Historique du recyclage au MTQ / Suivi de performances des routes avec GBR et bardeaux BPF et BPC.

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1 MINISTÈRE DES TRANSPORTS Historique du recyclage au MTQ / Suivi de performances des routes avec GBR et bardeaux BPF et BPC. Michel Paradis, ing. M.Sc. Service des matériaux d infrastructures Direction du laboratoire des chaussées Formation technique 2015 Bitume Québec 1 er décembre 2015

2 Plan de la présentation Réseau routier, statistiques et définitions Les matériaux recyclés au MTQ Granulats bitumineux recyclés (GBR) Scories d acier Bardeau d asphalte BPF BPC Caractérisation en laboratoire Suivi des planches d essais Conclusions

3 Le réseau routier du MTQ Autoroutes Routes nationales km km Routes régionales Routes collectrices Routes d accès aux ressources Routes locales Total km km km 35 km km

4 Quelques statistiques 2014 MTQ: tonnes Tonnages des villes ~= MTQ 1,21% 18,55% Enrobés Marshall 0,10% EC-5 9,63% 10,21% 4,51% EC-10 EG-10 0,33% EGM-10 0,39% ESG-5 ESG-10 55,07% ESG-14 GB-20

5 Définition : enrobé et bitume Enrobé : ~ 95% de granulats + ~ 5% de bitume Additifs possibles Enrobé recyclé (GBR) Bardeaux d asphalte (2 types) Scories d acier Caoutchouc Autres produits en développement Bitume: substance composée d'un mélange d'hydrocarbures, très visqueuse (voir solide) à la température ambiante et de couleur noire. Le bitume lie les granulats ensemble.

6 Nomenclature actuelle des enrobés Enrobés grenus (EG) EG-10, EGM-10 } Enrobés semi-grenus (ESG) ESG-10, ESG-14, ESG-5 Enrobés de correction (EC) EC-10, EC-5 Enrobé à matrice de pierre SMA-10 Enrobés pour couche de base GB-20 Norme 4202

7 Norme Exigences Enrobés à chaud formulés selon la méthode du laboratoire des Chaussées

8 Évolution des enrobés au Québec Couche de base MB 2 et MB 3 MB-16 et MB-20 EB-20 et GB- 20 GB-20 Couche de surface MB 4 à MB 7 MB-12,5 EB-10S, ESG-10 et EG-10 ESG-10 et EG-10 Couche unique MB 3 MB-16 EB-14 et ESG-14 ESG-14 Couche de correction MB 7 MB-10 EB-10C et EC-10 EC-10 Intervention palliative - - EB-10C et EC-10 EGM-10

9 Utilisation des matériaux recyclés au fil des ans Ajouts Scorie d acier Bardeau d asphalte Enrobé tiède Granulats bitumineux recyclés En tonnes d enrobés

10 Autres produits proposés Poils de cochons Plumes de poules Chanvre de Manille Morceaux de béton Élastiques Et bien d autres

11 Utilisation des matériaux recyclés? Oui mais Règle de base pour le MTQ Comportement d un enrobé avec matériaux recyclés Comportement d un enrobé sans matériaux recyclés (Fissuration, orniérage, désenrobage, arrachement)

12 Le GBR c est quoi? GBR = GBC = Granulats bitumineux récupérés ou recyclés ou concassés Le GBR provient du planage de l enrobé sur la route qui est mis en réserve pour utilisation future.

13 Utilisation du recyclé (GBR) Les pourcentages permis sont de 20% (usage général) et de 10% sur les couches de roulement des autoroutes (CCDG article ). Mêmes critères applicables aux Villes et municipalités. Pourquoi utiliser le GBR? Les études en laboratoire, les suivis de comportement (projets pilotes sur autoroutes) et la revue de littérature démontrent le bon comportement des enrobés avec GBR; Aucun compromis sur le comportement de l enrobé sinon le MTQ ne mettrait pas de GBR; Recyclage et économie de bitume!

