élisation du refroidissement d’une couche de b...

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  • LCPCParis,le15/06/05

    Modlisationdurefroidissementdunecouchedebtonbitumineux

    M.FROUMENTINCentredExprimentationRoutire 1

    Modlisationdurefroidissementdunecouche

    denrobhydrocarbonchaud

    MichelFroumentinCETENormandieCentre10,ChemindelaPoudrire76121LeGrandQuevillyCedex

    CentredExprimentationRoutire

    Gotechniqueroutireetmatrielsdechantier

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    Modlisationdurefroidissementdunecouchedebtonbitumineux

    M.FROUMENTINCentredExprimentationRoutire 2

    Plandelaprsentation

    Introduction

    Pourquoiunemodlisationdurefroidissement?

    Modleretenu

    tudeenlaboratoire:

    validationdumodlesurdusable

    rponsedumodlesurmatriaubitumineux

    tudeenchantier

    Poursuitedelarecherche

    Conclusions,perspectives,dveloppement

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    Modlisationdurefroidissementdunecouchedebtonbitumineux

    M.FROUMENTINCentredExprimentationRoutire 3

    Introduction

    TravauxinitisdanslecadreduprojeteuropenOSYRIS(20002003)etpoursuivisdansloprationModernisationdelexcutiondeschantiersroutiers(20012004)duLCPC.

    Units: LCPCCentredeNantes

    LRRouenDpartementChausses

    CERRouen

    CUSTClermontFerrand(TFEingnieur)

    INSARouen(stages2meanneingnieur)

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    Modlisationdurefroidissementdunecouchedebtonbitumineux

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    Pourquoiunemodlisation?(1/2)

    Latempraturedumlangeaumomentducompactage

    estunparamtreimportant

    silecompactageestralissurunenrobtropchaud:

    apparitiondefissuresduesauxcontraintesde

    cisaillement

    phnomnedefluage(vaguedevantlecompacteur)

    silecompactageestralissurunenrobtropfroid:

    lacompacitviseneserapasatteinte

    risquedemicrofissuration

    dfautsdesurface(crouissage)

    lamaniabilitdumatriau,doncsa"compactabilit"dpenddelatemprature

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    Modlisationdurefroidissementdunecouchedebtonbitumineux

    M.FROUMENTINCentredExprimentationRoutire 5

    Pourquoiunemodlisation?(2/2)

    Latempratureestleparamtrequiestdeloinleplussusceptibledesgrandesvariationssurchantier(dlaisdetransports,dbitdufinisseur,conditionsmtorologiques)

    Lesnormes(NFP98130,131,132etc.)dfinissentunefourchettedetempraturedefabricationetunefourchettedetempraturederpandage

    Latempratureminimale(Tmin)partirdelaquellelecompactagedoittrearrt(dernirepasseeffective)estdfinieenfonctiondeladuretdubitume

    Tmin=Tempraturederamollissement+50C

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    Modlisationdurefroidissementdunecouchedebtonbitumineux

    M.FROUMENTINCentredExprimentationRoutire 6

    115140145-165 20/30

    110130140-160150-17035/50

    105125135-155145-16550/70

    100120130-150140-16070/100

    95115125-145130-150180/220

    minimaleoptimale

    Temprature minimale de compactage

    Temprature de

    rpandage

    Temprature de

    rpandage

    Temprature de

    fabrication de lenrob

    Classe du bitume

    Tempratures en C

    Tableau extrait du guide Technique sur le Compactage des enrobs hydrocarbons chaud (LCPC juin 2003)

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    Modlisationdurefroidissementdunecouchedebtonbitumineux

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    OndfinitladureutiledecompactageDccommeletempsdurantlequellatempraturerestelintrieurdelintervalle:

    TempraturederpandageTempratureminimaledecompactage

    Ladureutiledecompactageestdoncfonctiondelanaturedumlangemaisaussidesconditionsmtorologiquesquiinfluent

    surlavitessederefroidissement

    Lapriseencomptedefaonprcisedelinfluencedesconditionsmtoimpliquelamesuredelatempratureauseindelacouchecompacte(mipaisseur)pourvrifierquelatempratureest

    situelintrieurdelafourchette

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    -=+> 20 C

    -==5 20 C

    ---< 5 C

    vent fort

    > 50 km/h

    vent moyen

    20 50 km/h

    vent lger

    < 20 km/h

    temprature

    De lair ( C)

    Danslasituationactuelle,troissituationstypessontdistingues

    Enfonctiondelaprvisionendbutdejournerencontresurchantier,ondonneunedureutiledecompactagepourlescouchesderoulementetdeliaison.

