5. UN EXEMPLE DE FORMULATION DE NIVEAU 1

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1 5. UN EXEMPLE DE FORMULATION DE NIVEAU 1 Nous présentons ci-dessous un exemple courant de formulation. L enrobé à formuler consiste en un enrobé du type ESG-10 utilisé sur une route régionale à faible volume de circulation située sur la Rive-Sud de la région de Montréal. Notons que l exemple ne comprend pas le choix des granulats et du bitume qui relèvent de la sélection des composants et font l objet d autres publications. Nous verrons donc dans ce qui suit le choix de la granularité de l enrobé; le calcul du volume de bitume effectif; les autres calculs nécessaires à l évaluation de l enrobé. L enrobé ESG-10 formulé est un enrobé qui peut être utilisé sur tout type de route. Sur les autoroutes, un bitume de classe PG est habituellement utilisé pour assurer une longévité accrue du revêtement, ce type de bitume étant très effi cace au regard de la résistance à la fi ssuration thermique et de la résistance à l arrachement et au désenrobage. Un gain à l égard de la résistance à l orniérage est également notable dans ce cas. Sur les routes nationales et régionales, trois classes de bitume sont disponibles. Pour des volumes de circulation faible, le bitume de classe PG est recommandé. L exemple de formulation ne considère pas la classe de bitume utilisée. 5.1 Les caractéristiques des composants Les classes granulaires utilisées ici sont les classes 0-5 mm et 5-10 mm. Nous avons également employé un fi ller pour permettre d augmenter la teneur en fines (passant au tamis de 80 mm. Le tableau 10 résume les caractéristiques des composants qui seront utilisés pour la formulation. 69

2 Tableau 10 Caractéristiques des composants pour la formulation Tamis 0-5 mm 5-10 mm Filler Granulats Bitume 14 mm Classe Caractéristiques 10 mm ,672 5 mm mm 2,5 mm P e1 0,35 1,25 mm ,631 1, µm mm 315 µm P e2 0, µm Filler 3 2, µm 3,5 1,3 82,2 P e3 0, La granulométrie L enrobé désiré étant un ESG-10, les points de contrôle du tableau 11 devront être respectés. Il faut donc déterminer les proportions de chaque classe granulaire pour produire un combiné granulométrique répondant aux exigences de l enrobé. La zone de restriction est à éviter pour s assurer que la granulométrie de l enrobé contient suffisamment de vides intergranulaires (VAM permettant d incorporer le volume de bitume effectif (V be nécessaire. Lorsque les granulats utilisés sont de formes très angulaires, la zone de restriction a une infl uence moindre sur le VAM et l enrobé produit peut souvent contenir le bitume nécessaire et donner de bons résultats. Dans notre exemple, nous avons choisi des proportions de 44, 53 et 3 % pour les classes granulaires 0-5 mm, 5-10 mm et le fi ller respectivement, de manière que le pourcentage passant au tamis de 5 mm se situe à l intérieur des exigences. Également, les proportions de classes granulaires font passer la courbe granulométrique du combiné sous la zone de restriction. 70

3 Tableau 11 Exigences granulométriques de l enrobé ESG-10 Tamis 0-5 mm 5-10 mm Filler Combiné Points de contrôle 44 % 53 % 3 % 100 % min. (% max. (% Restriction* min. (% max. (% 14 mm mm mm ,5 mm ,1 46,1 1,25 mm ,7 36,7 630 µm ,8 26,8 315 µm ,1 18,1 160 µm µm 3,5 1,3 82,2 4, * Zone de restriction recommandée. 5.3 La détermination de la densité brute du granulat combiné ( Les proportions de classes granulaires indiquées à la section précédente sont utilisées ici. La valeur de la densité brute du granulat combiné ( est calculée selon l équation 4 de la section 3 P 1 + P P N P 1 + P 2 dgb P N N où P 1, P 2, P N densité brute du granulat combiné; pourcentage respectif en poids de chaque classe granulaire utilisée; 71

