Rappel du PAQ enrobés Paramètres pour l optimisation des formules

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1 Direction du Laboratoire des chaussées Les nouvelles procédures d optimisation des formules d enrobés en laboratoire (PAQ enrobés) avec ou sans utilisation de GBR et autres matériaux recyclables Michel Paradis, ing. M.Sc. Laboratoire des chaussées Service des matériaux d infrastructures Formation technique Bitume Québec Montréal - 30 novembre 2011

2 Survol de la présentation Rappel du PAQ enrobés Paramètres pour l optimisation des formules Granulats Bitumes Enrobés Critères d utilisation du recyclé (GBR) Critères d utilisation des bardeaux d asphalte Nouvelles procédures de laboratoire Techniques d enrobés tièdes Conclusions

3 PAQ enrobés : Paramètres de contrôle 1. Optimisation de la formule présentée; e; 2. Entente sur la densité effective des granulats (d ge ); - La valeur de D ge est moins variable. 3. Contrôle de la teneur en bitume par le système d acquisition de données de l usine; - Système très performant lorsque bien calibré. 4. Contrôle plus serré de la densité brute des granulats. - Nouvelles exigences émises en 2007 Gros granulats : écart maximal 0,013 Granulats fins : écart maximal 0,018

4 PAQ enrobés : Exemple d entente Comparaison du Dge MTQ et entrepreneur selon teneur en bitume du bavard Dge Dge MTQ Entrepreneur Écart C/NC 2,902 2,922-0,020 NC 2,929 2,910 0,019 NC 2,906 2,906 0,000 C 2,920 2,913 0,006 C 2,916 2,915 0,001 C Moyenne 2,915 2,913 0,001 C Formule 2,926 Écart avec la formule - - 0,0127 NC Comité bipartite MTQ-ACRGTQ Implantation en 3 phases 2011 Optimisation de la formule (densité maximale) 2012 Audit des systèmes d acquisition de données 2013 Contrôle avec bavards

5 PAQ enrobés : Avantages Avantages économiques pour le MTQ - Le MTQ va payer pour la bonne teneur en bitume; - Moins de problèmes de comportement, plus d argent pour la réalisation de projets supplémentaires. Assurance d une formule optimisée - Permet d intervenir au début du contrat et non à la fin. Basé sur les systèmes d acquisitions de données (bavards) - Cadence d échantillonnage diminuée. - Moins d essais de laboratoire. - Abandon éventuel des cartes de contrôle. Permet une variation maximale de 0,1% sur la teneur en bitume.

6 Optimisation : Granulats Tamis Classes granulaires (mm) 0/2,5 2,5/ mm mm mm mm < 3 5 mm < 3 2,5 mm < 3 1,25 mm < 5 D 2, d 0 2, S assurer de la conformité des classes granulaires: Difficulté de rencontrer les spécifications granulométriques (NQ ) si les classes sont non-conformes, dans certains cas.

7 Optimisation : Granulats Méthode Bailey Détermination de la dimension du tamis séparant les éléments fins des éléments grossiers. Évaluation de la manière dont les éléments grossiers se placent et leurs influences sur la compacité de la fraction fine du mélange granulaire. Évaluation de la compacité des éléments de la fraction fine du mélange granulaire. Évaluation des éléments fins de la fraction fine du mélange granulaire.

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9 Optimisation : Bitume - statistiques Classe PG Enrobés (tonnes) Bitumes (tonnes) Utilisation (%) PG ,01% PG ,4% PG ,9% PG ,4% PG ,9% PG ,9% PG ,5% Total: %

10 Optimisation : Bitume Bitume : les producteurs de bitume doivent être accrédités ISO 9001 et fournir une attestation de conformité pour le bitume utilisé; Utiliser la bonne classe de bitume prévue pour une région donnée; S assurer que les températures de production (malaxage en usine) sont conformes aux exigences du producteur et la classe du bitume utilisé. La température de malaxage ne devrait pas dépasser les 170 o C (oxydation); Prélever aléatoirement un échantillon de bitume à tous les tonnes d enrobés (1 minimum par contrat).

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12 Granulats de B-C après l essai d affinité bitume granulat Bitume usuel Optimisation : Bitume Bitume HRD Utilisation de bitumes HRD Prolonge la durée de vie des enrobés prédisposés au désenrobage (peut aller jusqu à doubler).

13 Optimisation : Bitume - Désenrobage Diminution du lien bitume-granulat, le granulat est désenrobé par la présence d eau et la vapeur d eau.

14 Optimisation : Enrobé

15 Optimisation : Enrobé À Éviter : mélange instable

16 Optimisation : Enrobé % Pass sant ,080 2,5 Moins sensible Tamis (mm) Ex: enrobés 10 mm Tamis (µm) 0,45 Moins sensible

17 Optimisation : Enrobé - PCG Presse à cisaillement giratoire Superpave Pas assez de bitume À la limite du ressuage

18 Optimisation : Enrobé Orniéreur 5,4% 5,6% 5,8% Teneur en bitume

19 Optimisation : Enrobé Avant le chantier Recevoir une formule théorique d enrobé de la part de l entrepreneur; Valider la formule selon la norme 4202 (classes granulaires, granulométrie, teneur en bitume etc..); Essais à la presse à cisaillement giratoire (PCG) et orniéreur; Validation de la formule en chantier; Établissement de la formule finale; Autorisation de production de la formule finale acceptée.

