Sélection des bitumes selon l usage et la zone climatique

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1 Transp ort s Québec Direction du Laboratoire des chaussées Sélection des bitumes selon l usage et la zone climatique 10 e Journée du bitume et premier congrès annuel (23 mars 2005) Gaétan Leclerc, M. Sc., chimiste DLC Secteur Liants hydrocarbonés et chimie

2 1995 : Historique Nouveaux enrobés Marshall (4201) et PCG (4202) Majoration des teneurs en bitume (0,2 à 0,3 %) Essais à l orniéreur 1996 : Classification des bitume selon des essais rhéologiques aux températures de service (PG H-L) 1997: Tableaux de recommandations Choix des composants (construction neuve et reconstruction; resurfaçage; enrobés spéciaux) Critères de sélection des enrobés Facteurs d influence de la performance des enrobés

3 1999 : Historique Modification dans l évaluation de la température minimale à la surface de l enrobé (LTPPBIND V2.1) 2001 : L usage du PG n est plus recommandé Majoration des épaisseurs des enrobés Normalisation du PG et du PG (MTQ 4101) 2002 : Introduction d une méthode pour évaluer l affinité d un bitume à source granulaire donnée (LC ) 2004: Révision des tableaux de recommandations sur le choix des composants

4 Principaux changements proposés dans le rapport de la DLC PG et PG recommandés en zone 1 Modifications des zones climatiques Discrimination du PG en fonction des couches ECAS Caractéristiques des granulats

5 Normalisation du PG PG trop mou (ACRGTQ) Fluage Arrachement Qualités du bitume recherché Pas cher (pas d exigence de retour élastique) Pénétrabilité inférieure à 100 dmm Disponibilité (Petro, Bitumar, McAsphalt) Performant (Bitumes intermédiaire ) Mise en garde Respecter la température max de malaxage (~155 C)

6 Normalisation du PG Présence d ornière sur les routes extrêmement sollicitées (requiert un PG à plus haut G*). Un PG à plus haut G* pardonne mieux les problèmes de formulation (orniérage et ressuage) Problèmes de désenrobage et d arrachement avec quelques sources granulaires et les PG H-34. PG H-34 pas requis en zone 1 Qualités du bitume recherché Prix semblable au PG (3 % de polymère) Mise en œuvre pas trop difficile Disponibilité (Bitumar, McAsphalt, Kildair)

7 Zones climatiques Idéalement, niveau de confiance de 98% pour les températures H et L Critères considérés pour la définition des zones Le niveau de confiance moyen des stations météorologiques d une zone doit être 90% pour une température basse donnée. Le niveau de confiance d une station météorologique d une zone doit être > 80% pour une température basse donnée. Éviter l effet " trou de beigne " et utiliser des frontières facilement identifiables.

8 Frontières des zones climatiques Constructions Resurfaçage neuves

9 DT Est-de-la-Montérégie (PG H-28) Station météo % conf. St-Hubert St-Bruno Verchères Ste-Madeleine St-Hyacinthe 93 St-Hyacinthe 2 Philipsburg Granby Sutton Jonction Moyenne : 93% Sutton 92 Station météo Sorel Fleury St-Nazaire d Acton Warden Brome Abercorn Moyenne : 69% % conf Le niveau de confiance pour un PG H-34 est de 97% à Abercorn

10 Modifications de la limite nord de la zone 2 Ancienne limite nord de la zone 2

11 Discrimination de la classe de performance du bitume en fonction des couches La quantité d eau et les contraintes subies par l enrobé sont maximales à la surface? V Les enrobés fabriqués avec des bitumes plus rigides auraient une meilleure tenue à l eau? V Pour une valeur L appropriée au climat, un bitume de faible G* (H plus petit) a un meilleur ratio bénéfice/coût en ce qui concerne les fissurations de fatigue et de retrait thermique? V

12 Suite du Quiz Les enrobés de base s oxydent moins rapidement que les enrobés de surface? V En théorie, un enrobé X fabriqué avec un PG résiste autant aux charge à 58 C que ce même enrobé fabriqué avec un PG et testé à 64 C? Les caractéristiques des granulats comptent beaucoup plus que celles du bitume en ce qui concerne la résistance d un enrobé aux déformations permanentes? V V

13 Effet de la charge et de la vitesse du trafic sur la sélection des bitumes Problématique La vitesse d oscillation du DSR est de 10 rad/s (1,59 Hz) ce qui représente un trafic roulant à 90 km/h Qu arrive-t-il si le trafic circule à plus basse vitesse? Solution : Usage d un bitume à plus haut module Lent : augmente la T élevée d une classe Stationnaire : augmente la T élevée de deux classes (la température basse reste la même) 0 km/h + 12 C km/h + 6 C

14 Température maximale vs profondeur (St-Hyacinthe) selon LTPP bind Température ( C) ,2 54,2 T 1 PG 61,3 ECAS >30 M + lent ECAS >30 M 3M <ECAS <30 M 46 51,8 C à 20 mm ECAS <3 M Profondeur (mm)

15 PG H des couches selon LTPPBIND (accroissement de 3%) Rte ÉCAS Couche de surface Couche de base Ville DJMA Z 1 annuel PGh slow PGh fast PGh slow PGh fast A 20 St-Hya A 440 Laval A 13 Montréal A 40 Pte-Claire A 40 Anjou A 15 Mtl-Laval Niveau de confiance de 98% à 20 mm sous la surface ou 70 mm sous la surface (base) ÉCAS cumulatif de 45,4 millions sur 20 ans

16 Température minimale vs profondeur (St-Hyacinthe) selon LTPP bind Température ( C) T 1 PG - Calculées à partir de 42 années de données météo se terminant en La Tb des bitumes modifiés par élastomères -29,8 est conservatrice (Tb BBR vs Tcr BBR+DTT) - La température de transition vitreuse et les coefficients de contraction thermique des bitumes modifiés par l ajout de composants oxydés sont faibles (Kamel et Bahia) Profondeur (mm)

17

18 L usage d un bitume différent en couche de base n est pas recommandé si la quantité d enrobé de cette couche est inférieure à 1000 tonnes.

19 Bitumes utilisés sur les contrats de performance en 2002 Localisation et Entrepreneur PG en Base Couche PG en Surface A-40, Repentigny Sintra A-40, La Pérade Sintra A-40, Cap-Santé Pavage Portneuf (surépaisseur VL) (pleine largeur) COLRUG 20 mm S-RUG TM10 35 mm 64-34

20 Prix ($ CAN) Prix des bitumes au cours des quatre derniers mois de Août Septembre Octobre Novembre Moyenne $ 261 3$/t enrobé 59$ Classe de performance (PG)

21 Enrobé PG ESG EB Différentiel de coûts (Autoroute 73 DTCA) Coût du bitume selon les tableaux (v. 2005) EB Tonnage enrobé Bitume % 5,20 4,20 4,20 Tonnage bitume 444,1 811,9 811,9 Coût du bitume selon les tableaux (v. 2000) Prix du bitume Coût du bitume kg/m 2 supplémentaire = durée de vie accrue de 9 % Économie de $ CAN

22 Conclusion Les PG et PG ont été adoptés par les directions territoriales de la zone 1 Le concept de la discrimination des bitumes en fonction des couches est utilisé ailleurs et est éprouvé Les recommandations proposées permettent en général une diminution des coûts sans compromis en terme de durabilité Les nouveaux tableaux sont disponibles à l adresse suivante:

23

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