14 Utilisation du GBR par le MTQ 2008 : 15,3% 2014 : 67,7% 14

15 Utilisation du GBR par le MTQ 2014 Types d enrobé Quantités d enrobé contenant des GBR (tonnes) Proportions en fonction du total d enrobé avec GBR (%) Proportions en fonction de la quantité totale du mélange (%) Enrobés Marshall ,2 68,1 EC-5R 160 <0,1 5,2 EC-10R ,4 68,8 EG-10R ,3 49,9 EGM-10R ,3 60,3 ESG-10R ,7 69,6 ESG-5R ,3 50,7 ESG-14R ,2 50,8 GB-20R ,5 74,8 Total: ,7% des t 15

16 Plus de 20% de GBR? Oui mais 15% 15-20% 20-25% 25% 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. Détermination de la classe de bitume d ajout selon les chartes. Problématique en zone 2 : on tombe dans les PG XX-40.

17 Module dynamique, E* (MPa) Utilisation du GBR : modules dynamiques f = 10 Hz GBR 0% GBR 15% GBR 20% GBR 25% GBR 30% 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.

18 Bonne caractérisation du GBR pour la teneur en bitume : essentiel! Sans GBR Avec GBR Avec GBR Enrobé «sec» : fissuration + importante et arrachement

19 Enrobés avec scories d acier Sous-produit d aciérie; Granulats à haute densité, très durs; t de scories sont produites annuellement au Québec; Depuis 2000, plus de t de scories ont été recyclées dans les structures de chaussées et dans les enrobés (pour le MTQ).

20 Comparaison des propriétés physiques des scories avec des granulats naturels Densité brute Absorption CPP Micro- Deval Los Angeles 5-10 mm Scories d acier 3,00 à 3,700 1,20 % 0,62 3 % 12 % 5-10 mm Granitique 2,735 0,41 % 0,52 7 % 25 % 5-10 mm Calcaire 2,681 0,71 % 0,49 15 % 23 %

21 Formulation d un enrobé avec scories Même procédure que pour les enrobés conventionnels; Gros granulat 5-10 mm de scories d acier (max. 60 %); Granulat fin naturel, 100 % concassé; Filler; Bitume selon les tableaux de recommandations. À surveiller : Variation de la densité des scories (Max Min = 0,062); Difficulté de maintenir les vides en chantier.

22 Enrobés avec scories d acier Utilisés avec succès sur plusieurs routes Autoroute 13 Autoroute Décarie Autoroute 30 (vers Sorel) Autres routes dans la région de Montréal et Montérégie

23 Bardeaux : intérêts du MTQ Intérêts environnementaux Les granulats et le bitume contenus dans le bardeau sont tous des composants de l enrobé. Il est donc avantageux de les recycler; Moins de matériaux prennent la direction des sites d enfouissement; L utilisation et le recyclage du bardeau s intègre dans la politique gouvernementale de développement durable (récupération et valorisation des rejets). Intérêts économiques Économie de bitume

24 Types de bardeau d asphalte Bardeau post-fabrication (BPF) Plus uniforme dans sa composition; Bitume plus mou et plus facile d utilisation dans les enrobés. Bardeau post-consommation (BPC) Contaminé avec des clous, du bois et autres matières nuisibles; Bitume plus dur et plus oxydé.

25 Les enrobés avec bardeau : historique : Le MTQ autorise l utilisation du bardeau d asphalte post-fabrication dans quelques projets expérimentaux. Les résultats ne sont pas probants; 2004 et 2005 : Réalisation d une étude exhaustive pour optimiser l utilisation du bardeau dans les enrobés. Basé sur les résultats de cette étude, le MTQ a établi les critères pour l utilisation du bardeau post-fabrication (BPF) dans les enrobés; 2008 : Seuls les bardeaux neufs sont en usage libre dans les enrobés. Une planche d essai est réalisée avec du bardeau post-consommation (BPC) sur la route 116 à Victoriaville; 2011et 2012 : Réalisation planches d essai avec BPC sur la route 279 (St-Charles) et rang 3 (St-Nérée); : Caractérisation en laboratoire et suivi de comportement des planches avec BPC

