Formulation des enrobés Méthode LC

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1 Formulation des enrobés Méthode LC Pierre Langlois, ing. Les enrobés bitumineux : formulation, fabrication, mise en place. Montréal

2 Méthode LC Plusieurs entreprises d enrobés du Québec œuvrent en Ontario, Nouveau- Brunswick et Nouvelle-Angleterre (USA). Ces provinces et états utilisent la méthode Superpave. 2

3 Méthode LC Méthode superpave L enrobé obtenu peut être faible en bitume, donc de performance discutable; Une teneur en bitume trop élevée peut être obtenue dans certains cas, augmentant les risques d orniérage. Au Québec, les modifications apportées à la méthode superpave ont conduit à la méthode LC 3

4 Méthode LC Objectifs Utilisable en laboratoire mobile Méthode de compactage en relation avec celles utilisées en chantier Possibilités d utilisation de granulats de dimensions importante Mesure de la compactibilité Prendre en compte la durabilité Teneur en bitume Performance générale de l'enrobé 4

5 Méthode LC Objectifs (suite) Méthode proche de la méthode superpave, facilitant ainsi les échanges avec les autres organismes Appareillage identique Enrobés produits respectant les principaux critères superpave (granulométrie, VAM, VCB, vides) 5

6 Méthode LC La méthode de formulation fait appel aux méthodes d essais suivantes: LC «Détermination de l'aptitude au compactage des enrobés à chaud à la presse à cisaillement giratoire»; LC «Formulation des enrobés à l'aide de la presse à cisaillement giratoire selon la méthode du laboratoire des chaussées». 6

7 Méthode LC Résistance à l'orniérage Résistance à la fissuration, arrachement et désenrobage Teneur en bitume 7

8 Méthode LC Etude de formulation teneur en bitume la plus élevée possible tout en résistant à l'orniérage. 8

9 Orniéreur de laboratoire 9

10 Orniéreur de laboratoire Vitesse: 1 cycle / sec Température: 60 o C. 10

11 Orniéreur de laboratoire P = f = (F-f) = pression de gonflage du pneu = 600 kpa charge produite par l éprouvette et le support charge roulante appliquée = 5000 N AFNOR

12 Orniéreur de laboratoire 12

13 Profondeur d ornière Orniéreur de laboratoire Log % Log N 13

14 Essais à l orniéreur 5,4% 5,6% 5,8% Teneur en bitume 14

15 Volumes dans les enrobés Vides (V i ) Vides perméables à l'eau Granulat Bitume effectif Vides perméables au bitume 15

16 Volumes dans les enrobés V i VAM V b V ba V be V mb V ge V mm V gb 16

17 Volumes dans les enrobés Bitume D b = 1,020 Cas 1: D gb = 2,800 Cas 2: D gb = 2,670 Granulats 17

18 Densité du bitume D b La densité du bitume D b est déterminée selon la norme ASTM D 70 à 25 o C. D b est fonction de la température. 1,100 1,050 1,000 0,950 0,

19 Volumes dans les enrobés Bitume Granulats D b = 1,020 Cas 1: D gb = 2,800 M b = 110 kg M g = 2200 kg % bit = M b / (M b + M g ) x 100 % bit = 110 / ( ) x 100 = 4,76 % 19

20 Volumes dans les enrobés Bitume Granulats D b = 1,020 Cas 2: D gb = 2,670 M b = 110 kg M g = XXXX kg M g = 2200 x 2,670 / 2,800 = 2098 kg % bit = M b / (M b + M g ) x 100 % bit = 110 / ( ) x 100 = 4,98 % 20

21 Volumes dans les enrobés Cas 1: % bit = V bit / (V bit + V g ) x 100 = 110 / 1, / 1, / 2,800 x 100 = 12,1 % 21

22 Volumes dans les enrobés Cas 2: % bit = V bit / (V bit + V g ) x 100 = 110 / 1, / 1, / 2,670 x 100 = 12,1 % 22

23 Méthode LC Méthode volumétrique Enrobé grenu 10mm: V be = 12,4% Enrobé semi grenu 10mm: V be = 12,2% Note: Le V be est calculé par rapport à V mm 23

