Point sur la caractérisation des Graves-émulsion Comportement en relation avec les propriétés du liant

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JTR2014 - Février 2014
Vincent GAUDEFROY, IFSTTAR - Département Matériaux
Louisette WENDLING, CEREMA - Division Laboratoire d’Autun

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Point sur la caractérisation des Graves-émulsion Comportement en relation avec les propriétés du liant

  1. 1. 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
  2. 2. JTR2014 • A froid et à l’émulsion – Pas de chauffage – Granulats, Bitume, Vides – Eau provient de l’émulsion et de l’eau ajout Spécificités des matériaux à l’émulsion Bitume Phase aqueuse [IFSTTAR] 15 µm Emulsion de bitume cationique Gouttes de bitume
  3. 3. JTR2014 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) – Elaboration des produits à froid nécessite de l’eau Séchage du mélange évaporation écoulements gravitaires Rupture de l’émulsion [IFSTTAR]
  4. 4. JTR2014 Spécificités des matériaux à l’émulsion Rigidité Prise Murissement Performance nominale Rn tn temps Dégradation tn tdtn R tm • Evolutivité des mélanges à l’émulsion
  5. 5. JTR2014 Prise et murissement [Source : SFERB] Thèse Laure Boucard (allocation IFSTTAR – Oct 2013)
  6. 6. JTR2014 Prise et murissement Rupture de l’émulsion induite par des phénomènes se produisant à l’interface du liant / granulat Interaction émulsifiant/substrat Réaction chimique entre l’acide de l’émulsion et le substrat H+ Ca2+, Na+, K+, Mg2+,… granulat Implications sur le liant et l’interaction liant / granulat [thèse CIFRE CHARIER - L. Ziyani]
  7. 7. JTR2014 Prise et murissement • Attaque acide sur la morphologie des granulats par MEB Avant remontée de pH Après remontée de pH Gneiss Calcaire Cavité s Diorite Trous Pas d’influence significative sur la morphologie [thèse CIFRE CHARIER - L. Ziyani]
  8. 8. JTR2014 Prise et murissement • Interaction Emulsion (phase aqueuse) /granulat 0 1 2 3 4 5 6 7 8 1 10 100 1000 Temps (min) pH 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 [Ca2+](mg/kggranulat). Gneiss Diorite Calcaire Réactivité dépend de la minéralogie des granulats [thèse CIFRE CHARIER - L. Ziyani] [IFSTTAR] Méthode LPC nº77
  9. 9. JTR2014 Prise et murissement • Qualification de la rupture de l’émulsion par IREC modifié 0 20 40 60 80 100 120 140 160 Gneiss Diorite Calcaire IREC E1 E2 E3 Surface spécifique entre 0,2 et 0,3 m²/g Conséquence sur la cohésion du mélange et la maniabilité [thèse CIFRE CHARIER - L. Ziyani] [IFSTTAR] [IFSTTAR]
  10. 10. JTR2014 Cohésion / Maniabilité (mélange non compacté) • Méthode LPC nº76 - essai de maniabilité - mesure de couple • Méthode de maniabilité en cours de normalisation (prNF P 98-258-1) 50 100 150 200 250 300 350 0 5 10 Duréedemat Force(N) Durée de maturation (h) Prise et murissement [INYNAS]
  11. 11. JTR2014 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
  12. 12. JTR2014 • 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 Murissement et performances nominales
  13. 13. JTR2014 • Evolution du module in situ par type d’essai de 10 à 30 mois Teneur en vide : 12 à 14 % Murissement et performances nominales
  14. 14. JTR2014 1E+04 1E+06 1E+08 0,01 0,1 1 10 100 |G*|(Pa) Feq (Hz) BITUME pur (B1) Chantier "GE fraiche" (B4) Chantier 10 mois (B13) Chantier 16 mois (B14) Chantier 21 mois (B18) Murissement et performances nominales Rigidification du liant (consistance : pene-TBA et rhéologie : G*) • Evolution des caractéristiques du liant extrait Temps de murissement Temps de murissement
  15. 15. JTR2014 • Comparaison chantier - laboratoire (14 jours 35ºC 20 % HR) Teneur en vide : 12 à 14 % sur chantier et 16 à 20 % en laboratoire Murissement et performances nominales Murissement en laboratoire 14 jrs à 35ºC 20% HR insuffisant
  16. 16. JTR2014 46,5 48,5 50,5 52,5 54,5 56,5 58,5 60,5 10 100 TBA(°C) Log Pene (1/10 mm) 468j 685j 866j 1012j 313j 468j 685j 866j 30 40 50 60 70 28 j 14 j 7 j 3 j 20 Chantier Laboratoire Mise en oeuvre 90 j Murissement et performances nominales Etat de vieillissement minimisé en laboratoire : Etude à poursuivre ! • Evolution des caractéristiques du liant extrait Temps de murissement
  17. 17. JTR2014 • 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 Dégradation – Fin de vie
  18. 18. JTR2014 • Chantiers RD 44 (e6  45.10-6) et RD 20 (ci-dessous) • 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) Dégradation – Fin de vie [USIRF]
  19. 19. JTR2014 • 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 • Poursuivre les évaluations sur sites • Chantier fusible sous fort trafic souhaité Dégradation – Fin de vie [USIRF] [IFSTTAR]
  20. 20. JTR2014 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 »
  21. 21. JTR2014 Merci pour votre attention ! vincent.gaudefroy@ifsttar.fr louisette.wendling@cerema.fr

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