Recyclage des fraisats d enrobés dans les bétons routiers.

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1 Recyclage des fraisats d enrobés dans les bétons routiers. Vincent Mathias Thierry Sedran François de Larrard Laboratoire Central des Ponts et Chaussées Centre de Nantes France

2 Contexte de l étude Production française annuelle de fraisats d enrobés : deux millions de tonnes. près de 50 % stockés ou mis en décharge. Part infime du recyclage avec un liant hydraulique, et toujours sous forme de graves traitées. Résultats intéressants : chute du module baisse modérée de la résistance en fendage 12 décembre 06 Réunion de clôture de 11D022 2

3 Objectifs Intégration du matériau fraisat d enrobés dans les chaussées en béton. Caractériser l'influence des fraisats sur les propriétés d'usage des bétons routiers (résistances en compression et fendage, module d élasticité, comportement en fatigue et vis à vis du retrait et de la fissuration). Proposer une méthode de prise en compte des fraisats dans la formulation des bétons et dans le dimensionnement des structures routières incorporant des bétons avec fraisats. 12 décembre 06 Réunion de clôture de 11D022 3

4 Essais de caractérisation Deux types de béton : béton de couche de surface (dosé à 330 kg/m 3 ) béton maigre d assise (dosé à 220 kg/m 3 ) Pour chaque type de béton : cinq dosages différents en fraisat, de 0 à 90 % de la masse totale de granulats. affaissement gardé constant en ajustant la quantité d eau. Pour chaque mélange, essais à 28 jours et à trois températures différentes (2 C, 20 C et 40 C) de : résistance en compression, résistance en fendage module élastique 12 décembre 06 Réunion de clôture de 11D022 4

5 Résistance en compression 12 décembre 06 Réunion de clôture de 11D022 5

6 Résistance en fendage 12 décembre 06 Réunion de clôture de 11D022 6

7 Module élastique 12 décembre 06 Réunion de clôture de 11D022 7

8 Notion d IQE (indice de qualité élastique) Grave traitée E, Rt IQE Sol support E2=100 MPa 12 décembre 06 Réunion de clôture de 11D022 8

9 2 approches pour la modélisation Matrice cimentaire granulats naturels granulat de fraisat (granulat naturel + pellicule de bitume) Inclusions de bitume pur 1. Le fraisat est un granulat classique : il y a pellicule de bitume autour du granulat naturel 2. Le fraisat est un séparé en deux phases : le granulat d origine est considéré sans bitume tandis que ce dernier se présente sous forme d inclusions souples dans la matrice cimentaire 12 décembre 06 Réunion de clôture de 11D022 9

10 Comparaison des deux approches L unité est égal à 1 MPa pour la résistance en compression, 0,1 MPa pour la résistance en fendage et 1 GPa pour le module élastique 12 décembre 06 Réunion de clôture de 11D022 10

11 Comportement en fatigue Essais réalisés au Laboratoire Régional des Ponts et Chaussées de Lille. Trois essais de fatigue réalisés sur des bétons dosés à 330 kg/m3 de ciment et comprenant 0, 50 et 90 % de fraisats. Deux essais réalisés sur béton de fraisat maigre et sur béton témoin maigre. 12 décembre 06 Réunion de clôture de 11D022 11

12 Résultats des essais de fatigue 12 décembre 06 Réunion de clôture de 11D022 12

13 Comportement en fissuration La fissuration du béton provient : Des retraits hydriques et thermique qui l affectent De sa rigidité qui entraîne des contraintes de traction importantes suite aux déformations induites par le retrait Nous avons mesuré les différents retraits pour le béton de fraisat comparé au témoin : le retrait hydrique augmente avec la hausse du taux de fraisat tandis que le retrait thermique est identique. résultats difficiles à quantifier en terme de fissuration Nous avons simulé le comportement d une section de chaussée en BAC 12 décembre 06 Réunion de clôture de 11D022 13

14 Essais de retrait empêché : schéma du montage BHP précontraint bâti rigide acier plaque d ancrage éprouvette de béton armé 12 décembre 06 Réunion de clôture de 11D022 14

15 Essais réalisés Choix du béton à 50 % de fraisats comparé au béton témoin. Deux essais réalisés sur des structures BAC mécaniquement équivalentes : Même dosage en ciment (330 kg/m3) et surépaisseur de 25 % pour le béton de fraisat. Même épaisseur et surdosage en ciment de 25 % pour le béton de fraisat, avec un superplastifiant pour obtenir le même IQE. 12 décembre 06 Réunion de clôture de 11D022 15

16 Essais réalisés Choix du béton à 50 % de fraisats comparé au béton témoin. Deux essais réalisés sur des structures BAC mécaniquement équivalentes : Même dosage en ciment (330 kg/m3) et surépaisseur de 25 % pour le béton de fraisat. Même épaisseur et surdosage en ciment de 25 % pour le béton de fraisat, avec un superplastifiant pour obtenir le même IQE. 12 décembre 06 Réunion de clôture de 11D022 16

17 Résultats Premier essai : résultats similaires sur les deux barreaux (3 fissures) cm 45 cm 128 cm 63 cm Éprouvette de béton de fraisat (50 %) cm 46 cm cm 4 54 cm Éprouvette de béton témoin Deuxième essai terminé : une seule fissure (au même endroit) sur chaque éprouvette. 12 décembre 06 Réunion de clôture de 11D022 17

18 Simulation de dimensionnement (1) Le coût estimé des matériaux est de 80 /t pour le ciment et 8 /t pour les granulats. Les fraisats sont supposés avoir un coût nul. BF : 22 cm BF : 27 cm BF : 33 cm BF : 15 cm BF : 15 cm BF : 15 cm 14,2 /m 2 13,0 /m 2 12,1 /m 2-8 % - 7 % 12 décembre 06 Réunion de clôture de 11D022 18

19 Simulation de dimensionnement (2) Le coût estimé de l acier est de 750 /t BF : 19 cm BF : 25 cm BF : 18 cm BF : 18 cm 21,4 /m 2 20,4 /m 2-5 % 12 décembre 06 Réunion de clôture de 11D022 19

20 Conclusions générales Les différentes approches de modélisation permettent d appréhender de façon rationnelle l introduction des fraisats dans le béton. Les comportements en terme de fissuration et de fatigue permettent une meilleure connaissance du matériau béton de fraisats Les bases du dimensionnement des chaussées incorporant du béton de fraisat sont posées. L intérêt économique du recyclage des fraisats dans les bétons se confirme. 12 décembre 06 Réunion de clôture de 11D022 20