mélanges granulaires hétérogènes

Optimisation des enrobés bitumineux constitués de mélanges granulaires hétérogènes

ECEC SURFSURF

Clôture de l’opération ECOSURF Ifsttar (centre de Nantes) – Lundi 2 juin 2014

mélanges granulaires hétérogènes

Yann SENGA ,Anne DONY , Johan COLIN , Smail HAMLAT , Yves BERTHAUD

Contexte et problématique

I- Démarche expérimentale• Méthodologie générale• Présentation des matériaux et moyens d’essais

II- Caractérisation expérimentale des mélanges granulaires:

PLAN DE LA PRÉSENTATION

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II- Caractérisation expérimentale des mélanges granulaires:• Propriétés mécaniques: LA et MDE• Résistance au polissage: PSV et W&S

• III- Caractérisation des enrobés bitumineux formulés à partir des mélanges granulaires : granulats recyclés et neufs

• Homogénéité de l’état de surface• Résistance au polissage par la machine W&S• Proposition d’un modèle de prédiction

IV- Conclusions et perspectivesOptimisation des enrobés bitumineux constitués de mélanges granulaires hétérogènes

Contexte

Les granulats : matières premières les plus consomm ées en France

3Optimisation des enrobés bitumineux constitués de mélanges granulaires hétérogènes

Évolution de la production des granulats et de ladémographie en France métropolitaine [UNPG, 2011]

Contexte et problématique

Consommation des ressources

Ressources non renouvelables

Problèmes d’accès aux ressources

Optimisation des ressources en granulats pour couches de roulement

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� Recyclage [Convention d’engagement volontaire, 2009]Meilleure valorisation des Agrégats d’Enrobés (AE) :

2009 (33 %) 2012 (> 60%) ( Bilan CEV, USIRF 2013)� Valorisation des granulats locaux neufs (mélanges granulaires).


Cas n°1 : fraisage par couche / stockage des AE enfonction des couches d’origine.

Cas n° 2 : mélange de matériaux de plusieurs couchespendant le fraisage et/ou le stockage.

Problématique

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Il faut comprendre comment vont se comporter les mélanges granulaires sous l’effet des sollicitations du trafic routier (adhérence pneumatique – chaussée).

Mélanges de granulats :

� neufs + AE : recyclage ;� neufs (aux caractéristiques distinctes) : valorisation des granulats locaux.


Caractérisation des propriétés mécaniques des mélanges

granulaires

Caractérisation de la résistance au polissage des

mélanges granulaires

Caractérisation des enrobés bitumineux formulés à partir

Partie I

Partie II

Partie III

Démarche expérimentale

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bitumineux formulés à partir des mélanges granulaires

Conclusions et perspectives

- Démarche expérimentale- Présentation des essais- Résultats et analyses

Analyses des résultats par uneapproche massique et uneapproche surfacique


Présentation des matériaux et moyens de caractérisation


Études réalisées Couples des granulatsG+/G-

Valorisation des matériaux locaux

Diorite/Calcaire

Gneiss/Calcaire

Appellation PSVG+ > PSVG-

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Gneiss/Calcaire

Recyclage Rhyolite/Basalte

N° des mélanges

G- (%) G+ (%)

1 100 0

2 75 25

3 50 50

4 25 75

5 0 100

Composition massique desmélanges granulaires


Caractéristiques intrinsèques des granulats pour couche deroulement [NF P 18-545] :

� Résistance à la fragmentation


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� Résistance à la fragmentation� Résistance à l’usure� Résistance au polissage accéléré

Titre de la présentation

Résistance à l’usure (MDE)

Présentation des résultats

Résistance à la fragmentation (LA)

Deux couples de granulats : diorite G+/calcaire G- et rhyolite G+/basalte G-.

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Prédiction possible par une simple loi des mélanges :LA/MDE(αG- + (1- α)G+) = α LA/MDE(G-) + (1- α)LA/MDE(G+)

Avec α proportion massique du granulat G- dans le mélange granulaire.


Trois couples de granulats G+/G- : diorite/calcaire, gneiss/calcaire etrhyolite/basalte.

