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1 Chaussée à durée e de vie prolongée e et les nouveaux enrobés Laboratoire des chaussées Transports Québec Pierre Langlois, ing. M. Ing. 1

2 L'expérience acquise Certaines chaussées ont des durées de vies écourtées malgré une mise en œuvre impeccable: Dégradations conduisant à une intervention majeure de la chaussée: Fatigue; Orniérage structural; Gonflement et soulèvement au gel. 2

3 L'expérience acquise D'autres chaussées sont mieux réussies et vieillissement mieux Autoroute 30 St-Constant (1993) Autoroute 73 Stoneham (1994) Route 132 Longueuil (1995) Route 155 St-Célestin (1998) Autoroute 30 St-Constant Autoroute 73 Stoneham (161 Autoroute mm BB) 73 Stoneham Points communs: Respect des normes: Bon comportement au gel Bonne capacité portante de la fondation Bonne épaisseur de revêtement Bon suivi de la qualité durant les travaux Mise en place selon les règles de l art 3

4 Conception des chaussées souples à durée de vie prolongée au Québec Dimensionnement Effet du gel -Climat - Sols et matériaux Thermique -Bitume - Enrobé Structurale - Propriétés en fatigue des enrobés - Modules de déformation - Variation saisonnières -Trafic Soulèvements admissibles Fissuration transversale - Fissures de fatigue - Orniérage 4

5 Des concepts éprouvés Cette présentation traite essentiellement du phénomène de fatigue des revêtements; S'applique seulement en construction; Le concept considère les fondations granulaires comme étant performantes; Utilisation de concepts déjà existant: Revêtements bitumineux de forte épaisseur; Distribution des contraintes en profondeur; Planage et resurfaçage; Utilisé aux USA et en Europe. 5

6 Les objectifs Structures de chaussées à longue durée de vie Augmentation de la durée de vie actuelle Les dégradations se limitent à la couche de surface Entretiens mineurs (scellement de fissures, etc) Planage et resurfaçage 6

7 Le pourquoi? Avantages Moins d'interventions et d'entretien Moins d'inconvénients pour les usagers Coûts inférieur en entretien Désavantage Coûts supérieur à la construction 7

8 Un peu de théorie compression tension 8

9 La réaction de la chaussée sollicitée є t Fondation et sous-fondation Infrastructure Déformation en tension (є t ) à la base de l enrobé bitumineux. 9

10 Le mécanisme de déformation d'une chaussée Enrobés Flexion répétée Conduit aux fissures de fatigue Fondation et sous fondation Infrastructure Déformation répétée Conduit à l orniérage structural 10

11 Les effets de la fatigue La fatigue dans le revêtement; Contrainte en tension diminue avec l épaisseur du revêtement; Faible épaisseur = Contrainte élevée; Contrainte élevée = Durée de vie raccourcie. Contrainte en compression Contrainte Durée de vie indéfinie Durée de vie (fatigue) Contrainte en tension 11

12 Les effets de la fatigue La fatigue dans le revêtement; Contrainte en tension diminue avec l épaisseur du revêtement; Épaisseur élevée = Contrainte plus faible; Contrainte plus faible sous la limite = Durée de vie indéfinie. Contrainte en compression Contrainte Durée de vie indéfinie Contrainte en tension Durée de vie (fatigue) 12

13 Les effets de la fatigue La fatigue dans le revêtement; Teneur en bitume élevée = meilleure résistance en tension; Bitume modifiés = meilleure résistance en tension. Teneur en bitume élevée Contrainte Faible teneur en bitume Durée de vie indéfinie Durée de vie (fatigue) 13

14 La solution 30 à 60 mm SMA-10, (EG-10, ESG-10) }100 mm Zone à de compression 150 mm élevée GB-20 Enrobé à module élevé et résistant à l'orniérage. Épaisseur selon le besoin Effort maximum en tension Enrobé ESG-5 résistant à la fatigue 75 à 100mm Fondation granulaire ou stabilisée 14

15 Le choix du bitume Température Bitume haute performance Profondeur "H" identique au bitume de surface "L" une classe au-dessus du bitume de surface Changement de température "H" selon la température (profondeur) "L" une classe au-dessus du bitume de surface Fondation granulaire ou stabilisée 15

16 Le choix du bitume (exemple zone 2) Température PG Profondeur PG ou Changement de température PG Fondation granulaire ou stabilisée 16

17 Exemples de granulométries des nouveaux enrobés Tamis (mm) 90 ESG-5 80 % Passant GB-20 SMA Tamis (µm)

18 L'enrobé anti-fatigue ESG-5 Revêtement de base résistant à la fatigue Blocage des granulats 100% fracturés Teneur élevée en fines Bitume Teneur en bitume élevé Polymères Addition possible de fibres minérales Teneur en vides Compacité minimale de 93% 18

19 ESG-5 Enrobé semi grenu 5 mm; Formulé à la presse à cisaillement giratoire; Enrobé antifissure; Enrobé couche de base (Chaussée à durée de vie prolongée) 19

20 ESG-5 20

21 L'enrobé anti-fatigue Caractéristiques de l enrobé ESG-5 Tamis 10 mm = 100% Tamis 5 mm = % Tamis 2,5mm = 50-70% Tamis 80 um = 4-12% Vbe = 16,0% Vides à 6 girations = 11% Vides à 50 girations = 4-7% Vides à 75 girations = 2% 21

