Transcript Caractérisation Bitume et Performance des Enrobés

JTR2014
Journées Techniques Routes 2014
Nantes – 11 & 12 février 2014
Caractérisation Bitume et Performance des
Enrobés
Bernard ECKMANN - EUROVIA
JTR2014
Caractérisation Bitume et Performance des Enrobés
Au début, tout était simple …..
Point de FRAASS
°C
Pénétrabilité
mm/10
0°C
25°
C
Point de
Ramollissement
°C
60°C
Essai
RTFOT
Bernard ECKMANN
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Indice de pénétrabilité Pfeiffer
•
•
•
•
Relation entre Pénétrabilité et TBA
Suppose TBA = TPen=800mm
Traduit la susceptibilté thermique du bitume
En relation avec la « structure » du bitume (origine,
mode de production)
Bernard ECKMANN
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Le diagramme de Heukelom
Bitume direct
Fraass
Pénétrabilité
IP
Viscosité
TBA
TFraass = TPen=1.25 mm/10
TBA = TPen=800 mm/10 = TVisco=3000 Pa.s
Source: Luc Planque – Cours de Rhéologie - ENPC
Bernard ECKMANN
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Le diagramme de Heukelom
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Bitumes directs
à différents IP
Penetration at 25 C
Fraass temperature
10
20
1e6
100
200
1e5
500
Softening point temperature
800
1e4
1e3
Viscosity, Poise
100
10
California
4
3
2
1
-50
Mexico
Borneo
0
25
50
Source: Luc Planque – Cours de Rhéologie - ENPC
Bernard ECKMANN
Venezuela
100
150
5
200
250
Temperature, deg C
5
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Le diagramme de Heukelom
1
Penetration at 25 C
Fraass temperature
Comportement des bitumes
contenant des paraffines
10
20
1e6
100
200
1e5
500
Softening point temperature
800
1e4
1e3
Viscosity, poise
100
BITUME “PARAFFINIQUE”
10
4
3
2
- Comportement à froid ?
- Comportement à l’orniérage ?
- Adhésivité ?
1
-50
0
25
50
Source: Luc Planque – Cours de Rhéologie - ENPC
Bernard ECKMANN
100
150
200
250
Temperature, deg C
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Puis vinrent le grand G* et son petit d
• Prise en compte de la nature VISCO-ELASTIQUE du
bitume (G* et d)
• Principe d’équivalence «Temps – Température»
• (G* et d) varient avec la température et la fréquence
Bernard ECKMANN
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et le système SHRP …..
Orniérage
Fatigue
G*/sind
G* sind
Fissuration
Basse température
DTT D l/l
DSR
Liant tel quel
Liant après RTFOT
Bernard ECKMANN
BBR
S et m
Liant après RTFOT + PAV
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Prédiction de la rigidité des enrobés
Bien avant le SHRP ….
Abaque SHELL
Sm = f ( Sb , Vb , VG )
Source: Shell Bitumen Handbook
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Indice de pénétration
Pour mémoire …. Abaque de Van Der Poel
+7
+6
+5
+4
+3
+2
+1
0
-1
-2
-3
Sb (T, Fr)
Module de rigidité S (Pa)
10-3
10-2 10-1
10 102
1
105 2
104
103
10-3 10-1 10
106
107
2
2
-3
100 50
109
5
5
-2
0
-1
Viscosité (Poise)
-10
108
5
2.5
x109
2
5
103
Au dessus
de T800pen
2
+1
+2
+4
+3
+6
+5
IP
Différence de température (°C)
0 20
40 50 60 70 80 90 100
120
140
160
180
200
Au dessous
de T800pen
T - T800Pen
Fréquence Fr
105
10-6
104
10-5
103
10-4
(Hz)
102
10-3
Source: Luc Planque – Cours de Rhéologie - ENPC
Bernard ECKMANN
10
10-2
1
10-1
1’’ 3’’ 10’’
1
10
1’ 2’ 5’
102
30’ 1h 5h
103
104
Temps d’application de la charge (sec.)
1j
105
7j
106
30j
1an
107
108
10ans 100ans
109
1010
10
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Module de rigidité des enrobés
• Le module de l’enrobé est bien conditionné par celui du liant
– Cette relation n’est effective qu’à partir d’une valeur
minimale du module du liant ( G* > 1 Mpa)
– Elle dépend bien sûr de la formulation de l’enrobé (courbe
granulaire, teneur en liant)
– Elle peut être modifiée par des interactions liant-granulat !
Il est dès lors possible de modifier le module complexe de
l’enrobé (notamment sa susceptibilité à la température et aux
temps de charge) de par le choix du liant (bitumes durs,
bitumes modifiés)
Bernard ECKMANN
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Orniérage des enrobés
• On le sait : le liant influence fortement la résistance à
l’orniérage
• La formulation de l’enrobé reste néanmoins primordiale !