Caractérisation de la résistance au polissage

Minéralogie Origine PSV

Essai Polished Stone Value (PSV)

Essai Wehner & Schulze (W&S)

Résistance au polissage accéléré

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Couples étudiés Écarts en points de PSV

Diorite/calcaire 14

Gneiss/calcaire 22

Rhyolite/basalte 6

Minéralogie Origine PSV

Rhyolite Neuf 59

Gneiss Neuf 58

Basalte (agrégat) Recyclé 53

Diorite Neuf 50

Calcaire Neuf 36

Essai Wehner & Schulze (W&S)

Protocole « adapté » pour les éprouvettes constituées des

mélanges granulaires


Présentation des résultats de polissage

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PSV des mélanges gneiss/calcaire Corrélation PSV mesurés / calculés

Prédiction par la loi des mélanges :PSV(αG- + (1- α)G+) = α PSV (G-) + (1- α)PSV(G+)


Protocole « adapté » pour les éprouvettes constituées des mélanges granulaires

Essai Wehner & Schulze (W&S) [EN 12697-49]

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� Identification de la zone de polissage et demesure

� Placement des granulats à la main

Mosaïque Wehner & Schulze

225 mm

Zone de mesure


Résultats de polissage sur granulats

Approche massique

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µW&S pour le couple diorite / calcaire


Corrélation µW&S mesurés / calculés

Prédiction par la loi des mélanges :µW&S(αG- + (1- α)G+) = α µW&S (G-) + (1- α) µW&S(G+)


Détermination des proportions surfaciques des granulats dans les zones de mesure des éprouvettes.

225 mm

45 mm

88 mm

Zone de mesure

Loi de passage massique/surfacique

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Mosaïque Wehner & Schulze Plaquette PSV

µW&S mesurés / calculés en approche surfacique

Démarche suivie• Formulation des plaques d’enrobés• Caractérisation de la texture• Caractérisation de la résistance au polissage des

enrobés bitumineux formulés à partir de mélange

Conclusions et perspectives Caractérisation des enrobés bitumineux

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enrobés bitumineux formulés à partir de mélangegranulaire par l’essai Wehner & Schulze (W&S).

Désignation des enrobés

1 (100 % G-)

2(25 % G+)

3(50 % G+)

4(75 % G+)

5 (100 % G+)

PMT 0,84 0,93 1,03 0,93 0,81

Composition des différents enrobés


� Cas des enrobés formulés à base de matériaux recyclésFabrication d’un BBSG (EB 0/10) pour couche de

roulement

Caractérisation des enrobés bitumineux

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� Lourde phase de préparation des agrégats (quartage, séchage)� Protocole de malaxage� Protocole de compactage

Caractéristiques des granulats Composition des mélanges granulaires


� Cas des enrobés formulés à base de matériaux neufs


Approche massique

17Optimisation des enrobés bitumineux constitués de mélanges granulaires hétérogènes

La loi des mélanges permet une très bonne approximationgénérale (coefficient de détermination R² de 0,96).

Approche surfacique

� Cas des enrobés formulés à base de matériaux recyclés


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Comparaison entre les coefficients de frottement mesurés et les coefficients calculés : couple rhyolite/basalte

� Prédiction des propriétés mécaniques des mélangesgranulaires par un modèle simple de loi de mélange

� Prédiction des propriétés de résistance au polissage desmélanges granulaires par une approche massique etsurfacique


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surfacique� Caractérisation de la résistance au polissage des

enrobés bitumineux et détermination du coefficient defrottement par l’essai W&S

� Proposition d’un modèle prédictif de résistance aupolissage des enrobés bitumineux

� La loi de prédiction proposée ne tient pas compte del’usure entre les granulats pendant l’essai


Perspective� Prise en compte de l'usure différentielle dans le modèle

de prédiction (intégrer l’effet des interactions) etcaractérisation de la texture à chaque état de polissage

� Confirmation des résultats avec d’autres types d’enrobés


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� Confirmation des résultats avec d’autres types d’enrobés

� Essais supplémentaires sur les AE

� Intégrer l’effet du liant

� Validation sur site


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