24 Méthode LC Historique 1991: Etudes sur la méthode française 1993: Etudes sur la méthode superpave Premier enrobé de type LC (EG-12,5) : Mise au point de la méthode LC, combinaison des méthodes française et Superpave. Enrobés EG-10 et EGA : Enrobés ESG-10 et ESG : Normalisation de la méthode LC Par la suite, développement de nouveaux enrobés tels les EG-5, ESG-5, SMA-10, GB-20, EC-10 24

25 Méthode LC Formulation des enrobés à la presse à cisaillement giratoire (pcg). Choix des classes granulaires, des proportions de chaque classes, calcul du D gb du combiné granulométrique. Fabrication d un enrobé à une teneur en bitume approximant le V be, détermination de D mm. Normes NQ NQ Normes 4202 LC LC Oui Calcul de D ge, Calcul du P ba, Calcul du P bi. Norme LC Réajustement de la granulométrie? Non Calcul de D mm. Norme LC Calcul de la masse de la prise d essai pour un essai à la pcg. Norme LC Effectuer un essai à la pcg, (une éprouvette). Norme LC Calcul des vides à 10g, Nd, 200g. Normes 4202 LC Réajustement du P bi ±0. 1% et / ou de la granulométrie. Non Résultats conformes? Norme 4202 Oui Faire deux essais supplémentaires à la pcg, vérification du coefficient de variation, calcul des vides. Norme LC Non Résultats conformes? Oui Normes 4202 LC Terminé 25

26 Méthode LC Méthode de formulation à deux nivaux Niveau 1: Maniabilité à la Presse à cisaillement giratoire Niveau 2: Essais de résistance à l'orniérage 26

27 Méthode LC, niveau 1 Presse à cisaillement giratoire superpave 600 kpa 150 mm dia. 30 girations/min. 1,

28 % de vides Presse à cisaillement giratoire Log ng 28

29 Enrobés 10mm Tamis (mm) % Passant Courbe de masse volumique maximale Enrobé semi grenus Enrobé grenus Zone de restriction Points de contrôles Tamis (µm)

30 Enrobé 14mm Tamis (mm) % Passant Courbe de masse volumique maximale Enrobé semi grenus Zone de restriction Points de contrôles Tamis (µm)

31 Enrobés 10mm Grenu Semi-grenu 31

32 Méthode LC Les éléments différents de la méthode Superpave sont: les températures des composants, de malaxage et de compactage; la température et le temps de curage des échantillons d enrobés; la masse de la prise d essai; la détermination de la densité brute de l enrobé; le calcul des vides V i ; la validité de l essai à la pcg. 32

33 Préparation des composantes Les températures de malaxage et compactage en laboratoire; Les températures de chauffage pour le malaxage et de chauffage pour le compactage sont fonction de la classe de bitume (PG); 33

34 Préparation des composantes Viscosité,, Pa s Compactage Malaxage Température, C 34

35 Préparation des composantes Classes de bitume (PG) Températures de chauffage pour le malaxage ( 0 C) Températures de chauffage pour le compactage ( 0 C) ± ± (1) 145 ± ± ± ± (1) 155 ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± 2 1. Enrobés additionnés de fibres d amiante. 2. Utiliser la température associée à la viscosité si elle diffère de plus de 5 deg. de celle du tableau. Note:Vérifier les températures selon les normes les plus récentes. 35

36 Méthode LC, niveau 1 Détermination des caractéristiques des granulats Proportions des classes granulaires; Fabrication de l enrobé à une teneur en bitume avoisinant celle du V be ; Détermination de la densité maximale de l enrobé D mm. 36