    Sionautoriselamiseenuvrepartempsfroidoupluiefine,ilconvientdedterminerladureutiledecompactageparmesuredelatemprature.

    (informationsdonnesdanslestableauxduguidetechniquesurlecompactagedesenrobshydrocarbonchaud)

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    Objetdelamodlisation:

    Lobjectifdumodledveloppestdecalculersurchantierladureutiledecompactageenfonctiondesconditionsrellesdemiseenuvre(mlange,paisseurdelacouche,conditionsmtorologiques).

    Cettedurecorrespondautempsauquellatempratureenmilieudecoucheauraatteintunetempraturelimitefixeaupralableenfonctiondumlangemisenuvre.

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    Couchedenrob

    Support

    Equationdela

    chaleur

    a:diffusivit

    thermique

    changeaveclatmosphre

    p*I

    I:rayonnementsolaire

    p:partieabsorbe Convection:

    Phi=C(tst)

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    Travauxutiliss:

    BossemeyerH.R.(D)

    CorlewJ.S.etDicksonP.F.(USA)

    M.LaporteLRPCClermontFerrand(F)

    Modle1Dutilisantlamthodenumrique

    deCrankNicolson(approximationpar

    diffrencesfinies)pourrsoudrelquation

    delachaleur

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    Calculdugradientdetemprature

    Exempledersultatobtenuaveclemodleaucoursdurefroidissement(plaquesanscompactage)

    0

    20

    40

    60

    80

    100

    120

    0 20 40 60 80 100 120 140 160

    Temprature (C)

    Hau

    teu

    r co

    uch

    e (m

    m)

    0 min

    1 min

    4 min

    8 min

    16 min

    32 min

    64 min

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    ETUDEENLABORATOIRE

    Phase1: tudedelarponsedumodlesurdusable

    Phase2: tudedelarponsedumodlesurmatriaubitumineux

    rptabilit

    influencedumatriau

    influencedelpaisseur

    influencedelatemprature

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    Rponse du modle sur du sable

    SabledeFontainebleau

    Lesableestpespuismisdansltuvedansplusieursbacs

    (tempraturehomogne160165C)pendant12heures.

    Lesableestmisenplacedanslacuve,lessondessontplacesauxdiffrentesprofondeurs(fonctiondelpaisseur)etlenregistrementdestempraturesestralispendant1heure.

    Chaleurmassiquedusabledefontainebleau=703J/kgK.

    Conductivitdusabledefontainebleau=0.32W/mK

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    Validation du modle sur du sable

    0

    10

    20

    30

    40

    50

    60

    70

    80

    90

    100

    -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40

    Ecart de temprature (C)

    Pro

    fon

    deu

    r (%

    )

    Modalits8,12,16,20cm

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    Validationdumodlesurdusable

    Conclusions

    modletrsbiencalmicouche

    ilfautliminerleszonessituesensurfaceetaufond(tranchesde2cmdpaisseur)

    cartobservs

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    Validationdumodlesurmatriaubitumineux

    Essaisralissenlaboratoire:

    Petitesquantitsdematriau

    conditionsconstantes(tempratureambiante,tempraturedusupport,ventnul,contrleducompactage)

    miseenplacedessondescontrleMthodologie:

    Fabricationdumlangechaud

    Conservationentuve

    Confectiondelaplaque,miseenplacedessondes

    Compactage

    Enregistrementdurefroidissement(#4000sec.)

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    Validationdumodlesurmatriaubitumineux

    Matrielutilis:MalaxeurMLPC

    thermorgul

    BBMAX

    Fabricationdesprouvettes

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    M.FROUMENTINCentredExprimentationRoutire 19

    Validationdumodlesurmatriaubitumineux

    Mlangedesgranulats

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    Modlisationdurefroidissementdunecouchedebtonbitumineux

    M.FROUMENTINCentredExprimentationRoutire 20

    Validationdumodlesurmatriaubitumineux

    Ajoutdubitumeauxgranulats

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    Modlisationdurefroidissementdunecouchedebtonbitumineux

    M.FROUMENTINCentredExprimentationRoutire 21

    Validationdumodlesurmatriaubitumineux

    Mlangeobtenuaprsmalaxage

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    Validationdumodlesurmatriaubitumineux

    Matrielutilis:CompacteurdeplaquesMLPCBBPAC

    Moule500x180mm

    Rouedecompacatge

    Enregistreurdestempratures

    Compactagedesprouvettes

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