Chap VI : Retraitement des matériaux bitumineux. I. Principaux mécanismes de dégradation des chaussées
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- Mauricette Lemelin
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1 Sommaire Chap VI : Retraitement des matériaux bitumineux I. Principaux mécanismes de dégradation des chaussées II. Retraitement en place à froid III. Retraitement à froid en centrale IV. Retraitement à chaud en centrale V. Thermorecyclage
2 I. Principaux mécanismes de dégradation des chaussées 1) Rappel des sollicitations de la chaussée Sollicitations mécaniques Les effets du trafic peuvent se traduire par différents types de dégradation : usure, fluage ou rupture par fatigue. Ils se traduisent par : un effort vertical égal au poids exercé sur la roue, un effort horizontal lié aux frottements entre le pneumatique et le revêtement. Les chargements se traduisent par: des sollicitations de traction par flexion du matériau pour les chaussées épaisses des sollicitations de compression par flexion du matériau pour les chaussées souples.
3 Contraintes répétées de traction par flexion aux interfaces Endommagement par fatigue Fissuration évolutive vers la surface (remontée) Contraintes répétées de compression verticales sous les charges Déformations permanentes (irréversibles) par plastification : orniérage du support
4 Sollicitations climatiques L eau: diminue les facultés d adhésivité du bitume (les liaisons entre bitumes et granulats). L air: contribue à l évaporation des solvants et à l oxydation du bitume. La lumière: favorise l oxydation du bitume. La température: influe sur les propriétés mécaniques du bitume. Les sels de déverglaçage: peuvent engendrer de la fissuration due aux chocs thermiques développés par la fusion de la glace. Le gel: fragilise le bitume et peut entraîner de la fissuration.
5 2) Type de dégradations 2-1 Dégradations structurelles Elles apparaissent dans le corps de chaussée ou dans son support et sont généralement graves. Elles se traduisent par l apparition de différentes formes de fissuration ou de déformations d orniérage selon le type de structure. Elles nécessitent souvent des interventions lourdes de renforcement, voire de reconstruction de la chaussée. Fatigue Elle est associée à des contraintes de traction excessives sous l action répétée du trafic lourd principalement.
6 Fissuration longitudinale Fissuration transversale Faïençage à mailles fines (assise souple)
7 Déformations permanentes Les ornières à grand rayon se produisent principalement sur: des structures souples sous-dimensionnées (épaisseur insuffisante d enrobés bitumineux) des structures réalisées sur un sol support de faible portance ou mal drainé. Ornières à grand rayon
8 2-2 Dégradations superficielles Elles affectent uniquement la couche de roulement et ses caractéristiques de surface. Elles posent principalement des problèmes de sécurité, de confort des usagers et d intégrité de la couche de surface, sans remettre en cause la structure de la chaussée. Orniérage par fluage des couches bitumineuses Se produit essentiellement sur des sites fortement sollicités par le trafic poids lourd canalisé, à vitesse lente et exposés aux températures élevées en période chaude. Peut être du à un emploi de bitume de consistance trop faible à haute température ou trop susceptible aux variations de température.
9 Vieillissement par fatigue thermique Il se produit par une fissuration typique en étoile évoluant vers un faïençage qui autorise les infiltrations d eau, ce qui aggrave les dégradations. Fissuration en étoile Appelée fissuration «par le haut» des enrobés bitumineux de surface, elle est principalement due à un phénomène de fatigue thermique des enrobés sous l effet de gradients de température.
10 Arrachements divers Pelade : elle survient par un arrachement en plaques de la couche de roulement. Elle peut provenir de plusieurs causes : épaisseur trop faible, formulation mal adaptée au trafic, défaut de collage au support par suite d un support trop déformable, dosage insuffisant de couche d accrochage. Exemple de pelade
11 Nids de poule : il s agit de cavités dues à des départs localisés de matériaux. Ils peuvent avoir pour origine des défauts ponctuels de la couche de surface, de portance du support, d interface et des ruptures par fatigue de la couche de support. Exemple de nid de poule
12 Désenrobage Correspond à des départs de mastic autour des granulats qui conduisent à des arrachements évolutifs en pelade, sous trafic. Peut être du à: une stagnation d eau sur la chaussée, une adhésivité insuffisante liants/granulats, un vieillissement excessif du liant, à l action des sels de déverglaçage et des solvants des bitumes, Exemple de désenrobage
13 Usure Sous l effet du trafic, les granulats se polissent et les couches de roulement s usent réduction des caractéristiques d adhérence pour les usagers.
