Uniformité des spécifications Une réalité?

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1 Uniformité des spécifications Une réalité? Résultats d une étude bibliographique sur les méthodes de contrôle et d essais des granulats recyclés dans les CSC européens JANSSENS Benoît Conseiller technologique Géotechnique et environnement Centre de Recherches Routières (CRR)

2 Plan Introduction Contexte et objectifs du travail Présentation de l enquête menée par le CRR Description des principaux essais de durabilité Préambule sur l influence des fines sur certains comportements des granulats Essai Los Angeles (LA) Essai Micro-Deval en présence d eau (M DE ) Essais de sensibilité aux cycles de gel dégel (F) Synthèse des prescriptions concernant l utilisation des granulats (recyclés) en fondation et sous-fondation routières en Belgique et à l étranger Rappels sur la structure routière Situation en Région Wallonne Situation dans les autres régions et pays Conclusions 2

3 Introduction Contexte Modifications dans le nouveau cahier des charges wallon : QUALIROUTES Modification des critères liées aux essais classiques de résistance mécanique (M DE et LA) Apparition de l essai de sensibilité aux cycles gel-dégel (F < 2) Diminution de la demande en granulats recyclés dans les chantiers de voirie Objectifs de l étude commandée par FEREDECO Synthèse des principaux essais de durabilité des granulats réalisés en Belgique, Europe et autres pays Liste des différents critères M DE, LA et F concernant l application des granulats et les types de recyclés permis en sous-fondation et fondation routières figurants dans les différents cahiers des charges Enquête réalisée par le CRR 3

4 Introduction Présentation de l enquête menée par le CRR Contenu : 3 thèmes abordés Nomenclature (structure routière, réseaux) et prescriptions générales dans les cahiers des charges Valorisation des recyclés dans le domaine routier (type et critères d application) Position des pays/régions vis-à-vis des 3 critères de durabilité concernés (M DE, LA et F) Envoi à une trentaine d organismes européens. Seulement 9 réponses pour 6 pays Pays Institution Allemagne Allemagne Espagne France Norvège Suède Suède Tchéquie Tchéquie Bundesanstalt für Stassenwessen (BASt) BRB Roads Administration Spanish Ministry of Public Works Sociétés VINCI - RAZEL Nowegian Public Roads Administration (NPRA) Swedish Road and Railway Administration Swedish Transport Administration Société Arcadis Brno University of Technology, Faculty of Civil Engineering, Institute of Roads 4

5 Description des principaux essais de durabilité Durabilité : Capacité qu a le granulat à conserver dans le temps, ses caractéristiques initiales, comme son fuseau granulométrique, face aux diverses sollicitations de nature différente et d intensité variable auxquelles il sera soumis lors de ses diverses manipulations (traitement, transport et mise en œuvre). Plusieurs types de sollicitations : Sollicitations mécaniques : fragmentation par impact et usure par attrition, cisaillement, broyage, etc. Sollicitations climatiques : alternance gel dégel, variation de chaleur, alternance sec - humide 5

6 Description des principaux essais de durabilité Préambule : Rôle des fines (Ø < 63 µm) dans certains comportements des granulats La majorité des essais de durabilité se traduisent sous la forme de production de fines La présence de fines joue un rôle positif ou négatif sur certains comportements des granulats La compacité et la force portante : une certaine quantité (< 20 %) permet d améliorer la compacité et la portance du matériau. Au-delà, effet inverse Important pour une fondation La perméabilité et la sensibilité aux cycles gel dégel : les fines réduisent les vides et donc la perméabilité mais augmentent la sensibilité du matériau à l action du gel. Une valeur maximale de 10 % est admise pour des couches drainantes Important pour la sous-fondation Phénomènes accentuées en présence de fines argileuses 6

7 Description des principaux essais de durabilité Résistance à la fragmentation (par impact)(gravillon - Grave) Essai Los Angeles (LA x ) - NBN EN Essai de simulation des chocs entre les grains lors de la mise en œuvre et du compactage Méthodologie 5 kg 10/ tr à 33 tr/min 711 mm Ø 7-12 boules de 430 gr 7

8 Description des principaux essais de durabilité Interprétation Masse [Ø< 1,6 mm] LA = Masse initiale de l échantillon (%) Plus la valeur de LA est élevée, moins le matériau est résistant. Famille Type LA LA Appréciation < 15 Très bon Bon Moyen > 40 Médiocre Granulats naturels Granulats recyclés Granulats artificiels Grès Calcaire Porphyre 4 15 Recyclés de béton Recyclés de maçonnerie Recyclés d enrobés bitumineux 20 Laitier de haut-fourneau Scorie 4 25 Mâchefer

