Presse à cisaillement giratoire (pcg)

Presse à cisaillement giratoire (pcg)

Composition des bardeaux; les granulats

Les granulats sont la composante majeure d’un bardeau d’asphalte. Dans la composition d’un bardeau, on retrouve différents types de granulats ayant chacun leur propre utilité. On peut retrouver des particules de céramique, des scories de charbon concassées, du sable et du stabilisateur de bitume (Noël et al., 2006). L’emplacement sur le bardeau de ces différents granulats peut être observé à la Figure 1.3. D’après Noël et al. (2006), les particules de céramiques qui sont en réalité de la roche concassée recouverte de céramique sont les particules qui seront exposées sur la toiture. La couleur de ces particules est variable d’un échantillon à l’autre afin d’offrir une diversité de couleurs au client. Des scories de charbon concassées sont également présentes dans la composition d’un bardeau. Ceux-ci sont employés comme particules de superposition de tête. Cette section sera chevauchée par la rangée supérieure de bardeau et ainsi, non apparente une fois mise en place sur la toiture. Un bardeau est composé à faible quantité de sable naturel lavé. Celui-ci est ajouté sur la surface arrière de tous les bardeaux afin d’éviter que les bardeaux collent l’un à l’autre lors de l’emballage et de l’entreposage. Le dernier granulat présent dans la composition du bardeau est le stabilisateur de bitume qui, selon Germain et Charland (2000), est une poudre de calcaire.

État des bardeaux d’asphalte de postconsommation à la réception Au moment venu, lorsque les bardeaux d’asphalte sont retirés de la toiture, ils sont acheminés vers un site d’enfouissement de matériaux secs ou dans un centre de tri spécialisé dans le traitement des résidus de construction. Lors de leur enlèvement, divers autres matériaux de construction se mélangent aux bardeaux tels que des clous, du plastique, du bois, du papier-feutre, etc. (Noël et al., 2006). Une étude a été menée par Ali et al. (1995) afin de déterminer la composition des matériaux qui sont récupérés lors de l’enlèvement du revêtement d’une toiture en bardeau. Les pourcentages massiques des différents matériaux récupérés, selon Ali et al. (1995), sont démontrés au Tableau 1.1. C’est donc dire que d’après cette étude, lors de la récupération des bardeaux usés, on retrouve à l’intérieur de ceux-ci environ 4 % massique de matériaux non désirables. Ils sont appelés matériaux non désirables étant donné que l’on ne souhaite pas de ce genre de matériaux dans la composition future de l’enrobé bitumineux qui sera confectionné avec des particules de bardeaux d’asphalte.

Cependant, il serait envisageable de croire que la façon de faire a changé aux cours des dernières années. Après discussion avec un responsable de la gestion d’un site d’enfouissement de matériaux secs, celui-ci mentionnait que depuis quelques années, lors de la réception de bardeaux usés à son centre, les matériaux sont classés selon leur degré de contamination. Au site d’enfouissement visité, les bardeaux pouvaient se voir attribuer la classe A, B ou C allant du matériau avec très peu de matières non désirables au matériau fortement contaminé. Évidemment, lorsqu’un entrepreneur livrait des bardeaux exempts de matières non désirables, les tarifs étaient beaucoup plus avantageux pour cet entrepreneur. Selon le responsable rencontré à l’été 2010, plusieurs entrepreneurs commençaient à livrer de plus en plus de bardeaux de classe A, donc exempt de matériaux indésirables. En procédant de cette façon, le point négatif relevé par plusieurs concernant les bardeaux d’asphalte de postconsommation, c’est-à-dire la présence de divers autres matériaux dans la composition des particules de bardeaux, serait pratiquement éliminé. Il ne resterait qu’à poursuivre le processus à grande échelle pour que cette façon de faire soit employée à l’ensemble de la province par les différents entrepreneurs en rénovation de toiture et les divers centres de recyclage de matériaux secs.

La méthode de formulation

LC Par le passé, le Québec a mis au point sa propre méthode de formulation pour les enrobés bitumineux mis en place sur leur territoire. Étant donné la situation géographique et climatique de la province, le MTQ a décidé de mettre sur pied un système répondant à leur propre situation particulière (MTQ, 2005). Effectivement, la province compte près de 8 000 000 d’habitants (Institut de la statistique du Québec, 2011) et possède une superficie de 1 667 441 km2 (Institut de la statistique du Québec, 2012). Selon le MTQ (2011), afin de combler ce vaste territoire, plus de 30 000 km de routes sont sous la gestion du ministère des Transports du Québec. De telles statistiques font en sorte que le ratio kilomètres de routes par habitant est l’un des plus élevés au monde (MTQ, 2005). De plus, la variabilité du climat québécois, passant d’un extrême (canicule, environ 35 °C) à un autre (vague de froid, environ -40 °C) (Climat Québec, 2012), complexifie la gestion des routes. C’est donc principalement pour ses raisons que le MTQ a décidé de mettre au point sa propre méthode de formulation. Le guide Enrobés – Formulation selon la méthode LC (MTQ, 2005) élabore tous les principes de cette méthode et c’est selon celle-ci que les essais en laboratoire lors de ce programme de recherche ont été réalisés.

