FORMULATION DES ENROBÉS PIERREUX INFLUENCE DU DOSAGE EN FILLER ET DE L AJOUT D UN SABLE ROULÉ EN SUBSTITUTION SUR LE COUPLE OUVRABILITÉ-ORNIÉRAGE

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1 FORMULATION DES ENROBÉS PIERREUX INFLUENCE DU DOSAGE EN FILLER ET DE L AJOUT D UN SABLE ROULÉ EN SUBSTITUTION SUR LE COUPLE OUVRABILITÉ-ORNIÉRAGE Sébastien LAMOTHE, ing. jr Laboratoire Richelieu-Estrie ltée Daniel Perraton, D.Sc.A. École de technologie supérieure 1

2 Enrobés pierreux : Problématique étudiée Dans le cas d un enrobé pierreux avec une masse granulaire anguleuse Aptitude au compactage : plus difficile à satisfaire (compacité 93-96%) Problématique spécifique: Dans les situations critiques, Comment atteindre la compacité ciblée? Pour les différentes actions, Quel est l interaction du couple ouvrabilité-orniérage orniérage? 2

3 Enrobés pierreux versus Enrobés conventionnels Enrobé Conventionnel Enrobé Pierreux La La présence d un d un squelette granulaire constitué d un d un volume important de de particules grossières (V (V GG ) GG ) Très bonne résistance à l orniérage Pour autant que la cohésion du bitume soit bonne! 3

4 Enrobés pierreux Quelques caractéristiques Le fait d utiliser un V GG important la teneur en vides(%) Pour atteindre une compacité maximale Il faut insérer des éléments fins dans ces vides En définitive : L ajout d un filler Volume de vides Compacité l aptitude au compactage 4

5 Enrobés pierreux Quelques caractéristiques Deux remarques s imposent : Un sur Desserrement des grosses particules Vides Effet Desserrement le dosage en filler peut donc s avérer critique L ajout de particules de taille intermédiaire ne permet pas d atteindre un degré de cohésion semblable à celui du mélange bitume-filler, le mastic 5

6 Enrobés pierreux Quelques remarques Compression Cisaillement Cisaillement Traction Minimise le risque de fluage orniérage MAIS? Rôle du mastic Cohésion 1- b% 2- filler% Cohésion du mastic rigidifie le augmente bitume la stabilité Mise en relief de l importance d un mastic de qualité C est-à-dire de bonne cohésion 6

7 Enrobés pierreux Quelques remarques ATTENTION à la notion de MASTIC La qualité d un mastic n est pas le fruit du hasard! Le contrôle du est important il faut prévoir éventuellement adapter les opérations pour le dosages en usine ci-nécessaire le contrôle de sa granulométrie est également important! L importance de la nature minéralogique du filler devra être quantifier L interaction filler-bitume, modifie substentiellement les propriétés du bitume adsorption des huiles (et autres) 7

8 Enrobés pierreux Comment atteindre la compacité souhaitée? Programme expérimental Deux actions ont été considérées 1) Ajustement du Permet de remplir les vides 2) La substitution par un sable, une fraction des particules anguleuses Favorise l agencement granulaire permet de réduire le VAM 8

9 Enrobés pierreux Comment atteindre la compacité souhaitée? Programme expérimental Quels sont les effets réels de ces actions sur : 1) L agencement granulaire? 2) La performance à la PCG? 3) La performance à l orniérage? le couple ouvrabilité-orniérage!!! 9

10 : Formulation de cinq enrobés possédant diverses teneurs en filler» modification de la granulométrie (PCG + orniéreur) : Modification de deux enrobés du volet #1 par l ajout de sable - Ainsi sept enrobés ont été confectionnés (PCG + orniéreur) : - Pour trois enrobés : l ajout de sable se traduit par une modification de la granulométrie de l enrobé de départ - Pour les quatre autres enrobés : tamisage et dosage en sable afin d obtenir une granulométrie constante 10

11 Granulométries des cinq enrobés La CMVM et les courbes granulométriques des enrobés ayant diverses teneurs en filler Passant (%) CMVM EG10-7,2 EG10-8,6 EG10-9,4 EG10-10,2 EG10-11, Tamis^0.45 (mm) 11

12 Aptitude au compactage Influence de la teneur en filler sur l'aptitude au compactage 25 Vides à la PCG girations 80 girations 200 girations Teneur en filler Optimum : 10% de filler, + de filler = desserrement de la structure granulaire 12

13 Remarques A) Le desserrement de la structure granulaire par le filler peut signifier qu il va maintenant reprendre une partie des charges (percolation ou transfert des charges). B) Suite aux résultats obtenus, nous avons cherché à développer une méthode permettant d évaluer à priori l aptitude au compactage et ce, dans le but de diminuer les essais en laboratoire. Solution : Il faut tout simplement calculé l aire qui est confinée entre la courbe granulométrique de l enrobé et la courbe de masse volumique maximale (CMVM). Cette méthode permet, enfin de compte, d estimer la grandeur du VAM et l aptitude au compactage. 13

14 Aire confinée entre la CMVM et la courbe granulométrique Schématiquement la méthode se résume comme suit : CMVM Courbe granulométrique Aire = VAM = Aptitude au compactage 14