26 Bardeau post-fabrication (BPF) Critères % autorisé dans l enrobé Dimension du bardeau Ajustement de la teneur en bitume par rapport à la teneur initiale Conditions de circulation Enrobés de surface Enrobés de base 3,0 % 5,0 % 10 mm 10 mm 0,24 % 0,40 % DJMA < Non autorisé sur les autoroutes Aucune restriction En usage libre au MTQ

27 Bardeau post-consommation (BPC) Toiture des résidences Exposé aux intempéries pendant 20 à 30 ans Bitume durci et oxydé Bardeau dégradé

28 Bardeau post-consommation (BPC) Décontamination nécessaire!

29 Intégration des bardeaux à l usine Centrale à gâchée Le bardeau n est pas chauffé lors de son intégration : peu ou pas de fumées émises dues au bardeau

30 Planches BPC 2008, 2011 et 2012

31 Planches BPC Victoriaville Route 116 (2008) ESG-10 ESG-10 avec BPC (40%) ESG-10 avec BPF ESG-10 avec BPC (0%) Pourcentage bitume mobilisable pour BPC : 0 et 40%

32 Résistance à la fissuration thermique Type d enrobé Résistance à l orniérage (%) Vides à la PCG (%) Retrait thermique ESG cycles : 2, cycles : 4, cycles : 4,4 10 g : 14,1 80 g : 5,7 200 g : 3,2-35,6 o C (T) 4,43 MPa (C) ESG-10 3% BPF cycles : 1, cycles : 3, cycles : 3,5 10 g : 14,1 80 g : 6,1 200 g : 3,8-36,7 o C (T) 4,51 MPa (C) ESG-10 3% BPC cycles : 2, cycles : 4, cycles : 4,3 10 g : 12,7 80 g : 4,9 200 g : 3,0-32,5 o C (T) 3,56 MPa (C) ESG-10 3% BPC cycles : 2, cycles : 2, cycles : 3,0 10 g : 10,8 80 g : 3,2 200 g : 2,2-32,5 o C (T) 4,75 MPa (C) BFP : Bardeau post-fabrication BPC : Bardeau post-consommation

33 Avant le début des travaux Route 279 St-Charles Rang 3 St-Nérée

34 Planches BPC St-Charles Route 279 (2011) 3 planches d essais avec BPC 15% mobilisable 25% mobilisable 35% mobilisable Une planche d essai témoin sans BPC Réalisées en août 2011 Mise en œuvre adéquate 4 ans de suivi de comportement

35 Planches BPC St-Nérée Rang 3 (2012) 2 planches d essais avec BPC 20% mobilisable 35% mobilisable Une planche d essai sans bardeau et avec 20% de GBR Réalisées en août 2012 Mise en œuvre adéquate 3 ans de suivi de comportement

36 Pendant les travaux Route 279 St-Charles Rang 3 St-Nérée

37 St-Charles : 3 ans après les travaux

38 St-Nérée : 2 ans après les travaux

39 Caractérisation en laboratoire Essai de résistance à l orniérage (LC et LC ) Détermination de l aptitude au compactage des enrobés (LC ) Détermination de la résistance à la fissuration thermique

40 Essais de laboratoire (Planche St-Charles) Type d enrobé ESG-10 Témoin 3% BPC 15% mob 3% BPC 25% mob 3% BPC 40% mob Résistance à l orniérage (%) cycles : 3, cycles : 4, cycles : 5, cycles : 6, cycles : 7, cycles : 7, cycles : 3, cycles : 4, cycles : 5, cycles : 3, cycles : 4, cycles : 5,0 Vides à la PCG (%) 10 g : 13,7 80 g : 5,5 200 g : 2,8 10 g : 9,2 80 g : 2,0 200 g : 1,2 10 g : 11,6 80 g : 3,7 200 g : 1,6 10 g : 11,0 80 g : 3,2 200 g : 1,3

41 Analyse sur le bitume récupéré (Planche St-Charles) N V-1037 Bitume Description T e ( C) T b ( C) Bitume 25% mobilisable Bitume 15% mobilisable Bitume 40% mobilisable Témoin La résistance à la fissuration thermique du bitume a diminuée!