La méthode LC a été normalisée en 1997 (Paradis, 2008). Les représentants du MTQ se sont d’abord basés sur ce qui faisait au nord des États-Unis avec la méthode Superpave. Par contre, afin de répondre aux exigences qu’ils s’étaient préalablement fixés, le Laboratoire des Chaussées a décidé de modifier cette méthode en la combinant avec la méthode de Formulation Française mise au point en 1991 (MTQ, 2005). Ces deux méthodes combinées, la méthode de formulation québécoise a vu le jour. Celle-ci impose des teneurs en bitume optimales en fixant le volume de bitume effectif (Vbe) dépendamment du type d’enrobé bitumineux (MTQ, 2005). En fait, la méthode LC a conservé les meilleurs éléments des deux méthodes. De la méthode de Formulation Française, le MTQ a retenu le concept des classes granulaires ainsi que l’utilisation d’appareil tel que l’orniéreur français, alors que de la méthode Superpave, il a retenu le système de classification des bitumes et les concepts volumétriques. Pour ce qui est de la formulation en laboratoire, tout comme ce qui se fait en France, elle se réalise sur deux niveaux. D’abord en optimisant l’aptitude au compactage de l’enrobé à l’aide de la presse à cisaillement giratoire suivi de la vérification de la performance à l’orniérage à l’aide de l’orniéreur français (MTQ, 2005). Cependant, au MTQ, des études sont en cours afin de développer un troisième niveau de formulation. Celui-ci consistera à la caractérisation des enrobés bitumineux selon les modules dynamiques, la résistance à la fatigue et la résistance au retrait thermique empêché.

PROGRAMME DE RECHERCHE ET MÉTHODE D’ESSAI

Le présent chapitre vise à présenter le programme expérimental et la méthodologie proposés en vue d’évaluer l’effet de l’incorporation de particules de bardeaux d’asphalte de postconsommation dans les enrobés bitumineux. La recherche réalisée fait partie intégrante d’une commandite de recherche sur les bardeaux de postconsommation mandaté par le Regroupement des Récupérateurs et des Recycleurs de Matériaux de Construction et de Démolition du Québec (3R MCDQ) et RECYC-QUÉBEC. Ce mandat consiste à vérifier s’il est envisageable d’incorporer des particules de bardeaux d’asphalte de postconsommation dans les enrobés bitumineux couramment utilisé au Québec par le ministère des Transports du Québec. Le projet est divisé en deux thèmes distincts : 1) étudier l’influence de la provenance du bardeau sur les performances de l’enrobé et 2) déterminer une formulation optimale d’un enrobé bitumineux incorporant des particules de bardeaux d’asphalte. Dans le cadre de ce mémoire, les recherches seront concentrées sur la mise en relief d’une formulation optimale pour un enrobé de surface de type ESG-10 et un enrobé de base de type GB-20 incorporant des particules de bardeaux d’asphalte de postconsommation. Les formulations ainsi établies serviront de point de départ pour répondre au premier thème de la commandite qui consiste à vérifier si la provenance du bardeau influence les performances de l’enrobé.

La revue de la littérature a montré que pour l’incorporation de particules de bardeaux d’asphalte de postfabrication, une réduction de la teneur en bitume d’ajout est acceptée. Comme nous l’avons souligné à la section 1.3.1, l’incorporation de particules de bardeaux d’asphalte de postfabrication varie suivant le type d’enrobé : 3 % pour les enrobés de surface contrairement à 5 % pour les enrobés de base. Dans le cas de l’incorporation de particules de bardeaux d’asphalte de postconsommation, les donneurs d’ouvrages sont mitigés à l’idée de permettre une réduction de la teneur en bitume d’ajout de l’enrobé (Les affaires.com, 2012), notamment en raison du vieillissement du bitume contenu dans les bardeaux de postconsommation. On se questionne quant au réel potentiel du bitume des particules de bardeaux d’asphalte de postconsommation à se « mobiliser » et à se « mélanger » avec le bitume d’ajout et ainsi permettre l’enrobage de tous les granulats composant l’enrobé. Pour les producteurs d’enrobé, le gain en bitume associé à l’usage des particules de bardeaux d’asphalte de postfabrication justifie et ajoute de l’intérêt de produire ce type d’enrobé étant donné que la quantité de bitume d’ajout se voit réduite entraînant une réduction significative du coût de production.