37 Classes granulaires recommandées TAMIS 0/2,5 0/5 0/10 0/14 0/ , ,25 D 2, d < 2,5 mm

38 Classes granulaires recommandées TAMIS 2,5/5 2,5/10 2,5/14 2,5/20 5/10 5/14 5/20 10/14 10/20 14/ < < 3 < 3 2, < 3 < 3 < 3 1,25 < 5 < 3 < 3 < 3 D d 2,5 2,5 2,5 2, D/ d 1, , ,6 4 1,4 2 1,4 38

39 Enrobés LC - Norme 4202 Types GB-20 ESG-14 ESG-10 EG-10 EGA-10 SMA-10 ESG-5 d enrobés 28 mm mm mm mm mm ,5 mm * - 39,2 46,1 46,1 46, ,25 mm * - 25,7 30,7-36,7 30,7-36,7 30,7-36, um * - 19,1-23,1 22,8-26,8 22,8-26,8 22,8-26, um * - 15,4 18,1 18,1 18, um um Fibres (%) ,3 - - V be (%) 10,2 11,4 12,2 12,4 14,6 14,8 13,5 * Zone de restriction recommandée 39

40 Proportions de classes granulaires à utiliser 0-2,5 mm 2,5-5 mm 0-5 mm 5-10 mm mm mm ESG-14 * * ESG-10 * * EG-10 * * EGA-10 * * SMA GB-20 * * EC-10 (1) (1) ESG (1) Les classes 0-2,5m et 2,5-5mm peuvent remplacer le 0-5mm. 40

41 Méthode LC, niveau 1 Détermination des caractéristiques des granulats Détermination du D gb du combiné granulométrique; Calcul du D ge ; Calcul du P ba ; Calcul du P bi. 41

42 Méthode LC, niveau 1 Calcul de la densité brute du mélange de granulat: D gb = P 1 D gb 1 P P 2 P D 2 + gb P... + N P N D gbn 42

43 Méthode LC, niveau 1 Fabrication d un enrobé à une teneur en bitume avoisinant le V be ; Détermination de D mm. 43

44 Méthode LC, niveau 1 Calcul de la densité effective du granulat D ge D ge = P mm -P bi est. P mm - P bi est. D mm D b 44

45 Méthode LC, niveau 1 Calcul de la teneur en bitume absorbé P ba = 100 (D ge -D gb ) (D gb D ge ) D b 45

46 Méthode LC, niveau 1 Calcul de la la teneur en bitume P bi P = D VbeDb + PbaDgb( 100 Vbe )/100 ( 100 V ) + V D + P D ( 100 V ) bi gb be be b ba gb be /

47 Méthode LC, niveau 1 Calcul de la densité maximale de l enrobé à la teneur en bitume P bi D mm = P g P mm D ge + P bi D b 47

48 Compaction La masse nécessaire à la fabrication d une éprouvette est celle requise pour obtenir une éprouvette de 115mm de hauteur et de 100% de compacité. m = D mm ρ Π 2 h(min) 4 h(min) = 115 mm ρ = 1 g/cm 3 48

49 Préparation de l'éprouvette Les granulats chaud sont placés dans le bol et le bitume est ajouté 49

50 Malaxage Mélanger jusqu'à ce que les granulats soient bien enrobés 50

51 Vieillissement à court terme L enrobé est déposé dans un plat et mis à l'étuve pour simuler le vieillissement à court terme Une fois la température atteinte, la durée du chauffage minimale est de 30 min et ne doit jamais excéder deux heures 51

52 Compactage Exemple de compacteurs 52

53 Compactage Éléments principaux de la presse à cisaillement giratoire Mesure de la hauteur Panneau de contrôle et système d acquisition châssis vérin Tige de retenue moule Base rotative 53