42 Essais de laboratoire (Planche St-Nérée) Type d enrobé Résistance à l orniérage (%) Vides à la PCG (%) Retrait thermique * ESG-10R Témoin cycles : 3, cycles : 3, cycles : 4,7 10 g : 13,3 80 g : 4,4 200 g : 2,5-3% BPF 20% mob cycles : 3, cycles : 4, cycles : 4,7 10 g : 11,6 80 g : 3,8 200 g : 2,4-3% BPF 35% mob cycles : 3, cycles : 3, cycles : 4,6 10 g : 12,3 80 g : 4,2 200 g : 2,6 - * Essais n ont pu être réalisés en raison d un bris de l appareil

43 Analyse des résultats Les planches d essais de Victoriaville ont montré du désenrobage et de l arrachement pour les enrobés avec BPC avec 40% de bitume mobilisable; Les planches d essais de St-Charles ont bien performé mais celle avec 25% de bitume mobilisable a montré un meilleur comportement en laboratoire; Les planches de St-Nérée ont en général moins bien performé que les autres, on y a noté du désenrobage et de l arrachement. Celle avec 35% de bitume mobilisable a donné les meilleurs résultats en laboratoire; Dans tous les cas, pour tous les enrobés contenant du bardeau post-consommation, la résistance à la fissuration thermique a diminué.

44 Bardeau post-fabrication (BPC) Critères % autorisé dans l enrobé Dimension du bardeau Ajustement de la teneur en bitume par rapport à la teneur initiale Conditions de circulation Enrobés de surface Enrobés de base 3,0 % 5,0 % 10 mm 10 mm 0,15 % 0,25 % DJMA < Non autorisé sur les autoroutes Aucune restriction En usage libre au MTQ en 2016 Édition 2016

45 Bardeau post-fabrication (BPC) Autorisé pour des routes avec un DJMA (Débit Journalier Moyen Annuel) de moins de véhicules; Non-autorisé dans les enrobés pour couche de surface pour une reconstruction de la chaussée, pour une construction neuve ou pour une autoroute; Le BPC devra être intégré dans la formule sous forme de classe granulaire et ses caractéristiques devront apparaître (granulométrie, teneur en bitume, densité); Les classes de bitumes et les classes de granulats seront celles recommandées dans les tableaux du MTQ; Non-autorisé dans les sous-fondations et fondations routières.

46 Conclusions Le MTQ utilise de grandes quantités d enrobés avec matériaux recyclés (GBR, bardeaux, scories); Plus de 67% des enrobés du MTQ contiennent du GBR (teneur moyenne de GBR 16%); Il est impératif de bien caractériser le GBR (teneur en bitume) pour éviter d avoir une enrobé trop sec (fissuration, désenrobage et arrachement). Le MTQ va resserrer le contrôle du GBR; L utilisation du BPC sera permise en 2016 avec un bitume mobilisable de 25% et selon les critères d utilisation prescrits dans le CCDG et la 4202; Le BPC et le BPF pourront être utilisés avec les granulats bitumineux récupérés (GBR) pour un pourcentage total combiné maximal de 15% (GBR+BPC+BPC 15,0).

47 FORMATION INTENSIVE Enrobés bitumineux - Hiver 2016 Cours GCI 718 Enrobés bitumineux 3 crédits universitaires 45 heures Université de Sherbrooke, Campus de Longueuil Sept vendredis, de 8 h 30 à 16 h, entre le 5 février et le 15 avril 2016 Contenu Information et inscription Composants et formulation USherbrooke.ca/cfcgenie/gci718 Types d enrobés et usages prescrits Techniques de réparation Défauts des enrobés Notions d assurance qualité et de contrôle Notions de conception de chaussée Et autres

48 Questions?