20 Optimisation : Enrobé Pendant le chantier Vérification de la couche de liants d accrochage et/ou collage des couches; Contrôle de la compacité (minimum 93%) (6 essais par jour ou lot); Contrôle de la ségrégation thermique (caméra infrarouge); Échantillonnage (au chantier et/ou en usine) selon la cadence suivant Contrôle avec bavards et avec densité maximale

21 Optimisation : Enrobé Pendant le chantier

22 Changer une classe de bitume spécifiée et recommandée dans les tableaux du choix des composants par un bitume de classe inférieure par soucis d économie. Problématique d orniérage; Problématique de fissuration; Problématique d arrachement. À ne pas faire Poser une enrobé mince sur une surface fortement dégradée sans faire de correction au préalable. Les défauts vont remonter en surface; Dégradations prématurées du nouvel enrobé; Surface de roulement non sécuritaire pour les usagers.

23 Mettre en place un enrobé en couche plus mince que les épaisseurs recommandées dans les tableaux du choix des composants. Apparition de dégradations prématurées; Arrachement et désenrobage; Ségrégation; Durée de vie écourtée. À ne pas faire Substituer les enrobés de surface par des enrobés de correction pour les routes à fort volume de circulation ou dans les courbes. Glissance accrue; Diminution de la sécurité des usagers.

24 Intégration du recyclé (GBR) GBR = GBC = RAP = Granulats bitumineux récupérés ou recyclés ou concassés CCDG MATÉRIAUX L entrepreneur doit préparer une mise en réserve de chaque classe granulaire donnée pour un minimum de trois jours de production, excepté dans le cas où il s approvisionne à partir de carrières commerciales effectuant un contrôle de production. Il doit également préparer parer une mise en réserve pour les granulats bitumineux récupérés (GBR) pour un minimum de trois jours de production et caractériser cette pile selon les exigences de l article de la norme Le même processus est exigé en ce qui a trait au bardeau d asphalte.

25 Intégration du GBR dans les enrobés neufs Avant 2008: «seuls les matériaux neufs sont permis dans l enrobé pour couche de roulement d autoroute. Dans les autres cas, le pourcentage de granulats bitumineux récupérés est limité à 15% de la masse des granulats.» (CCDG art ); Sauf sur les couches de roulement des autoroutes Depuis 2008 Le pourcentage est passé à 20%. 8 projets pilotes réalisés en depuis 2009 avec 10% de GBR en couche de surface sur autoroutes. Nouvelles procédures de laboratoire émises en 2010 et intégrées dans les méthodes LC. Pas moins cher!

26 Intégration du GBR : critères d utilisation % d ajouts de GBR vs classe de bitume (variable selon les donneurs d ouvrages) 15% Utilisation de la classe de bitume recommandée pour la région et le volume de circulation % Zone floue! Certains déclassent le bitume et d autres non (cas du Québec) % Utilisation d une classe de bitume inférieure à la classe recommandée. 25% Détermination de la classe de bitume d ajout selon les chartes. Problématique en zone 2 : on tombe dans les PG XX-40.

27 États américains qui utilisent plus de 20% de GBR dans leurs enrobés AK OR WA ID MT WY ND SD MN WI MI VT NY ME NH MA RI CA NV UT CO NE KS IA MO IL IN OH KY PA WV VA CT NJ DE MD AZ NM OK AR TN NC SC DC MS AL GA HI TX LA FL Toutes les couches (20% ou plus) Couche de base ou intermédiaire seulement Couche de base seulement 20% et moins PR

28 GBR: Nouvelles procédures en laboratoire Avant 2009 Le GBR est mélangé aux granulats lors du chauffage à l étuve jusqu à l obtention de la température de malaxage soit 15 o C de plus que le bitume. Après 2009 Chauffage du GBR au micro-onde onde à une température avoisinant 100 o C (environ 4 minutes) et des granulats à 25 o C de plus que le bitume. Ces nouvelles procédures se retrouvent dans les méthodes LC , LC , LC , LC , LC et LC (à l annexe B).

29 GBR : Formulation 2 façons de faire pour trouver la densité brute du GBR Option 1 Déterminer la teneur en bitume du GBR, laver au trichloréthylène (ou au four à ignition) et effectuer densité brute et absorption sur les granulats lavés afin de trouver leur densité brute (d gb ). Intégrer cette valeur de densité (d gb ) dans la formulation

30 2 façons de faire pour trouver la densité brute du GBR Option 2 GBR : Formulation Déterminer la densité maximale (d mm ) et la teneur en bitume du GBR, ensuite calculer la densité effective (d ge ) avec l équation suivante: d ge ge = % bit % bit d mm d b D gb gb ~= d ge -0,030

31 Enrobés avec GBR : modules dynamiques Modu ule dynamique, E* (MPa) GBR 0% GBR 15% GBR 20% GBR 25% GBR 30% f = 10 Hz Température, T ( C) L ajout de GBR augmente les valeurs de modules dynamiques. Les différences entre les valeurs des modules de l enrobé avec GBR et de l enrobé témoin tendent à augmenter avec la température et le pourcentage de GBR.