15 Aire confinée entre la CMVM et la courbe granulométrique»»» Appliqué à nos enrobés CMVM Courbe granulométrique Filler (%) 7,2 8,6 9,4 10,2 11, Aire confinée entre la CMVM et les courbes granulométriques 160,0 Aire sous la courbe (mm x %) 150,0 140,0 130,0 120, Teneur en filler (%) Vides à la PCG On constate : Même tendance pour les deux courbes 15

16 Résistance à l orniérage Déformation des enrobés au cours de l'essai à l'orniéreur Déformation (%) EG10-7,2 EG10-9,4 EG10-10, Cycles Filler = VAM = Résistance à l orniérage 16

17 Conclusion du volet #1 1) Le dosage optimal en filler est élevé (10%), ce résultat peut être expliqué par la haute angularité des particules composant les enrobés. 2) Ce dosage se trouve à l intérieur des limites spécifiées par le MTQ, 4 à 10% de filler. 3) En définitive, l ajout de filler permet d améliorer l aptitude au compactage tout en gardant une bonne résistance à l orniérage, le couple ouvrabilité/orniérage est satisfaisant. 17

18 Ajout de sable Modification de la granulométrie de départ La CMVM et les courbes granulométriques des enrobés ayant diverses teneurs en sable Passant (%) Tamis^0.45 (mm) CMVM EG10-7,2 EG10-SNA12 EG10-SNA15 EG10-SNA18 18

19 Ajout de sable Aptitude au compactage 25 Influence de l'ajout de sable sur l'aptitude au compactage 20 Vides à la PCG Vides à 10 girations Vides à 80 girations Vides à 200 girations Teneur en sable Évidemment, l ajout de sable améliore l ouvrabilité 19

20 Aire confinée entre la CMVM et la courbe granulométrique»»» Appliqué à nos enrobés CMVM Courbe granulométrique Enrobé d origine / Ajout de sable 7, Aire confinée entre la CMVM et les courbes granulométriques On constate : Aire sous la courbe (mm x %) Vides à la PCG Que la grandeur de l aire 130 confinée ne prédit plus l ouvrabilité des enrobés en Teneur en filler (%) raison de l ajout de particules arrondies. Par ailleurs, même si l enbrobé possédant 12% de sable est le plus éloignée de la CMVM, il se place encore mieux que l EG10-7,2. 20

21 Résistance à l orniérage 20 Influence de l'ajout de sable sur la performance à l'orniérage cycles Déformation cycles 300 cycles cycles cycles Teneur en sable (%) Teneur en sable = performance à l orniérage et VAM = performance à l orniérage 21

22 Complément d analyse Quelles sont les principales raisons qui expliqueraient l amélioration de l aptitude au compactage par l ajout du sable? 1) La modification de la granulométrie? 2) La forme des particules? ou 3) La concentration de particules arrondies sur des tamis bien précis? Afin de répondre à ces questions, nous avons décidé de formuler des enrobés ayant du sable et possédant une granulométrie constante. 22

23 Complément d analyse Les quatre derniers enrobés!!! 23

24 Aptitude au compactage Vides interstitiels (%) Aptitude au compactage en relation avec la teneur en sable (granulométrie fixe) Teneur en sable (%) 10 girations 80 girations 200 girations 24

25 Remarques À granulométrie contrôlée et ce, jusqu à un ajout de 18% en sable, l aptitude au compactage est restée constant! la granulométrie de l enrobé a une influence importante sur la maniabilité. Par ailleurs, la teneur en particules arrondies de ces enrobés EST ÉQUIVALENTE à celle des enrobés à granulométrie modifiée Une analyse plus approfondie s impose!!! Regardons la proportions de particules arrondies pour chacun des tamis. 25

26 Répartitions des particules arrondies sur chacun des tamis Pourcentage de sable retenu par tamis 7,2% de filler 9,4% de filler Granulométrie modifiée Granulométrie fixe EG10-7,2- EG10-7,2- EG10-7,2- EG10-9,4- EG10-9,4- EG10-9,4- SNA12 SNA15 SNA18 SNB5 SNB12 SNB18 28 mm mm mm mm mm ,72 6,52 9,77 *2,5 mm 1,32 1,65 1,98 0,85 2,03 3,04 *1,25 mm 1,32 1,65 1,98 0,38 0,90 1,35 *630 um 2,40 3,00 3,60 0,22 0,52 0,77 *315 um 3,84 4,80 5,76 0,13 0,30 0, um 2,50 3,12 3,74 0,13 0,30 0,45 80 um 0,53 0,66 0,79 0,13 0,31 0,47 Plateau 0,10 0,12 0,14 0,47 1,13 1,69 Concentration élevée de particules Arrondies sur des tamis bien spécifiques 26

27 Répartitions des particules arrondies sur chacun des tamis On constate : pour les enrobés à granulométrie modifiée énormément de particules arrondies sur les tamis de 160, 315 et 630µm comparativement aux enrobés à granulométrie fixe. La résistance à l orniérage : Est inchangée avec cet ajout de 5% de sable entre les tamis de 315µm et 630µm 27

28 Conclusions L ajout de filler permet d améliorer l aptitude au compactage SANS compromettre la résistance à l orniérage Attention, il existe un optimum (surdosage desserrement) La substitution avec un sable un améliore l aptitude au compactage MAIS se traduit par une performance critique à l orniérage L apport bénéfique du sable sur l aptitude au compactage est lié plus spécifiquement au changement de granulométrie ( sur le VAM) qu à la forme des particules 28