9 Description des principaux essais de durabilité Spécificités de l essai Possibilité d utiliser des classes granulaires différentes, notamment pour les granulats recyclés [16/32] selon l annexe G de la norme EN Essai représentatif de certains comportements présents lors des opérations de traitement (versage sur tas), de transport (remplissage et vidage de la benne) et mise en œuvre (épandage) Pas de prise en compte de l eau Essai influencé par la densité du matériau pour une même lithologie : calcaire dense (2,6-2,7 t/m³) a un LA de 18 à 40 alors que calcaire tendre (2,3 t/m³) a un LA entre 30 et 100 Relation entre LA et coefficient d absorption d eau utilisé anciennement pour la sensibilité aux cycles gel-dégel Les granulats secondaires semblent réagir différemment par rapport aux granulats naturels selon projet ALT- MAT 9

10 Description des principaux essais de durabilité Historique et choix des critères Un des premiers essais à représenter succinctement le comportement des granulats en domaine routier (1925) présence d un certain succès et adoption comme essai de référence Choix des critères à partir des valeurs mesurées sur les matériaux fiables couramment utilisées à l époque. 10

11 Description des principaux essais de durabilité Résistance à l usure (attrition)(gravillon - Grave) Micro-Deval en présence d eau (M DE ) - NBN EN Caractéristique importante pour les matériaux soumis à des déformations périodiques dues au passage des véhicules et induisant un effet d'attrition entre les granulats Méthodologie 500 gr [10/14] 2h à 100 tr/min 200 mm Ø Ø 200 mm Ø 10 mm jusqu à 5 kg 2,5 l 11

12 Description des principaux essais de durabilité Interprétation Masse [Ø< 1,6 mm] M DE = Masse initiale de l échantillon (%) Plus la valeur de M DE est élevée, moins le matériau est résistant à l usure Famille Type MDE MDE Appréciation < 10 Très bon Bon Moyen > 35 Médiocre Granulats naturels Granulats recyclés Granulats artificiels Grès Calcaire Porphyre 3 10 Recyclés de béton Recyclés de maçonnerie Recyclés d enrobés bitumineux 30 Laitier de haut-fourneau 8-11 Scorie 3-10 Mâchefer

13 Description des principaux essais de durabilité Spécificités de l essai Possibilité d utiliser des classes granulaires différentes, mais rien de prévu en particulier pour les granulats recyclés [16/32] Essai réalisé en présence d eau Essai le plus représentatif du comportement in situ des granulats en domaine routier mais doit être associé à d autres essais (LA, examen visuel ou pétrographique, absorption d eau) Nombreux facteurs d influence : forme et taille des particules, densité, état d altération, mode d humidification préalable Bonne corrélation avec un ancien essai de gel dégel (attaque au sulfate) pour les granulats naturels Pas de corrélation évidente avec l essai Los Angeles Les granulats secondaires semblent réagir différemment par rapport aux granulats naturels selon projet ALT-MAT 13

14 Description des principaux essais de durabilité Historique et choix des critères Essai développé en France dans les années 1960 par le LCPC et certain succès dans les pays francophones européens. Débarquement dans le Nord Américain (USA, Canada) dans les années 1990 Nombreuses études et intégration progressive dans les cahiers des charges. Choix des critères à partir des valeurs mesurées sur les matériaux fiables couramment utilisées à l époque. Somme M DE + LA Concerne les pays où l essai Micro-Deval est exigé Critère encore plus restrictif 14

15 Description des principaux essais de durabilité Essais liés au gel dégel (Gravillon - Grave) 2 processus distincts Gélifraction : dégradation par fragmentation et microfissuration de matériaux granulaires suite à des variations de volume de l eau. Processus déterminé par l essai de sensibilité au gel dégel Cryosuccion : gonflement important et durcissement de la couche suite à la succion d eau profonde par des matériaux (sols fins). L eau se transforme par la suite en lentille de gel + déformation importante lors de la période de dégel, Processus déterminé par l essai de susceptibilité au gel - dégel. Processus affectant peu les granulats pauvres en fines La sensibilité au gel dégel est réalisé en 2 étapes selon la norme EN Etape 1 : Détermination du coefficient d absorption W A24 Si W A24 < 2 : matériau considéré comme non sensible au gel dégel. Arrêt de la procédure Etape 2 : Réalisation de l essai de sensibilité au gel - dégel (si W A24 > 2) 15

