Soutenance mémoire
Détermination du pourcentage de bitume optimal pour MR-5 MB
Recyclage des enrobés bitumineux
L’association mondiale de la route définit le recyclage des matériaux des chaussées comme :
« Réutilisation de matériaux routiers existants dans la construction des chaussées, avec ou sans changement des caractéristiques des matériaux» (PIARC, 2001). Cela signifie que tout enrobé bitumineux ou tout matériau granulaire provenant des chaussées est susceptible d’être recyclé, régénéré ou réutilisé pour la reconstruction ou la réfection routière (ARRA, 2001). Les granulats issus du décohésionnement de chaussées bitumineuses sont communément désignés au Québec, Granulat Bitumineux Recyclé (GBR), ou encore, sous son acronyme anglais : Reclaimed Asphalt Pavement (RAP).
Parmi les différentes techniques de réhabilitation routière, les enrobés recyclés à froid (ERF) constituent une alternative écoénergétique, économique et environnementale intéressante (ARRA, 2001; PIARC, 2008a; Thenoux, Gonzalez et Dowling, 2007) Il y a trois exigences pour le recyclage d’enrobés : 1) être rentable, 2) être respectueux de l’environnement et 3) avoir de bons résultats (Kandhal et Mallick, 1997). En 2004, le Conseil des Constructeurs de routes et de grands travaux de l’Association Canadienne de la Construction (CCA-ACC) a fait de la réduction de la consommation d’énergie l’une des priorités de l’industrie de la construction routière (CCA-ACC, 2005). Les avantages du recyclage sont plus marqués du point de vue de l’environnement, de la technique et, bien sûr de l’économie (Thenoux, Gonzalez et Dowling, 2007).
GBR comme source de matériaux granulaires
Aux États Unis, plus de 90 % des routes et des autoroutes sont construites en enrobé bitumineux (FHWA, 2011). Au Québec, 94 % des routes gérées par le Ministère des transports du Québec (MTQ) et 80 % des pistes d’aéroport correspondent à des chaussées bitumineuses (Bitume Quebec, 2010). Quand la vie utile du revêtement de ces routes est achevée, ce sont les mêmes matériaux qui peuvent être réutilisés. Les GBR sont produits lorsqu’on fait des travaux de planage, réhabilitation ou reconstruction de la chaussée (FHWA, 2011). Le matériau pulvérisé ou décohésioné devient le fraisât, lequel contient une partie de bitume et peut être recyclé à 100% (Serfass, 2007). La réhabilitation de chaussées est considéré un procédé courant suite à l’imposition de l’embargo pétrolier des années 1970 (Carter, 2011). Depuis les 20 dernières années, le développement du recyclage des chaussées a pris de l’ampleur partout dans le monde.
Aux États-Unis, plusieurs études ont favorisé l’utilisation de GBR, notamment les recherches effectuées pour la Federal Highway Administration et les différents départements de transport de chaque état. Au Québec, l’usage des enrobés recyclés à froid, est une pratique commune depuis le début des années 90 (Bergeron, 2008). Étant donné que le GBR contient du bitume, on peut considérer le GBR comme un matériau granulaire enrichi (PIARC, 2003). Le développement des techniques et des procédures est lié au type de retraitement à faire, la couche à traiter, les pourcentages des matériaux et de liants d’ajout, etc. Dans les prochaines pages, les aspects les plus importants seront présentés.
Techniques de retraitement des chaussées
Une fois que la durée de vie (cycle de vie) d’une chaussée est achevée, on doit envisager différents scénarios pour rétablir son état initial ou bien pour l’adapter aux sollicitations des conditions actuelles et futures. D’après la Guide d’entretien et réhabilitation des chaussées en béton de ciment (GERCBC), le terme réhabilitation fait référence à « la remise en état d’une chaussée ». La Direction du Laboratoire des Chaussées (LC) du Ministère de transports du Québec fait une remarque importante en précisant qu’il s’agit d’« interventions habituellement plus lourdes et plus étendues que celles pratiquées dans le cadre des opérations d’entretien» (MTQ, 1999). Du point de vue de l’intervention, les retraitements d’une chaussée peuvent être divisés en deux catégories : les interventions de surface et celles en profondeur.