22 L'enrobé anti-fatigue 22

23 L'enrobé anti-fatigue 23

24 La couche intermédiaire GB-20 Revêtement intermédiaire résistant à l orniérage Blocage des granulats 100% fracturés Gros granulats en contact Bitume Polymères si requis Teneur en vides Compacité minimale de 93% 24

25 La couche intermédiaire Type d enrobé pour couche intermédiaire GB-20 (similaire à l enrobé EB-20, mais formulé à la presse à cisaillement giratoire selon la méthode LC). 25

26 GB-20 26

27 La couche intermédiaire 27

28 La couche intermédiaire Caractéristiques de l enrobé GB-20 Tamis 28 mm = 100 % Tamis 20 mm = % Tamis 14 mm = % Tamis 10 mm = % Tamis 5 mm = 35-50% Tamis 80 um = 4-8% Vbe = 10,2% Vides à 10 girations = 11% Vides à 120 girations = 4-7% Vides à 75 girations = 2% 28

29 La couche de surface Revêtement supérieur résistant à l orniérage Blocage des granulats 100% fracturés Gros granulats en contact Bitume Valeur H élevée Polymères Fibres Teneur en vides Compacité minimale de 93% Surface Adaptée renouvelable 29

30 La couche de surface Types d enrobés de surface SMA-10 (Nouveau) EG-10 EGA-10 ESG-10 30

31 La couche de surface Caractéristiques de l enrobé SMA-10 Tamis 14 mm = 100 % Tamis 10 mm = % Tamis 5 mm = % Tamis 2,5 mm = % Tamis 80 um = 8-11% Vbe = 14,8% Vides à 10 girations = 11% Vides à 60 girations = 4-7% Vides à 75 girations = 2% 31

32 La couche de surface MTQ 32

33 La couche de surface 33

34 La durabilité Prévention de la dégradation de la chaussée: Choix judicieux des composantes: Classes des bitume utilisés; Granulats performants fonction des types d enrobés; Liant d accrochage et d imprégnation; Essai de résistance à l orniérage; Essai d adhésivité bitume/granulat; Assurer un contrôle de qualité serré des travaux de construction. 34

35 Le désenrobage et arrachement Adhésivité du bitume/granulat; Méthode LC PG PG

36 Des fissures apparaîtront La chaussée vieillira! Fissuration par retrait thermique; Sera toujours présente; Fonction: Du climat et de la classe de bitume; De la masse d'enrobé (épaisseur, largeur); Peut être colmatées efficacement. 36

37 Le planage et le resurfaçage L enrobé de surface vieillira! Entretien de la chaussée Planage de la couche de roulement; Réparations des fissures de retrait thermique; Liant d accrochage; Resurfaçage avec un enrobé adapté et à une épaisseur fonction du niveau de circulation; Contrôle sévère de la 37 qualité.

38 Les réparations des fissures transversales avant resurfaçage 600 à 1000 mm 4- Recouvrement bitumineux 3- Rapiéçage 1- planage 2 - Liant d accrochage Planage Nettoyage de la surface (Balayage, jet d air) Liant d accrochage Rapiéçage (respecter les épaisseurs de pose des enrobés) Recouvrement bitumineux 38

39 Le coût? L'ajout de l'enrobé anti-fissures devrait engendrer un coût supplémentaire à la construction d'approximativement 10,00$ à 12,00$/ m 2. En considérant une diminution d'épaisseur de la couche intermédiaire, le coût peut être ramené entre 6,00$ et 8,00 $/ m 2 La durée de vie prolongée de la structure de chaussée permettra une économie sur l'entretien du revêtement qui compensera largement cette dépense supplémentaire. 39

40 Se rappeler: S'applique en construction seulement; Ne règle pas les problèmes de fondations, dont: Le soulèvement au gel; Le tassement et le soulèvement; Il reste des travaux de laboratoire a effectuer; Mais: Peut contribuer à diminuer "légèrement" le phénomène de retrait thermique; Avec un " bon design", peut empêcher le phénomène de fissuration par fatigue des revêtements bitumineux; Augmenter la durée de vie des chaussées; Réaliser des économies à long terme. 40

41 Caractéristiques des nouveaux enrobés Enrobés GB-20 ESG-5 SMA-10 Nombre de classes granulaires (min) Tamis % passant , ,0-8,0 4,0-12,0 6,0-11,0 Vbe 10,2 13,5 14,8 Ni, Nd, Nf 10, 120, 200 6, 50, 75 10, 60, 200 % vides à Ni 11,0 11,0 11,0 % vides à Nd 4,0 7,0 4,0 7,0 4,0 7,0 % vides à Nf 2,0 2,0 2,0 41

42 La mise en place 42

43 La mise en place FLIR Systems C C 105 C 92,3% 120 Arrière de la table à l arrêt 100 T ~ 35 C 79 C 69 C 89,4% T important et zone non compactée pendant l attente 43

44 La mise en place 44

45 La mise en place 45

46 Système de préhension de la DLC SMA-10 Collet de serrage (clé dynamométrique) GB-20 46

47 La mise en place La mise en place des matériaux dont les enrobés doit être impeccable pour obtenir la performance souhaitée. Le futur en regard de la mise en place: Mesure de l adhésion entre les couches d enrobés Thermographie infrarouge Véhicule de transfert 47

48 Des questions?? 48

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