16 Description des principaux essais de durabilité Méthodologie Essai de sensibilité au gel et au dégel (F x ) - NBN EN ou 2 Mesure du passant à un tamis d/2 d un échantillon saturé soumis préalablement à 10 cycles chaud (20 C) froid (-17,5 C) en marquant une pause à 0 C. Interprétation F x = (perte en masse / masse initiale de l échantillon) (%) Plus la valeur de F est élevée, plus le matériau est sensible au gel - dégel Spécificités de l essai Nombreux autres essais (attaque au sulfate de magnésium, etc.) Possibilité d utiliser différentes classes granulaires Essai réalisé en présence de saturation d eau (condition probablement non remplie en fondation et sous-fondation) Possibilité d utiliser le critère Los Angeles : ΔSLA = (SLA 1 SLA 0 )/SLA 0 x

17 Synthèse des prescriptions en (sous)fondation routière RAPPELS Rôle principal d une structure routière Répartir les charges superficielles importantes au sol sans que ce dernier ne se déforme Présence de différentes couches constituées de matériaux différents en termes de critères et de rôles Rôles des différentes couches de la route Revêtement : Protection de surface : sécurité routière et intempéries Fondation : Portance Sous-fondation : Nombreux rôles dont celui de drainage 17

18 Synthèse des prescriptions en (sous)fondation routière RAPPELS Types de structures routières Belgique France, Luxembourg USA Angleterre Revêtement Couche de roulement Couche de liaison (profilage, reprofilage) Couches de surface Couche de roulement Couche de liaison ou binder (profilage, reprofilage) Surface Course Ou Wearing Course Wearing course Wearing course Basecourse Roadbase Fondation Fondation Couches d'assise Assise ou couche de base Assise ou couche de fondation Pavement Base Foundation Sub-base Sousfondation Sous-fondation Couche de forme Couche de forme Subbase Capping Remblai Sol en place Fond de coffre Sol Sol support Partie Supérieure Terrassement (PST) Fond de forme (Lux) Earthworks Embankment (remblai) Subgrade ou basement (terrain naturel) Subgrade Cut or fill Subgrade Cut ou fill Hollande : Funderingslaag : empierrement non lié de sable et de pierres non concassée, sable-ciment ou enrobés liés au ciment et/ou à l émulsion de bitume Zandbed : couche drainante en sable naturel uniquement 18

19 Synthèse des prescriptions en (sous)fondation routière Documents de référence Articles des CCT concernés Evolution des critères de durabilité en Région Wallonne QUALIROUTES (2012) Norme européenne NBN EN PTV 406 (classification des granulats recyclés-2012) C.4.3 : Gravillons artificiels ou recyclés C : Gravillons pour sous-fondation F : Sous-fondations de type granulaire Sous - fondation RW 99 (2004) RW 99 (1999) Normes nationales NBN B CCT 300 (1994) + PTV 400 (pierres concassées) et PTV 402 (graviers roulés ou semi roulés) C 4.3 : Pierre artificielle C : Pierre pour sous-fondation F 3.3 : Spécifications (sous-fondations) Critères de durabilité Classe (PTV 400) E Essai Micro-Deval (MDE) < 35 % (réseaux I et II a) < 50 % (réseaux IIb et III) : Pierres artificielles 5.3 : Sous-fondations CCT W.10 (1991) C.3.1 : Pierres E.1 : Sousfondation < 40 % Non requis Essai Los Angeles (LA) < 40 % < 45 % Non requis MDE + LA < 65 % (réseaux I et II a) < 80 % (réseaux II b et III) Sensibilité au gel - dégel (F) < 2 % Non requis Recyclés permis Recyclés de béton Recyclés mixtes Recyclés de maçonnerie Recyclés d hydrocarbonés Nature des recyclés < 75 % Non requis Non précisé 19

20 Synthèse des prescriptions en (sous)fondation routière Evolution des critères de durabilité en Région Wallonne Fondation Documents de référence Articles des CCT concernés QUALIROUTES (2012) Norme européenne NBN EN PTV 406 (classification des granulats recyclés-2012) C.4.3 : Gravillons artificiels ou recyclés C : Gravillons pour fondation en empierrement F.4.2 : Fondation en empierrement RW 99 (2004) RW 99 (1999) Normes nationales NBN B CCT 300 (1994) + PTV 400 (pierres concassées) et PTV 402 (graviers roulés ou semi roulés) C 4.3 : Pierre artificielle C : Pierre pour fondation en empierrement F 4.2 : Fondation en empierrement Critères de durabilité Classe (PTV 400) D : Pierres artificielles 5.4.2: Fondations en empierrement CCT W.10 (1991) C.3 : Pierres E.1 : Sousfondation Essai Micro-Deval (MDE) < 25 % < 30 % Non requis Essai Los Angeles (LA) < 30 % < 35 % Non requis MDE + LA Non requis < 55 % Non requis Sensibilité au gel - dégel (F) < 2 % Non requis Recyclés permis Recyclés de béton Recyclés mixtes Recyclés de maçonnerie Recyclés d hydrocarbonés Nature des recyclés Non précisé 20