4 1, 2, N densité brute respective de chaque classe granulaire utilisée. 44 2, , ,700 2, Le calcul du pourcentage d eau absorbé par le granulat Les granulats ayant des pourcentages d absorption de l eau différents, on calcule une valeur moyenne pondérée proportionnelle aux classes granulaires utilisées. L équation 18 est utilisée Pe (P1 x Pe1 / (P2 x Pe2 / (PN x PeN / 100 Équation 18 où Pe pourcentage d eau absorbé par le granulat combiné; P1, P2, PN pourcentages respectifs en poids de chaque classe granulaire utilisée; Pe1, Pe2, PeN pourcentage d eau absorbé pour chaque classe granulaire utilisée. En utilisant les données du tableau 10, nous avons Pe ( 44 % x 0,35 % / (53 % x 0,70 % / (3 % x 0 % / 100 0,53 % 5.5 La détermination de la densité effective du granulat (d ge Pour la détermination de la densité effective du granulat composant l enrobé (d ge, il est nécessaire de mesurer la densité maximale de l enrobé fabriqué à une teneur en bitume voisine de celle qui sera précisée à la fi n de la formulation. Il est essentiel d établir la densité maximale de l enrobé avec un enrobé fabriqué au moyen du même bitume qui sera utilisé durant la production. Le pourcentage d absorption de l eau par le granulat étant de 0,53 %, la valeur du pourcentage de bitume absorbé est voisine de ceci P ba 0,5 x P e P ba 0,5 x 0,53 0,27 % 72

5 À l aide de l équation calculant le pourcentage de bitume initial dans l enrobé, on établit un pourcentage de bitume estimé (, est. qui est suffi samment précis pour obtenir une valeur de teneur en bitume près de la valeur fi nale. L équation 7 de la section 3 est alors utilisée V be + P ba (100 - V be / 100,est. x 100 (100 - V be + V be + P ba (100 - V be / 100 où, est. V be P ba masse de bitume initiale exprimée en pourcentage de la masse de l enrobé; volume de bitume effectif exprimé en pourcentage par rapport à 0 % de vides interstitiels exigé pour l enrobé à formuler; densité du bitume; densité brute du granulat combiné; masse de bitume absorbé exprimée en pourcentage de la masse du granulat. En utilisant les valeurs du tableau 10 et celles qui ont été déterminées précédemment, nous avons (12,2 x 1, ,27 x 2,651 (100-12,2 / 100,est. 2,651 (100-12,2 + (12,2 x 1, ,27 x 2,651 (100-12,2 / 100 x ,44 + 0,63 13,07,est. x 100 x 100 5,32 % 232, ,44 + 0,63 245,83 La détermination de la densité maximale de l enrobé fabriqué selon les proportions de classes granulaires indiquées au tableau 11 et avec la valeur de,est. de 5,32 % donne une valeur de 2,475, valeur déterminée conformément à la méthode d essai LC Pour la détermination de la densité effective des granulats (d ge, l équation 5 de la section 3 est utilisée d ge P mm,est. P mm P,est. bi d mm 73

6 où d ge P mm,est. d mm densité effective du granulat; masse de l enrobé total non compacté exprimée en pourcentage de la masse de l enrobé, c est-à-dire 100; masse de bitume initiale estimée exprimée en pourcentage de la masse de l enrobé; densité maximale de l enrobé (sans vides interstitiels; densité du bitume (habituellement 1,02. En utilisant les valeurs du tableau 10 et celles qui ont été déterminées précédemment, nous avons d ge 100-5,32 94, ,32-40,40-5,22 2,475 1,020 2, Le calcul du pourcentage de bitume absorbé (P ba par les granulats L absorption est calculée et exprimée en pourcentage par rapport à la masse des granulats. Rappelons que la valeur déterminée à la section 5.5 est approximative. À partir des valeurs d essai et de celles qui ont été calculées précédemment, l équation 6 de la section 3 est alors utilisée (d P ba 100 x (d ge gb d gb db x d ge où P ba d ge masse de bitume absorbé exprimée en pourcentage de la masse du granulat; densité effective du granulat; densité brute du granulat combiné; densité du bitume. 74