14 II. Retraitement en place à froid 1) Principe FRAISER EMULSION FRAGMENTER LIANT BITUMINEUX MALAXAGE MOUSSE DE BITUME APPLICATION COMPACTAGE Elle est généralement préparée en usine et livrée sur le chantier Émulsion de bitume: Les épaisseurs traitées habituelles sont comprises entre 5 à 12 cm pour des enrobés et inférieures à 25 cm pour des matériaux granulaires. (évaporation de l eau)
15 Mousse de bitume Elle est produite sur place par un dispositif intégré au malaxeur. Le processus consiste à injecter une petite quantité d'eau (environ 2 à 3%) et d air dans le bitume chaud à une température d environ 170 C. Processus de fabrication de la mousse de bitume Les épaisseurs traitées habituelles peuvent aller jusqu'à 15 cm pour des enrobés et 30 cm pour des matériaux granulaires.
16 2) Matériels Train de machines séparées
17 Fraisage et malaxage + Répandage Malaxage + Répandage
18 Fragmentation + malaxage et une machine de répandage Addition fluide Fraisage + Malaxage Répandage Compactage Addition granulats
19 Machine unique : fragmentation + malaxage + mise en oeuvre
20 3) Avantages et limites d utilisation AVANTAGES Économie matériaux nouveaux Réduction énergétique (pas de chauffage ni séchage comme cela est nécessaire pour un recyclage en centrale dans un mélange bitumineux à chaud) Réduction des transports Limitation travaux annexes (ajustement des seuils, rehaussement des trottoirs, accès ) Rétablissement circulation rapide Coût
21 LIMITES d UTILISATION Caractéristiques inadaptés des matériaux (Pavés, blocs, géotextiles ) Faible portance du support Condition climatique (température trop basse, précipitations fréquentes) Caractéristiques inférieures à celles obtenues avec les mélanges bitumineux chauds : en général, quand on utilise des mélanges recyclés à froid, il faut multiplier l'épaisseur par 2,5 pour réaliser la même capacité portante. + avec l'émulsion, le besoin d évacuation de l'eau résiduelle limite l'épaisseur maximum des couches retraitées à l'émulsion de bitume. Limitent l'utilisation de la technique à des routes à faible trafic.
22 III. Retraitement à chaud en centrale 1) Principe RECYCLAGE A FORT TAUX 20% RECYCLAGE A FAIBLE TAUX 20% FRAISAGE = Récupération des enrobés STOCKAGE / CONCASSAGE MELANGE FRAISATS-GRANULATS VIERGES SÉCHAGE Liant CHAUFFAGE MISE EN OEUVRE
23 Le vieil enrobé est ajouté à de l'enrobé neuf, dans des quantités allant de 20 à 80 %, voir 100 % (sans matériau neuf, centrales hollandaises). Le liant de régénération est : soit un bitume classique lorsque le liant des matériaux à recycler est peu vieilli et/ou le taux de recyclage est faible, soit un liant spécifique dans le cas contraire. Avec les enrobés de recyclage produits à chaud en centrale, on aboutit à la même capacité portante qu un enrobé classique (contrairement au recyclage à froid ). Attention à la pollution par d anciens goudrons : réutilisation de matériaux pollués par du goudron est interdite car dégagements de HAP (Halogénures Polycycliques Aromatiques) cancérigènes.
24 2) Matériels Centrale d enrobés classiques + équipements parallèles pour le recylage. On distingue: 1- Les centrales sans tambour de chauffage séparé (addition froide), 2- Les centrales discontinues avec un tambour de chauffage séparé aussi appelé tambour parallèle (addition chaude), 3- Les tambours-mélangeurs.
25 1 : granulats recyclés froid ajouté directement aux matériaux vierges surchauffés (jusqu'à 275 C) limite le taux de recyclage (<20%) Addition discontinue Addition continue
26 2 : granulats recyclés chauffés dans un tambour en parallèle forts taux de recyclage possible (jusqu à 80%) Séchage et préchauffage des recyclats d'enrobés à 130 C. Puis mélangés aux granulats neufs légèrement surchauffés température finale d environ 160 C.
27 3 : En général, recyclats d'enrobés ajoutés au milieu du tambour, en dehors de l'influence de l élément réchauffeur, pour empêcher de brûler le bitume contenu dans le granulat de recyclats d'enrobés. Taux de recyclage maxi : 50%. Tambour sécheur-enrobeur : chauffage du recyclats d'enrobés en même temps que les granulats : ajout avec les granulats (1) ou au milieu du tambour de séchage (2).
28 3) Bilan technique Économie de 5% à 12% + Protection environnement Bonne homogénéité Mise en œuvre classique Pas de vieillissement marqué du liant imputable au processus de fabrication L emploi en couche de roulement est possible sauf dans le cas d utilisation de fraisats tout-venant. Bonne macrorugosité
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