Teneur en eau des éprouvettes lors des essais de résistance mécanique
La teneur en eau est une variable très importante pour le comportement mécanique des ERF. D’une part, les conditions d’humidité favorisent la cohésion initiale du matériau. D’autre 97 part, le processus de cure est associé à un gain en résistance, spécialement dans les premières heures (jeune âge) de production des ERF. (Bowering, 1970; Jenkins et Moloto, 2008). En conséquence, atteindre une humidité optimale permet de développer une cohésion initiale suffisante pour avoir un matériau à la fois résistant et maniable pendant le processus de mise en place. En conditions de laboratoire, nous avons vérifié les conditions d’humidité après compactage et après chaque essai réalisé.
Bien qu’on a réussi à déterminer la perte d’humidité dans la plupart des éprouvettes, il est probable que la procédure de compaction ait causé une certaine perte d’eau, parce que les papiers placés aux extrémités des moules absorbent de l’eau. C’est pourquoi, dans cette étude, nous avons mesuré seulement la variation de la teneur en eau pendant le processus de cure et l’humidité à l’essai. La première correspond à la différence entre le poids de l’éprouvette une fois démoulé et le poids après le processus de cure (ΔWcure %). La deuxième est prise, une fois que l’essai est achevé (Wes %). Au démoulage, force est de constater que les bords de certains échantillons deviennent très fragiles et s’effritent facilement. Par conséquent, il n’a pas été possible de déterminer la perte d’humidité pour la totalité des éprouvettes, spécialement pour la première heure de cure.
|
Table des matières
INTRODUCTION
CHAPITRE 1 REVUE DE LA LITTERATURE
1.1 Recyclage des enrobés bitumineux
1.2 GBR comme source de matériaux granulaires
1.2.1 Classification des matériaux recyclés
1.3 Techniques de retraitement des chaussées
1.3.1 Recyclage en centrale à chaud
1.3.2 Recyclage en place à chaud
1.3.3 Recyclage en centrale à froid
1.3.4 Recyclage en place à froid
1.3.4.1 Techniques de retraitement en place à froid
1.3.4.2 Formulation des enrobés recyclés à froid
1.3.4.3 Avantages et désavantages du recyclage en place à froid
1.4 Les liants dans les matériaux recyclés
1.4.1 Ciment Portand
1.4.2 L’émulsion de bitume
1.4.3 Mousse de bitume
1.4.3.1 Méthode d’ajout de la mousse de bitume en chantier
1.5 État des connaissances – Recyclage en place à la mousse de bitume
1.5.1 Recherches
1.5.2 Guides et manuels de référence
1.5.2.1 Manuel de recyclage à froid, Allemagne
1.5.2.2 Intérim Technical Guidelines TG-2, Afrique du Sud
1.5.2.3 Rapports Association mondiale de la route, PIARC, France
1.5.2.4 Guides et manuels variés, Amérique du Nord
1.5.3 Banc d’essai WLB-10
1.5.4 Caractéristiques de la mousse de bitume
1.5.4.1 Rapport d’expansion (Ex)
1.5.4.2 Demi-vie (t1/2)
1.5.4.3 Surface de contraction et indice de moussabilité
1.5.5 La cure
1.5.6 Effet de la température dans les ERF-MB
1.6 Méthodes d’essais de résistance mécanique pour les matériaux retraités
1.6.1 Stabilité Marshall
1.6.2 Résistance à la compression diamétrale (ITS)
1.6.3 Paramètres associés