21 Synthèse des prescriptions en (sous)fondation routière Evolution des critères de durabilité à l étranger : Sous - fondation Belgique Allemagne Angleterre Espagne France Hollande Norvège Suède Suisse Tchéquie USA Canada Australie RW VG BXL Couche de sable Québec Critères de de durabilité (couleur verte : conditions plus favorable par rapport au critère wallon, couleur orange critère similaire et couleur rouge : critère plus défavorable) MDE (35-50) trafic : naturels 25 : recyclés 40 LA : naturel 40 : recyclés (35 40) couches?? 50 : recyclés 60 : naturels MDE + LA (65-80) trafic Variable selon les Etats 85 F (si f après essais< 2) Non pertinent : recyclé (2 4)?? Autres critères gel - dégel WA24, MS DG, FR WA24 f + capillarité Rapport CBR si f > 3 MS18 - Nature des recyclés Béton route () () Faible trafic PL Béton bâtiment () Frost Layer () Faible trafic PL Béton toute origine Mixte béton - maçonnerie Maçonnerie () région () région Couche de sable () () Faible trafic PL Variable selon les Etats Pas d'information Hydrocarbonés Non Mixte hydrocarboné - béton 21

22 Synthèse des prescriptions en (sous)fondation routière Evolution des critères de durabilité à l étranger : Fondation Belgique Allemagne Angleterre Espagne France Hollande Norvège Suède Suisse Tchéquie USA Canada Australie RW VG BXL Fondation non liée Québec Critères de de durabilité (couleur verte : conditions plus favorable par rapport au critère wallon, couleur orange critère similaire et couleur rouge : critère plus défavorable) MDE 25 (25-45) Trafic < 150 PL/j et lié 20 : naturel 25 : recyclés 35 LA MDE + LA F 30 2 (40-50) lié (40-50) lié : naturel 40 : recyclés 4 10 (si f après essais< 2) 50 (30-40) Nature et lié (30-45) Trafic < 150 PL/j et lié (45-80) Trafic < 150 PL/j et lié : naturel 40 : recyclés Non pertinent : recyclés : recyclés : naturels 2 4 Variable selon les états Pas d'information Autres critères gel - dégel MS 35 WA24 + MS Si F > 2 : LA < 25 FI20 WA24 f + capillarité Rapport CBR si f > 3 MS 18 Nature des recyclés Béton route () () liée () Faible trafic PL Béton bâtiment () () Faible trafic PL Béton toute origine Mixte béton - maçonnerie Maçonnerie sauf lié sauf lié () région () région () () Faible trafic PL Variable selon les Etats Pas d'information Hydrocarbonés sauf lié sauf lié () liée () () non liée () Mixte hydrocarboné - béton () 22

23 Synthèse des prescriptions en (sous)fondation routière Critère allemand pour la sensibilité au gel - dégel F < 10 % pour les recyclés si 2 conditions sont remplies : La production de fines (Ø < 63 µm) durant l essai de sensibilité au gel et au dégel est inférieure ou égale à 2 % La somme des fines produites par l essai et des fines contenues initialement dans le matériau total n excède pas 5 % Cette dernière condition n est généralement pas remplie 23

24 Conclusions Les structures routières sont relativement similaires d un pays à l autre à quelques exceptions près (Hollande, France) Le critère Micro-Deval en présence d eau est utilisé principalement dans les pays francophones, en Norvège et en Suède. Les valeurs sont généralement du même ordre de grandeur que celles figurant dans le cahier des charges QUALIROUTES. Le critère Los Angeles est demandé dans un grand nombre de pays. Les valeurs de critère sont généralement moins exigeantes que celles demandées en RW à l exception de la Norvège et de l Australie. Certains pays (Allemagne et Tchéquie) distingue 2 valeurs de critères selon qu il s agit d un granulat naturel ou recyclé La somme M DE + LA n est exigé qu en Région wallon et dans certaines régions du Canada pour les sous-fondations. Le critère de sensibilité au gel - dégel est utilisé par un très petit nombre de pays. Le critère allemand est intéressant à cet égard. La nature des recyclés pouvant être utilisés dépend d un pays à l autre et d autres conditions comme le trafic, etc. Le projet de recherche APERROUT 24

25 Benoît JANSSENS Conseiller technologique Géotechnique et environnement Centre de Recherches Routières (CRR) Tel : 0032/ b,janssens@brrc.be 25