54 Compactage Presse à cisaillement giratoire Force axiale et effet de cisaillement dans l enrobé moule de 150 mm de diamètre Dimension des granulats jusqu'à 40 mm Mesure de la hauteur durant le compactage Les vides interstitiels dans l enrobé peuvent être mesurés durant le compactage 600 kpa 1,

55 Compactage Après vieillissement, sortir l'enrobé et le moule de l'étuve. Placer un papier dans le fond du moule. 55

56 Compactage Placer un entonnoir sur le moule et mettre l'enrobé dans le moule. Prendre garde à la ségrégation. 56

57 Compactage Placer une autre rondelle de papier sur l'enrobé et placer le moule dans la presse. 57

58 Compactage Après compactage, l'éprouvette est extraite du moule. 58

59 Compactage Enlever le papier et identifier les éprouvettes. 59

60 Résultats de l'essai à la PCG Détermination des vides V i dans l'enrobé V i = 100 H(ng) - h(min) H(ng) 60

61 Résultats de l'essai à Vides (%) la PCG Girations (log) 61

62 Points importants des résultats à la PCG Vides (%) N ini N des Nmax Girations (log) 62

63 Maniabilité requise à la pcg NOMBRE DE GIRATIONS ENROBÉ N ini N des. N max V i >= 11% V i = 4 à 7% V i >= 2% ESG ESG EG EGA GB ESG SMA

64 Vérifications des vides V i Pour chacun des nombres de girations requis (10g, N des, 200g), les vides V i doivent être conformes aux exigences. Si conformes, l essai est complété en réalisant deux autres éprouvettes; Si non conformes, l enrobé est modifié (teneur en bitume et/ou granulométrie) et on reprend la formulation à l étape appropriée. 64

65 Vérifications des vides V i L essai est complété en réalisant deux éprouvettes supplémentaires. Si l étendue des vides (X max X min ) est égale ou inférieure à l étendue critique (CR = 0,8) au niveau de probabilité de 95%, on procède à l acceptation des vides. 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. 65

66 Vérifications des vides V i V i (%) Validation de l essai Nombre de girations Essai 1 Essai 2 Essai 3 Étendue 10 12,6 12,0 11,9 0,7 80 6,1 5,5 5,3 0, ,8 3,2 3,0 0,8 Dans cet exemple, l essai est conforme 66

67 Vérifications des vides V i Pour chacun des nombres de girations requis, déterminer les % de vides moyens. Vérifier le respect des exigences. Calculer les valeurs du VAM et de VCB à 4% de vides. Vérifier les valeurs (VAM et VCB) obtenues par rapport aux critères recommandés. 67

68 Optimisation de la formule d enrobé Grosseur nominale maximale VAM minimal (%) 10 mm 15,0 14 mm 14,0 20 mm 13,0 28 mm 12,0 68

69 Calcul du VAM VAM = V be X (100 - V i ) V i 69

70 70 Calcul du V be ( ) ( ) + = gb D ba 100P b D b P gb D ba P gb D b 100P b D b 100P b P gb D ba P gb D b 100P gb D ba 100P 100 be V

71 Calcul du VCB VCB = 100 X VAM - V i VAM 71

72 Optimisation de la formule d enrobé Niveau de circulation Critères de VCB (%) Faible Moyen Fort

73 Optimisation de la formule d enrobé V i près du minimal de 4,0% Épaisseur de pose minimale; Moins bonne résistance à l'orniérage; Meilleure résistance à la fissuration; Meilleure imperméabilité. 73

74 Optimisation de la formule d enrobé V i près du maximale de 7,0% Épaisseur de pose maximale; Meilleure résistance à l'orniérage; Résistance à la fissuration plus faible; Texture plus ouverte. 74

75 Tenue à l'eau Effectuer l'essai de tenue à l'eau selon la méthode LC LC (projet pilote: évaluation de la résistance d'un liant bitumineux au désenrobage) 75

76 Questions? Les enrobés bitumineux : formulation, fabrication, mise en place. Montréal