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Table des matières

INTRODUCTION
CHAPITRE 1 REVUE DE LA LITTÉRATURE
1.1 Introduction aux enrobés bitumineux
1.1.1 L’enrobé de surface de type ESG-10
1.1.2 L’enrobé de base de type GB-20
1.2 Les bardeaux d’asphalte
1.2.1 Les bardeaux d’asphalte de postfabrication
1.2.1.1 Composition des bardeaux; les granulats
1.2.1.2 Composition des bardeaux; les fibres
1.2.1.3 Composition des bardeaux; le bitume
1.2.2 Les bardeaux d’asphalte de postconsommation
1.2.2.1 État des bardeaux d’asphalte de postconsommation à la réception
1.3 Les enrobés bitumineux incorporant des particules de bardeaux d’asphalte au MTQ
1.3.1 Les enrobés bitumineux avec bardeaux d’asphalte de postfabrication
1.3.2 La mobilisation du bitume des bardeaux dans les enrobés bitumineux selon le MTQ
1.4 La méthode de formulation LC
CHAPITRE 2 PROGRAMME DE RECHERCHE ET MÉTHODE D’ESSAI
2.1 Programme de recherche
2.2 Présentation des différents essais réalisés
2.2.1 Essais de formulation
2.2.1.1 Détermination de la densité maximale
2.2.1.2 Détermination de l’aptitude au compactage à la presse à cisaillement giratoire (pcg)
2.2.2 Essais thermomécaniques
2.2.2.1 Mesure de la résistance à l’orniérage
2.2.2.2 Mesure du retrait thermique empêché
2.2.2.3 Mesure du module complexe
2.2.3 Essais de durabilité
2.2.3.1 Mesure de la tenue à l’eau
CHAPITRE 3 PRÉSENTATION DES ENROBÉS CONFECTIONNÉS, DESCRIPTION DES MATÉRIAUX UTILISÉS ET PRÉPARATION DES ÉPROUVETTES
3.1 Description des enrobés confectionnées
3.1.1 Enrobé de surface : ESG-10
3.1.1.1 Formulation des enrobés de surface étudiés
3.1.1.2 Caractéristiques des différents enrobés de surface
3.1.2 Enrobé de base : GB-20
3.1.2.1 Formulation des enrobés de base étudiés
3.1.2.2 Caractéristiques des différents enrobés de base
3.2 Matériaux utilisés
3.2.1 Bitume
3.2.2 Granulats
3.2.2.1 Provenance des granulats
3.2.3 Bardeaux d’asphalte de postconsommation
3.2.3.1 Granulométrie
3.2.3.2 Comparaison entre les particules de bardeaux et le granulat de calibre 0-5
3.3 Préparation en vue de réaliser les essais en laboratoire
3.3.1 Confection des enrobés en laboratoire
3.3.2 Fabrication des plaques et des éprouvettes
3.3.2.1 Éprouvettes pour déterminer la résistance à l’orniérage
3.3.2.2 Éprouvettes pour les essais de retrait thermique empêché et de module complexe
3.3.2.3 Éprouvettes pour la mesure de la tenue à l’eau
3.3.3 Caractéristiques physiques des éprouvettes
CHAPITRE 4 PRÉSENTATION DES RÉSULTATS
4.1 Essais de formulation
4.1.1 Densité maximale du mélange (dmm)
4.1.2 Presse à cisaillement giratoire (pcg)
4.1.2.1 Enrobé de surface : ESG-10
4.1.2.2 Enrobé de base : GB-20
4.2 Essais thermomécaniques
4.2.1 Orniérage
4.2.1.1 Enrobé de surface : ESG-10
4.2.1.2 Enrobé de base : GB-20
4.2.2 Retrait thermique empêché (TSRST)
4.2.2.1 Traitement des résultats des essais jugés non conformes.
4.2.2.2 Enrobé de surface : ESG-10
4.2.2.3 Enrobé de base : GB-20
4.2.3 Modules complexes
4.2.3.1 Enrobé de surface : ESG-10
4.2.3.2 Enrobé de base : GB-20
4.3 Essais de durabilité
4.3.1 Tenue à l’eau
4.3.1.1 Enrobé de surface : ESG-10
4.3.1.2 Enrobé de base : GB-20
CHAPITRE 5 ANALYSE DES RÉSULTATS
5.1 Essais de formulation
5.1.1 Densité maximale du mélange
5.1.1.1 Enrobé de surface : ESG-10
5.1.1.2 Enrobé de base : GB-20
5.1.2 Presse à cisaillement giratoire (pcg)
5.1.2.1 Enrobé de surface : ESG-10
5.1.2.2 Enrobé de base : GB-20
5.2 Essais thermomécaniques
5.2.1 Orniérage
5.2.1.1 Enrobé de surface : ESG-10
5.2.1.2 Enrobé de base : GB-20
5.2.2 Retrait thermique empêché
5.2.2.1 Enrobé de surface : ESG-10
5.2.2.2 Enrobé de base : GB-20
5.2.3 Modules complexes
5.2.3.1 Analyse selon le module vitreux (E∞)
5.2.3.2 Analyse des courbes maîtresses
5.2.3.3 Analyse selon la représentation de l’écart des modules complexes dans un domaine fréquentiel équivalent fe (fe = aT·fr)
5.3 Essais de durabilité
5.3.1 Tenue à l’eau
5.3.1.1 Enrobé de surface : ESG-10
5.3.1.2 Enrobé de base : GB-20
CONCLUSION

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