7 Si l on utilise la densité effective calculée précédemment, on obtient P ba 100 x 2,691-2,651 0,040 x 1, x 2,651 x 2,691 7,134 x 1,020 0,57 % 5.7 Le calcul de la teneur en bitume initiale ( pour la formulation de l enrobé Les caractéristiques des granulats étant maintenant connues, une nouvelle teneur en bitume initiale est calculée. L équation 7 de la section 3 est alors utilisée V be + P ba (100 - V be / 100,est. x 100 (100 - V be + V be + P ba (100 - V be / 100 où V be P ba masse de bitume initiale exprimée en pourcentage de la masse de l enrobé; volume de bitume effectif (exprimé en pourcentage par rapport à 0 % de vides interstitiels exigé pour l enrobé à formuler; densité du bitume; densité brute du granulat combiné; masse de bitume absorbé exprimée en pourcentage de la masse du granulat. Dans l équation du calcul du, on se sert des valeurs déterminées précédemment (12,2 x 1, ,57 x 2,651(100-12,2 / 100 2,651(100-12,2 + (12,2 x 1, ,57 x 2,651(100-12,2 / 100 x ,44 + 1,33 232, ,44 + 1,33 x ,77 246,53 x 100 5,59 % 75

8 5.8 La détermination de la densité maximale de l enrobé (d mm pour une teneur en bitume ( La nouvelle teneur en bitume ( a pour effet de changer la densité maximale de l enrobé déterminée à la section 5.5. Une nouvelle valeur est calculée en utilisant alors l équation 8 de la section 3 d mm P mm P g + d ge où d mm P mm P g d ge densité maximale de l enrobé; masse de l enrobé total non compacté exprimée en pourcentage de la masse de l enrobé, c est-à-dire 100; masse du granulat exprimée en pourcentage de la masse de l enrobé; densité effective du granulat; masse de bitume initiale exprimée en pourcentage de la masse de l enrobé; densité du bitume. Si l on utilise le pourcentage de bitume ( et la densité effective des granulats (d ge calculés précédemment, on obtient d mm 94, ,691 5,59 1, ,08 + 5,48 2, L essai à la presse à cisaillement giratoire En premier lieu, il convient de déterminer la masse d enrobé à utiliser pour effectuer l essai. La valeur de h(min de l éprouvette est de 115 mm il s agit de la hauteur où les vides interstitiels sont égaux à zéro. Cette valeur sert de référence pour le calcul des vides dans l enrobé. La masse d enrobé est calculée en utilisant l équation 16 de la section 4 76

9 m dmm x x x Ø 2 4 x h(min où m d mm ρ Ø h(min masse d enrobé exprimée en grammes; densité maximale de l enrobé; masse volumique de l eau (on utilise la valeur de 0,001 g/mm 3 ; diamètre du cylindre de moulage exprimé en millimètres; hauteur de l éprouvette à 0 % de vides interstitiels exprimée en millimètres (115 mm. Si l on utilise la valeur de la densité maximale calculée à la section 5.8, la masse d enrobé nécessaire est la suivante m 2,465 x 0,001 x x 149,92 4 x ,7 g 5.10 La détermination de la courbe vides/girations à la presse à cisaillement giratoire L essai à la presse à cisaillement giratoire est effectué selon la méthode d essai LC sur une éprouvette d enrobé. La masse d enrobé nécessaire est de 5002,7 g, comme cela a été calculé précédemment. Cependant, il faut préparer une quantité plus grande d enrobé pour tenir compte des pertes durant les opérations. Généralement, une quantité de 5300 g de granulats est suffi - sante. La teneur en bitume étant de 5,59 %, l enrobé sera ainsi composé Bitume 5300 g x 5,59 / 94,41 313,8 g Les granulats doivent avoir été séchés à 110 o C avant d être pesés pour la fabrication de l enrobé. Les granulats étant pesés dans les proportions calculées à la section 5.2, on obtient Masses cumulatives Classe 5-10 mm 5300 g x 53 % 2809 g 2809 g Classe 0-5 mm 5300 g x 44 % 2332 g 5141 g Filler 5300 g x 3 % 159 g 5300 g 77

