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

LCPCParis,le15/06/05
Modlisationdurefroidissementdunecouchedebtonbitumineux
M.FROUMENTINCentredExprimentationRoutire 1
Modlisationdurefroidissementdunecouche
denrobhydrocarbonchaud
MichelFroumentinCETENormandieCentre10,ChemindelaPoudrire76121LeGrandQuevillyCedex
CentredExprimentationRoutire
Gotechniqueroutireetmatrielsdechantier

Plandelaprsentation
Introduction
Pourquoiunemodlisationdurefroidissement?
Modleretenu
tudeenlaboratoire:
validationdumodlesurdusable
rponsedumodlesurmatriaubitumineux
tudeenchantier
Poursuitedelarecherche
Conclusions,perspectives,dveloppement

Introduction
TravauxinitisdanslecadreduprojeteuropenOSYRIS(20002003)etpoursuivisdansloprationModernisationdelexcutiondeschantiersroutiers(20012004)duLCPC.
Units: LCPCCentredeNantes
LRRouenDpartementChausses
CERRouen
CUSTClermontFerrand(TFEingnieur)
INSARouen(stages2meanneingnieur)

Pourquoiunemodlisation?(1/2)
Latempraturedumlangeaumomentducompactage
estunparamtreimportant
silecompactageestralissurunenrobtropchaud:
apparitiondefissuresduesauxcontraintesde
cisaillement
phnomnedefluage(vaguedevantlecompacteur)
silecompactageestralissurunenrobtropfroid:
lacompacitviseneserapasatteinte
risquedemicrofissuration
dfautsdesurface(crouissage)
lamaniabilitdumatriau,doncsa"compactabilit"dpenddelatemprature

Pourquoiunemodlisation?(2/2)
Latempratureestleparamtrequiestdeloinleplussusceptibledesgrandesvariationssurchantier(dlaisdetransports,dbitdufinisseur,conditionsmtorologiques)
Lesnormes(NFP98130,131,132etc.)dfinissentunefourchettedetempraturedefabricationetunefourchettedetempraturederpandage
Latempratureminimale(Tmin)partirdelaquellelecompactagedoittrearrt(dernirepasseeffective)estdfinieenfonctiondeladuretdubitume
Tmin=Tempraturederamollissement+50C

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)

OndfinitladureutiledecompactageDccommeletempsdurantlequellatempraturerestelintrieurdelintervalle:
TempraturederpandageTempratureminimaledecompactage
Ladureutiledecompactageestdoncfonctiondelanaturedumlangemaisaussidesconditionsmtorologiquesquiinfluent
surlavitessederefroidissement
Lapriseencomptedefaonprcisedelinfluencedesconditionsmtoimpliquelamesuredelatempratureauseindelacouchecompacte(mipaisseur)pourvrifierquelatempratureest
situelintrieurdelafourchette

-=+> 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)

Objetdelamodlisation:
Lobjectifdumodledveloppestdecalculersurchantierladureutiledecompactageenfonctiondesconditionsrellesdemiseenuvre(mlange,paisseurdelacouche,conditionsmtorologiques).
Cettedurecorrespondautempsauquellatempratureenmilieudecoucheauraatteintunetempraturelimitefixeaupralableenfonctiondumlangemisenuvre.

Couchedenrob
Support
Equationdela
chaleur
a:diffusivit
thermique
changeaveclatmosphre
p*I
I:rayonnementsolaire
p:partieabsorbe Convection:
Phi=C(tst)

Travauxutiliss:
BossemeyerH.R.(D)
CorlewJ.S.etDicksonP.F.(USA)
M.LaporteLRPCClermontFerrand(F)
Modle1Dutilisantlamthodenumrique
deCrankNicolson(approximationpar
diffrencesfinies)pourrsoudrelquation
delachaleur

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

ETUDEENLABORATOIRE
Phase1: tudedelarponsedumodlesurdusable
Phase2: tudedelarponsedumodlesurmatriaubitumineux
rptabilit
influencedumatriau
influencedelpaisseur
influencedelatemprature

Rponse du modle sur du sable
SabledeFontainebleau
Lesableestpespuismisdansltuvedansplusieursbacs
(tempraturehomogne160165C)pendant12heures.
Lesableestmisenplacedanslacuve,lessondessontplacesauxdiffrentesprofondeurs(fonctiondelpaisseur)etlenregistrementdestempraturesestralispendant1heure.
Chaleurmassiquedusabledefontainebleau=703J/kgK.
Conductivitdusabledefontainebleau=0.32W/mK

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

Validationdumodlesurdusable
Conclusions
modletrsbiencalmicouche
ilfautliminerleszonessituesensurfaceetaufond(tranchesde2cmdpaisseur)
cartobservs

Validationdumodlesurmatriaubitumineux
Essaisralissenlaboratoire:
Petitesquantitsdematriau
conditionsconstantes(tempratureambiante,tempraturedusupport,ventnul,contrleducompactage)
miseenplacedessondescontrleMthodologie:
Fabricationdumlangechaud
Conservationentuve
Confectiondelaplaque,miseenplacedessondes
Compactage
Enregistrementdurefroidissement(#4000sec.)

Matrielutilis:MalaxeurMLPC
thermorgul
BBMAX
Fabricationdesprouvettes

Mlangedesgranulats

Ajoutdubitumeauxgranulats

Mlangeobtenuaprsmalaxage

Matrielutilis:CompacteurdeplaquesMLPCBBPAC
Moule500x180mm
Rouedecompacatge
Enregistreurdestempratures
Compactagedesprouvettes

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