32 Enrobés avec bardeau 2 types de bardeaux : post-fabrication (BPF) et post- consommation (BPC); Mêmes procédures d intégration en laboratoire que le GBR; BPF : usage libre selon critères BPC : en validation; Enrobés avec GBR et bardeaux sont acceptés.

33 Enrobés avec bardeau post-fabrication (BPF) Critères Enrobés de surface Enrobés de base % autorisé dans l enrobé Dimension du bardeau Ajustement de la teneur en bitume par rapport à la teneur initiale Conditions de circulation 3,0 % 5,0 % 10 mm 10 mm 0,24 % (*) 0,40 % (*) DJMA < Non autorisé sur les autoroutes Aucune restriction (*) Pour chaque 1% de bardeau ajouté dans l enrobé, il est permis de diminuer la teneur en bitume d ajout de 0,08%. Ceci correspond à une mobilisation du bitume du bardeau égale à 40%, sur la base d une teneur en bitume de 20% pour le bardeau.

34 Enrobés avec bardeau postpost-consommation (BPC) ROUTE AVANT ROUTE APRÈS

35 Enrobés avec bardeau: modules dynamiques Modu ule dynamique, E* (MPa) ESG-10 BPF 40% BPC 0% BPC 40% f = 10 Hz Température, T ( C) L utilisation de BPF et de BPC augmente les valeurs de modules dynamiques avec une influence beaucoup plus importante dans le cas des BPC. L écart de module dynamique augmente également avec la température.

36 Nouvelles procédures en laboratoire : GBR et bardeau Chevauchement des classes granulaires; Détermination de la densité brute du GBR et du BPF; Exemples de calcul du bitume d ajout pour enrobés avec GBR et BPF; Préparation des enrobés avec GBR et BPF.

37 Enrobés tièdes ENROBÉ CONVENTIONNEL ENROBÉ TIÈDE Facilite l intégration de GBR; Ne servent pas à allonger la saison de pavage (mais peuvent faciliter le compactage par temps plus froid); Réalisation de fiches techniques pour la caractérisation des enrobés tièdes en laboratoire; Devis d utilisation en 2012

38 Localisation des projets avec enrobés tièdes Légende: : Sasobit (600 t) : 2006 : Aspha-Min ( t) : 2008 : Ecomat CWM ( t) : 2009 : Ecomat eau ( t) : 2010 : Evotherm ( t) : 2011 TOTAL : TONNES

39 Enrobés tièdes: modules dynamiques Modu ule dynamique, E* (MPa) Evotherm DAT Evotherm DAT témoin Evotherm 3G Evotherm 3G témoin Pavécol Pavécol témoin Maxam Maxam témoin f = 10 Hz Température, T ( C) Les techniques avec ajout d additifs ont un effet significatif à la baisse sur les valeurs de modules dynamiques à températures élevées. Les techniques avec moussage du bitume avec de l eau ne semblent pas influencer les valeurs de modules.

40 Conclusions Nécessité d optimiser la formule avant le début du contrat : vérification de la densité maximale ( D mm 0, ,1% de la teneur en bitume). Contrôle en production permet de réagir et de faire des ajustements avant la fin du contrat; Optimisation au niveau des granulats (respects des classes granulaires, méthode Bailey), du bitume (respect du Vbe, bitume HRD) et des enrobés (courbes granulométriques); L utilisation du GBR est encouragée jusqu à 20%. Impact positif sur les modules dynamiques. Une meilleure caractérisation des piles de réserve du GBR sera exigée en 2012.

41 Conclusions (suite et fin) Les BPF sont en usage libre au CCDG selon des critères précis. Les BPC sont à l étude. Amélioration au niveau des valeurs de modules dynamiques; De nouvelles procédures de laboratoire sont disponibles (annexe B dans plusieurs méthodes LC) pour l intégration du GBR et du BPF dans les enrobés (optimisation des formules contenant ces matériaux); Plusieurs techniques d enrobés tièdes sont disponibles en usage libre, un devis spécial sera disponible en 2012.

42 Formation : Cours sur les enrobés GCI-718 Université de Sherbrooke (Campus de Longueuil) Hiver 2012 : formule 7 vendredis intensifs Coûts : Environ 600$ (repas inclus) Formateurs : Michel Paradis MTQ Guy Tourangeau MTQ Yvan Paquin DJL Frédéric Noël Sintra Guy Tremblay MTQ Anne-Marie Leclerc MTQ Guy Bergeron MTQ Félix Doucet MTQ Matière : Granulats, bitumes, concepts de formulation, mise en œuvre, fonctionnement des plans d asphalte, gestion de chantier, visite de laboratoire, caractérisation des matériaux, orientations politiques, etc.

43 Merci de votre attention! Questions?