10 Le bitume utilisé étant de classe PG 58-28, la température des granulats est portée à 165 o C et celle du bitume, à 150 o C. Une fois la température atteinte, il ne faut pas y maintenir le bitume plus de 4 heures. Dans une étuve préalablement chauffée à la température des granulats sont placés le ou les cylindres de moulage, la ou les pastilles, le récipient verseur, le bol à malaxage et les accessoires pour une période d au moins 30 minutes. Les granulats chauffés et secs sont ensuite placés dans le bol de malaxage préalablement chauffé et sali, et le tout est homogénéisé manuellement. Un cratère est formé dans les granulats et la quantité nécessaire de bitume préchauffé y est déposée. Les granulats et le bitume sont combinés jusqu à l obtention d un mélange homogène. Des précautions doivent être prises en vue d éviter la perte d enrobé durant le malaxage et les manipulations subséquentes. L enrobé est placé dans un récipient métallique et celui-ci est déposé dans l étuve à la température de chauffage pour le compactage (150 o C. Une fois la température atteinte, la durée de chauffage ne doit pas dépasser 2 heures. Comme nous l avons décrit à la section , l essai à la presse à cisaillement giratoire est alors effectué. Les vides interstitiels dans l enrobé sont calculés selon l équation 11 de la section 3 V i 100 x où h(ng - h(min h(ng V i h(ng h(min pourcentage de vides interstitiels dans l enrobé; hauteur de l éprouvette à un nombre de girations donné (mm; hauteur de l éprouvette à 0 % de vides interstitiels (115 mm. Si, pour chacun des nombres de girations nécessaires (10g, N des, 200g, le pourcentage de vides interstitiels dans l enrobé est conforme aux exigences, on procède à la vérifi cation de l essai; sinon il faut apporter une modifi cation à la formule (voir la section Dans le cas présent, on suppose que les vides interstitiels répondent aux exigences. L essai est complété en préparant deux éprouvettes supplémentaires. On procède au calcul du pourcentage de vides aux nombres de girations requis (10g, N des, 200g de chaque éprouvette et on détermine l étendue (X max X min des résultats de pourcentage de vides des trois éprouvettes. 78

11 Si l étendue (X max X min des trois résultats est égale ou inférieure à l étendue critique (CR au niveau de probabilité de 95 % CR 0,95 f(n σ r, selon le tableau 12, on procède à l acceptation des vides dans l enrobé, sinon on rejette l éprouvette qui ne répond pas au critère d acceptabilité et on refait une ou trois éprouvettes de façon à respecter l étendue critique. Pour chacun des nombres de girations requis par les exigences de l enrobé à formuler, on fait le calcul de la moyenne des pourcentages de vides dans l enrobé sur les éprouvettes. Si, pour chacun des nombres de girations requis, la moyenne des pourcentages de vides dans l enrobé satisfait aux exigences, la formulation est terminée et la teneur en bitume initiale ( devient la teneur en bitume totale (P b, sinon on apporte une modifi cation à la formule selon le paragraphe «La modifi cation de la formule». Le tableau 12 présente les résultats obtenus à cette étape. Tableau 12 Détermination de l étendue critique n f(n σ r CR 0,95 3 3,3 0,25 (1 0,8 Résultats des essais à la presse à cisaillement giratoire V i (% Validation de l essai Nombre de Essai 1 Essai 2 Essai 3 Étendue girations 10 12,6 12,0 11,9 0,7 80 6,1 5,5 5,3 0, ,8 3,2 3,0 0,8 1. Écart type de la répétabilité de la méthode LC L étendue des résultats aux nombres de girations requis est conforme pour l exemple traité ici et les hauteurs moyennes des éprouvettes pour les nombres de girations principaux obtenus sont indiquées au tableau 13. Ce dernier est complété en calculant pour les nombres de girations indiqués les vides interstitiels dans l enrobé (V i, les volumes des vides intergranulaires (VAM et les vides comblés par le bitume (V cb. 79