CHAPITRE 2 OBJECTIFS ET MÉTHODOLOGIE
2.1 Objectif de l’expérimentation
2.2 Méthodologie
2.2.1 Étape 1 : Formulation
2.2.1.1 Caractérisation des matières premières
2.2.1.2 Détermination de la teneur en eau et de la température optimale pour le moussage
2.2.1.3 Détermination du pourcentage de bitume optimal pour la confection des éprouvettes du MR-5 MB
2.2.2 Étape 2 : Confection et cure des éprouvettes pour les essais mécaniques
2.2.2.1 Préparation et entreposage du MR-5
2.2.2.2 Malaxage du MR-5 MB
2.2.2.3 Compaction et démoulage des éprouvettes
2.2.2.4 Conditions de cure des éprouvettes
2.2.1 Étape 3 : Essais de résistance mécanique. Stabilité Marshall et résistance à la traction indirecte (ITS)
CHAPITRE 3 PRÉSENTATION DES RÉSULTATS
3.1 Caractérisation des matières premières
3.1.1 Caractérisation du GBR
3.1.1.1 Teneur en eau du GBR
3.1.1.2 Granulométrie du GBR
3.1.1.3 Granulométrie avant extraction du bitume
3.1.1.4 Granulométrie après extraction du bitume
3.1.1.5 Densité maximale (dmm) du GBR
3.1.2 MG-20
3.1.2.1 Granulométrie du MG-20
3.1.3 Matériau recyclé de type 5, MR-5
3.1.4 Bitume
3.1.4.1 Teneur en bitume du GBR
3.1.4.2 Détermination du PG du bitume extrait du GBR
3.2 Optimisation des paramètres pour produire une mousse de bitume optimale
3.2.1 Optimisation du moussage par rapport aux critères d’Expansion (Ex) et du temps de Demi-vie (t1/2)
3.2.2 Surface de Contraction (Sc) et indice de moussabilité (M (T))
3.3 Détermination du pourcentage de bitume optimal pour MR-5 MB
3.3.1 Formulation d’après les résultats de stabilité Marshall
3.3.2 Formulation d’après résultats de résistance ITS
3.4 Résultats sur les éprouvettes soumises à des essais de résistance
3.4.1 Teneur en eau des éprouvettes lors des essais de résistance mécanique
3.4.2 Courbes Force-Déplacement dans les essais de résistance mécanique
3.4.3 Pente de la courbe force-déplacement (pseudo-module)
3.4.4 Aire sous la courbe force-déplacement
3.4.5 Résultats stabilité Marshall vs ITS
3.4.5.1 Résultats stabilité Marshall et ITS à la température ambiante 23 °C
3.4.5.2 Résultats stabilité Marshall et ITS à 10 °C
3.4.5.3 Résultats stabilité Marshall et ITS à 5 °C
3.4.5.4 Résultats stabilité Marshall et ITS à 0 °C
3.5 Sommaire des résultats
CHAPITRE 4 ANALYSE DES RÉSULTATS
4.1 Évolution des courbes de résistance en fonction du temps de cure
4.1.1 Évolution des résistances d’après la méthode Marshall
4.1.2 Évolution des résistances d’après la méthode ITS
4.2 Comparaison de l’évolution des courbes de résistance
4.2.1 Résistance mécanique en fonction du temps de cure
4.3 Paramètres et indices associés à la résistance mécanique
4.3.1 Évolution de IF, ID et du pseudo-module pour les essais Marshall
4.3.2 Évolution de IF, ID et du pseudo-module pour les essais ITS
4.4 Bilan de l’analyse des résultats de résistance et des paramètres associés
4.5 Essais complémentaires
4.5.1 Résultats pour les MR-5 fabriqués à la MB, curés entre 4 °C et 7 °C
4.5.2 Résultats pour les MR5 curés à la température ambiante (23 °C), en changeant le type de liant.
CONCLUSIONS
RECOMMANDATIONS
ANNEXE I RÉSULTATS DE LABORATOIRE
BIBLIOGRAPHIE
Télécharger le rapport complet