• Les caractéristiques Péné, TBA, IP, … sont de bons
indicateurs dans le cas des bitumes conventionnels mais de
mauvais “prédicteurs” dans le cas des bitumes modifiés
• Les caractéristiques “rhéologiques” (G*/sind, h0, ….) n’ont
pas totalement répondu aux attentes (non universellement
applicables)
Bernard ECKMANN
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Fatigue des enrobés …. Abaque SHELL
Durée de vie = f (IP bitume, Volume bitume, Module enrobé,
Type essai)
IP Bitume : Indice de pénétrabilité
Mod. Enr. Sm
Vol. Bit. Vb
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Déf. Init. e0
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G*sind peut-il faire mieux ?
• La fatigue de l’enrobé est un phénomène complexe
– Forte incidence de la formulation
– Tributaire du mode de sollicitation
– Difficile à relier au comportement in-situ
• La corrélation avec la «rhéologie» du liant n’est pas établie !
– Le critère G*sind n’a pas pu être validé !
– Visco-élasticité linéaire (faibles déformations) trop
éloignée des conditions de fatigue
• Le «degré de structuration» du liant pourrait cependant
intervenir
– Teneurs en asphaltènes, IP
– Indicateurs basés sur d ou le spectre de relaxation
(faible susceptibilité cinétique et thermique)
Bernard ECKMANN
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Fissuration à basse température
• Essai BBR
 Temp. pour laquelle S = 300 MPa :
LST
 Temp. pour laquelle m = 0,3 :
LmT
 Temp. la plus défavorable :
HLT = Max. ( LST, LmT )
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Fissuration à basse température
• La fissuration à basse température est bien
tributaire du liant
Ex. : simulation par essais TSRST
• Corrélations avec caractéristiques convent.
– En général, plutôt des tendances
– Hypothèse implicite : « plus c’est dur, plus c’est cassant»
– Mauvaise reproductibilité de l’essai Fraass
• Apports de l’essai BBR
– Plus fiable que l’essai Fraass
– Mais reste une simple mesure de la rigidité ( rupture»)
– Les critères BBR n’ont pas la même signification pour les
bitumes modifiés que pour les bitumes purs
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Fissuration par fatigue thermique
• GNB : campagne de suivi d’ ~100 chantiers (1989-1996)
• Importance de l’évolution lors du vieillissement et de la
«structuration» du bitume
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La rhéologie «Post-SHRP»
• Caractérisation de l’endommagement
Plus proche des sollicitations réelles (amplitude déf./contr.)
• Exemples
Essai de fissuration
Retrait thermique
basse température
empêché
(CEN/TS 15963)
(essai ABCD)
Sollicitations répétées à niveaux de contrainte croissants
Fatigue : essai LAS
Fluage : essai MSCRT (prEN 16659)
(DSR)
Bernard ECKMANN
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Evolution de la caractérisation des liants
Dur
FORT
Elastique
Pen. TBA
FAIBLE
Visqueux
Mou
Bernard ECKMANN
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Que penser de tout cela ?
• Beaucoup de paramètres à prendre en compte
– Représentativité des conditions de sollicitation appliquées
aux liants
• Vis-à-vis des essais sur enrobés
• Vis-à-vis du comportement réel dans la route
– Car les essais sur enrobés ne sont eux aussi que des
représentations imparfaites de la réalité !
– Sans parler des interactions liant-filler et liant-granulat !
• La caractérisation complète des liants serait donc illusoire ?
Bernard ECKMANN
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Pour mémoire ……le QUALAGON (Shell)
Adhésivité
(% retenu Marshall)
Oxydation :
TBA
Enrobé foisonné
In-situ
Fractions légères
(Distillation simulée)
Homogénéité
(Essai d’exsudation)
Cohésion
(Ductilité basse temp.)
Source: Shell Bitumen Handbook
Bernard ECKMANN
Essai RTFOT (Pen., TBA)
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Il n’empêche que ….. (conclusion)
• Le savoir est là et de nouveaux outils sont disponibles
• Même si nous ne mettrons jamais la réalité en équation …
• Le formulateur a besoin de critères de choix pertinents et
aussi complets que possible
• Il serait dommage de se priver d’outils permettant de mieux
appréhender la structure du bitume et son évolution
– Evolution de G* et d avec la température
– Evolution de G* et d avec le temps (RTFOT, RTFOT+PAV)
– Rigidité à basse température après vieillissement (BBR
après RTFOT+PAV)
– …….
Bernard ECKMANN
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MERCI POUR VOTRE ATTENTION
Bernard ECKMANN
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