12 Les vides intergranulaires dans l enrobé (VAM sont calculés en utilisant l équation 14 de la section 3 V be x (100 - V i VAM où V i VAM volume des vides intergranulaires dans l enrobé compacté exprimé en pourcentage; V be V i volume de bitume effectif exprimé en pourcentage par rapport à 0 % de V i ; volume des vides interstitiels dans l enrobé exprimé en pourcentage. Tableau 13 Caractéristiques de l enrobé obtenues à la presse à cisaillement giratoire Nombre de girations Hauteur (mm Exigences V i (% VAM (% VCB (% ,0 > 11 % 12,2 22,9 46, ,6 9,9 20,9 52, ,6 7,7 19,0 59, ,9 6,4 17,9 64, ,9 4-7 % 5,6 17,2 67, ,1 5,1 16,7 69, ,8 4,0 15,8 74, ,0 > 2 % 3,3 15,1 78,0 80

13 Dans cet exemple, la valeur de teneur en bitume utilisée est de 5,59 %, soit la valeur exacte calculée par l équation du. Lorsque la valeur de teneur en bitume ( est arrondie à une décimale ou ajustée de ± 0,1 % pour la formulation de l enrobé, la valeur du volume de bitume effectif (V be à utiliser dans l équation précédente pour le calcul du VAM doit être calculée selon l équation 19 V be 100 x (100P ba - (100P b - (P ba P b (100P b - (100P b - (P ba P b - ( (100P ba Équation 19 Les vides comblés par le bitume (VCB sont calculés en utilisant l équation 15 de la section 3 VCB 100 x où VAM - V i VAM VCB pourcentage de vides intergranulaires occupé par le volume de bitume effectif; VAM volume des vides intergranulaires dans l enrobé compacté exprimé en pourcentage; V i volume des vides interstitiels dans l enrobé exprimé en pourcentage. Précisons que la méthode LC ne comporte pas d exigences pour les valeurs des vides intergranulaires (VAM et des vides comblés par le bitume (VCB. Cependant, ces valeurs sont des indicateurs de performance de l enrobé. Pour un enrobé fortement sollicité dont la dimension de grosseur nominale maximale des granulats est de 10 mm, des valeurs de VAM minimal de 15 % et de VCB se situant entre 65 et 75 % sont préférables pour 4,0 % de vides interstitiels. Dans le cas actuel, ces valeurs sont respectées. Lorsque les vides à 80 girations se rapprochent de la limite supérieure de 7 %, l épaisseur de pose devrait tendre vers la limite supérieure recommandée. Dans le cas actuel, les vides interstitiels se situent à 5,6 % et les granulats utilisés sont très angulaires, le bitume étant modifi é au polymère cet enrobé pourrait donc être mis en place entre 50 et 60 mm. 81

14 Si cet enrobé doit être posé à une épaisseur approximative de 40 mm, il est fortement conseillé de modifi er les proportions des constituants pour en arriver à des teneurs en vides interstitiels plus faibles pour chaque giration. Dans le cas actuel, il est probable que le fait d augmenter la teneur en bitume ( de 0,1 % serait suffi sant. On pourrait aussi songer à hausser légèrement la proportion de la classe granulaire 0-2,5 mm, la valeur du VAM à 4 % de vides interstitiels le permettant. Dans tout projet de formulation d enrobé, les connaissances de l usage de celui-ci sont donc absolument nécessaires pour arriver à concevoir un enrobé dont la mise en place se fera aisément, ce qui assurera ainsi une meilleure performance à l usage. 82