Transcript Vincent GAUDEFROY, IFSTTAR

JTR2014
Journées Techniques Routes 2014
Nantes – 11 & 12 février 2014
Point sur la caractérisation des Graves-émulsion
Comportement en relation avec les propriétés du liant
Vincent GAUDEFROY, IFSTTAR - Département Matériaux
Louisette WENDLING, CEREMA - Division Laboratoire d’Autun
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Spécificités des matériaux à l’émulsion
• A froid et à l’émulsion
– Pas de chauffage
– Granulats, Bitume, Vides
– Eau provient de l’émulsion
et de l’eau ajout
[IFSTTAR]
Emulsion de bitume cationique
Bitume
Phase
aqueuse
Gouttes de bitume
15 µm
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Spécificités des matériaux à l’émulsion
• Choix du liant
– Bitume de grade différent en
fonction du trafic
– Apport éventuel de fluxant
– Formulation de l’émulsion (dont
émulsifiant) en fonction du type de
granulat utilisé (méthodes LPC 74 et 75)
Rupture de l’émulsion
– Elaboration des produits à froid
nécessite de l’eau
Séchage du mélange
évaporation
écoulements
gravitaires
[IFSTTAR]
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Spécificités des matériaux à l’émulsion
• Evolutivité des mélanges à l’émulsion
Rigidité
Prise
Murissement
Performance
nominale
Dégradation
Rn
R
temps
tm
tn
td
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Prise et murissement
[Source : SFERB]
Thèse Laure Boucard
(allocation IFSTTAR – Oct 2013)
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Prise et murissement
Rupture de l’émulsion induite par des phénomènes se
produisant à l’interface du liant / granulat
Réaction chimique
entre l’acide de
l’émulsion et le
substrat
H+
granulat
Ca2+,
Na+,
Mg2+,…
K+,
[thèse CIFRE CHARIER - L. Ziyani]
Interaction
émulsifiant/substrat
Implications sur le liant et l’interaction liant / granulat
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Prise et murissement
• Attaque acide sur la morphologie des granulats par MEB
Gneiss
Diorite
Calcaire
Avant
remontée
de pH
Après
remontée
de pH
Trous
Cavité
s
[thèse CIFRE CHARIER - L. Ziyani]
Pas d’influence significative sur la morphologie
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Prise et murissement
Méthode LPC nº77
• Interaction Emulsion (phase aqueuse) /granulat
Gneiss
8
Diorite
Calcaire
1400
6
1200
5
1000
4
800
3
600
2
400
1
200
0
0
1
10
100
Temps (min)
[Ca2+ ] (mg/kg granulat).
1600
7
pH
1800
1000
[thèse CIFRE CHARIER - L. Ziyani]
Réactivité dépend de la minéralogie des granulats
[IFSTTAR]
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Prise et murissement
• Qualification de la rupture de l’émulsion par IREC modifié
160
E1
E2
E3
140
Surface spécifique entre 0,2 et 0,3 m²/g
120
IREC
100
80
[IFSTTAR]
60
40
20
0
[IFSTTAR]
Gneiss
Diorite
Calcaire
[thèse CIFRE CHARIER - L. Ziyani]
Conséquence sur la cohésion du mélange et la maniabilité
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Prise et murissement
350
Cohésion / Maniabilité
(mélange non compacté)
300
• Méthode LPC nº76
- essai de maniabilité
- mesure de couple
Force(N)
250
200
150
100
[INYNAS]
• Méthode de maniabilité en cours de
normalisation (prNF P 98-258-1)
50
0
5
10
Durée de maturation (h) Duréedemat
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Murissement et performances nominales
• Caractère évolutif des matériaux
à l’émulsion (y compris après
compactage)
• Choix d’indicateurs de suivi
– Rigidité du mélange granulaire
– Consistance du liant extrait
• Protocoles de mûrissement pour simuler cette évolution en
laboratoire (temps, température et hygrométrie) et sur des corps
d’épreuve différent (géométrie, …) soumis à des essais
mécaniques
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Murissement et performances nominales
• Comportement des mélanges à l’émulsion (GE) sur site
Prelèvement, carottage et sciage pour évaluer les caractéristriques
des liants et les performances de l’enrobé (EN 12697-26)
en fonction du temps du murissement in-situ
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Murissement et performances nominales
• Evolution du module in situ par type d’essai de 10 à 30 mois
Teneur en vide : 12 à 14 %
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Murissement et performances nominales
• Evolution des caractéristiques du liant extrait
|G*| (Pa)
1E+08
Temps de
murissement
Temps de
murissement
1E+06
BITUME pur (B1)
Chantier "GE fraiche" (B4)
Chantier 10 mois (B13)
Chantier 16 mois (B14)
Chantier 21 mois (B18)
1E+04
0,01
0,1
1
Feq (Hz)
10
100
Rigidification du liant (consistance : pene-TBA et rhéologie : G*)
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Murissement et performances nominales
• Comparaison chantier - laboratoire (14 jours 35ºC 20 % HR)
Teneur en vide : 12 à 14 % sur chantier et 16 à 20 % en laboratoire
Murissement en laboratoire 14 jrs à 35ºC 20% HR insuffisant
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Murissement et performances nominales
• Evolution des caractéristiques du liant extrait
60,5
685j
1012j
56,5
468j
866j
TBA (°C)
Temps de
murissement
866j
58,5
Chantier
54,5
52,5
313j
90 j
685j
468j
Laboratoire
28 j
14 j
50,5
3j
48,5
7j
Mise en
oeuvre
46,5
10
20
30
40
Log Pene (1/10 mm)
50
60
70
100
Etat de vieillissement minimisé en laboratoire : Etude à poursuivre !
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Dégradation – Fin de vie
• Les sections tests
ne sont pas revetues et ….
• il n’y a pas de dégradation de
surface (quelques micro-fissures)
• ni de déformation permanente
• Evaluation en laboratoire de la durée
de vie selon l’essai de fatigue
Micro fissures après épisode pluvieux
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Dégradation – Fin de vie
•
Chantiers RD 44 (e6  45.10-6) et RD 20 (ci-dessous)
[USIRF]
•
•
•
Faible écart de déformation conduit à des différences de durée de vie
Pente de droite de fatigue diminue avec augmentation du murissement
Modalité de murissement M2 et M3 : résultats de GB cl2 (15% vide)
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Dégradation – Fin de vie
• Elaboration d’un critère de fatigue
de laboratoire adaptée à la GE
• Mécanisme de ruine sur site
à définir (spécificité des GE)
et prise en compte de la
cohésion du mélange
[IFSTTAR]
• Poursuivre les évaluations sur sites
• Chantier fusible sous fort trafic souhaité
[USIRF]
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Faits marquants et productions
• Articles RGRA (de Sept 2011 à Juin 2012)
et édition du spécial « bilingue » pour Eurobitume 2012
• Présentations à des congres internationaux)
• Articles scientifiques dans Journaux internationaux
Actions en cours associées aux travaux de recherche
• Révision des normes françaises GE et BB à l’émulsion
• Premiers drafts pour une normalisation européenne
• Guide IDRRIM « Matériaux fabriqués en centrale à
l’émulsion ou à la mousse de bitume »
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Merci pour votre attention !
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