réservoir de la centrale d enrobaged b) Fourniture par MTQ: Réservoir d expédition du fournisseur et réservoir r de la centrale d enrobage d Quand? Fournisseur: Hebdomadaire MTQ: Hebdomadaire ou au besoin chez le fournisseur de bitume Chaque 3000 tonnes d enrobd enrobés s fabriqués en centrale 1 er essai: Recouvrance d élasticité Classe Minimum PG PG PG PG % PG % PG % PG % PG % PG % 12

13 2 ième essai: DSR Essai sur le bitume d origined Critère re d acceptation: d à H, G*/sin sinδ 1,0 kpa à H+6, G*/sin sinδ < 1,0 kpa Le bitume peut être rejeté Note: L expl expérience a démontrd montré qu un un bitume ayant un G*/sin sinδ > 1,6 kpa à une température T, risque de présenter une valeur de G*/sin sinδ >1,0 kpa à une température T+6. T b L L ième essai: BBR Essais sur bitume d origined 1er critère re d acceptation: d Sc(60) Smax où: S c (60) = Module de contrôle S max = S o (60) + 10 ( L - T b ) S o (60) = Module d origine Ceci n est pas un critère de rejet Si S c (60) > S max, les essais BBR sont repris sur le bitume vieilli à long terme pour valider la température basse de caractérisation Tb 13

14 3 ième essai: BBR (suite) 2 ième critère re d acceptation: d mc(60) mminmin Où: mc(60) = pente de contrôle mminmin = 0,400 pour PG H-28H mminmin = 0,350 pour les autres PG Ceci n est n pas un critère re de rejet Si mc(60) < mmin,, les essais BBR sont repris sur le bitume vieilli à long terme pour valider la température basse de caractérisation Tb T b = -36, ième essai: BBR (exemple) PG H-34H Caractérisation: risation: Tb = -36,2 C So(60) (60) = 98,5 MPa Contrôle: Sc(60) (60) = 112,3 MPa Smax =Sc(60) + 10 ( L - Tb ) = 98, [-34 - (-36,2)] = 120,5 MPa Sc(60) Smax,, donc OK 14

15 Exemple du rapport d essais d du MTQ Incidence des non-conformit conformités Te > H+6: Le bitume est plus visqueux que le bitume spécifi cifié aux plans et devis, ce qui est susceptible de causer des difficultés aux étapes d enrobage d et de compactage si les températures ne sont pas ajustées en conséquence quence. Te < H: Le bitume n atteint n pas la performance anticipée à haute température. Des déformations permanentes de l enrobl enrobé peuvent apparaître. Un essai à l orniéreurreur pourrait valider la performance d un d enrobé fabriqué avec un tel bitume. 15

16 Incidence des non-conformit conformités (suite) Tb > L: Le bitume n atteint n pas la performance anticipée à basse température. Des fissures dues au retrait thermique sont susceptible de se manifester prématur maturément. ment. Tb < L-6L Le bitume excède les exigences de la norme Les impacts sur l enrobl enrobé devraient être positifs. Le bitume est toutefois payé selon la classe exigée e aux plans et devis. Incidence des non-conformit conformités (suite) Recouvrance d éd élasticité: Une recouvrance d éd élasticité inférieure à l exigence minimale aura une influence sur la durée e de vie de l enrobl enrobé.. En outre, il a été observé que les fissures de retrait dégradent d beaucoup moins rapidement dans le cas d un d enrobé fabriqué avec un bitume modifié avec des élastomères. Teneur en cendre: Une teneur en cendre supérieure à 1% est souvent un indice de surdosage de correcteur de basse température. Par conséquent, l enrobl enrobé risque de subir un désenrobage précoce. 16

17 Système qualité du fournisseur Les fournisseurs doivent posséder un système qualité basé sur le modèle ISO 9002 Il doit être enregistré auprès d un registraire reconnu et couvrir la production et la distribution de bitume ISO 9002 Documents qualité Attestation de conformité Pour chaque livraison de bitume Cinq sections: Information relatives à la production Résultats des essais de caractérisation risation Résultats des essais de contrôle Recommandations des températures d utilisation Informations relatives à l expédition 17

18 Exemple d attestation de conformité Attestation de conformité- Informations relatives à la production 18

19 Attestation de conformité- Résultats des essais de caractérisation risation Attestation de conformité- Résultats des essais de contrôle 19

20 Attestation de conformité- Recommandations des températures d utilisation Attestation de conformité- Informations relatives à l expédition 20

21 Fin Merci de votre attention! 21