Généralités Sur Le Fonctionnement Des Chaussées 2021 [PDF]

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ROYAUME DU MAROC MINISTERE DE L’EQUIPEMENT DU TRANSPORT DE LA LOGISTIQUE ET DE L’EAU

ECOLE HASSANIA DES TRAVAUX PUBLICS

Chaussées routières généralités fonctionnement matériaux, mise en œuvre Et techniques d’entretien 2021-2022

Document préparé par : Mohamed AFECHKAR -

Ingénieur Génie Civil Cycle spécial routier (université polytechnique de Madrid-Escuela de ingeniores, canales y puertos) EX Directeur des Routes EX Directeur du Centre National d’Etudes et de Recherches Routières Membre du Conseil de l’Association Mondiale de la Route Membre de la commission stratégique de l’Association Mondiale de la Route Président délégué DE L’AMPCR (Association Marocaine Permanente des congrès de la Route) Enseignant vacataire à l'EHTP Auditeur évaluateur auprès du Service marocain d’accréditation norme ISO/CEI17025:2017) (SEMAC) : (Enrobés hydrocarbonés, liants hydrocarbonés, géotechnique, granulats et béton) Expert judiciaire en Génie Civil (Cour d'appel de Rabat)

1. INTRODUCTION Avant d’aborder les questions spécifiques à la voirie et aux aménagements urbains , il est utile de rappeler le fonctionnement d’une chaussée sur le plan général. Ceci permet de souligner les règles fondamentales pour la concevoir et la dimensionner, mais aussi les spécifications requises pour les matériaux routiers. L’influence de ces règles fondamentales sur la durabilité de la chaussée, est primordiale.

2.

POURQUOI UNE STRUCTURE DE CHAUSSEE

De tout temps, on a eu besoin de circuler. Mais, les « routes » ne furent guère que des pistes plus ou moins sommaires permettant de joindre des villes, villages …, sans empiéter sur les prairies ou terres cultivées. La route ne différait alors pas tellement des surfaces qui la bordaient. Il est vrai qu’on circulait aisément sur des pistes bien nivelées quand les conditions climatiques étaient favorables, mais en période de pluie, les sols mouillés devenaient glissants ou se transformaient en bourbiers. On entreprit alors d’étaler, aux endroits les plus mauvais, des lits de pierres dont le mérite était d’être moins sensibles à l’eau. L’idée du matelas de pierres a duré de nombreux siècles. Elle s’est développée à l’époque des Romains pour donner naissance à la « chaussée romaine » : le dallage. Plus tard, la route empierrée « macadam » a fait son apparition et avec elle, les premières spécifications pour l’exécution d’une bonne route. Avec le développement des engins lourds au début du XXe siècle, les premiers problèmes ont surgi : • Apparition de nids de poule, • Poinçonnement du hérisson et effondrement de la chaussée aux premières pluies. La structure de la chaussée était donc mal adaptée. Une mutation s’imposait pour aboutir à une route moderne. Elle a été initiée par l’emploi des matériaux à granulométrie continue et de calibre déterminé et puis avec l’émergence des matériaux traités au ciment.

3. QUE SE PASSE-T-IL

LORSQU’UN VEHICULE SE DEPLACE SUR UN SOL ?

Le poids du véhicule est transmis au sol, sous forme de pressions, par l’intermédiaire des pneumatiques. D’une manière générale, les sols ne peuvent supporter sans dommage de telles pressions. Si le sol n’est pas assez porteur, le pneu comprime le sol et il se forme une ornière comme le montre le schéma ci après.

Formation d'une ornière sous l'effet d'une charge se déplaçant sur un sol

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Si le sol est porteur, il se passe deux choses imperceptibles mais qu’il faut bien comprendre (comme le montre le schéma ci après).  

Le sol s’affaisse sous le pneu. C’est la déformation totale : Wt. Lorsque la roue s’éloigne, le sol remonte mais pas totalement : il reste une déformation résiduelle : W r. La différence d = Wt - Wr s’appelle la « déflexion ».

Schéma de principe illustrant la déflexion d'un sol sous l'effet de passage d'une charge

 

La déflexion « d » est proportionnelle à la charge appliquée. Elle est pratiquement constante si l’on répète l’application de cette charge des milliers de fois. L’orniérage est la déformation résiduelle « W r » qui s’accroît au fur et à mesure des passages des véhicules et proportionnellement à leurs charges.

4. QUE SE PASSE-T-IL SI ON INTERPOSE NON LIEE ?

ENTRE LE SOL ET LA ROUE UNE COUCHE GRANULAIRE

Dans une couche granulaire non liée, les grains constitutifs restent indépendants les uns des autres. Ce sont donc des matériaux à module faible compris entre 100 et 500 MPa. Par conséquent, sous l’action d’une charge, cette couche travaille principalement en compression, c’est-à-dire qu’elle transmet au sol sous-jacent la totalité de la charge en la répartissant d’une façon non uniforme. La pression la plus importante se situe en dessous de la charge. Pour schématiser le phénomène, imaginons un empilement de pierres identiques, ou même de billes.

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Schéma de fonctionnement d'une chaussée constituée d'une couche non liée reposant sur le sol naturel

Considérons une charge p sur une bille. Celle-ci va transmettre p/2 à chacune des deux billes de la couche sous-jacente. Sur les trois billes de la 3e rangée, il y aura successivement : p/4 2 p/4 p/4 Sur les quatre billes de la 4e rangée, il y aura : p/8 3 p/8 3 p/8 p/8 et ainsi de suite. On voit qu’à la énième rangée, il y a une répartition en cloche qui correspond à un étalement de la charge p (). Mais, à l’interface couche granulaire - sol, on peut constater que la somme des charges réparties est égale à la charge p. Sous l’action d’une charge, une couche granulaire non liée travaille principalement en compression. La pression la plus élevée se situe à la verticale de la charge. Pour dimensionner une couche granulaire, c’est-à-dire définir son épaisseur, il faut que la pression verticale maximale transmise au sol sous-jacent soit inférieure à la portance du sol. Celle-ci est, en règle générale, appréciée par l’essai CBR (Californian Bearing Ratio). Sous l’effet de passages répétés de charges, la couche granulaire se comporte comme un sol :  

Elle a une déflexion, Elle a donc une déformation résiduelle qui augmente en fonction des passages répétés des charges et finit par provoquer de l’orniérage.

5. QUE SE PASSE-T-IL SI ON INTERPOSE ENTRE LE SOL ET LA ROUE UNE COUCHE GRANULAIRE TRAITEE AU CIMENT ? Considérons maintenant une couche granulaire traitée au ciment, donc liée, et reposant sur le sol. Si on applique une charge P à cette couche, la transmission de la charge au sol ne se fait pas de la même façon que dans le cas d’une couche granulaire non liée. L’existence des liaisons entre les grains et leur multiplicité modifient la transmission de la charge. La couche liée forme ainsi une dalle qui peut être très rigide, dont le module est constant et indépendant de la température et de la durée d’application de la charge. L’effet de répartition de la charge sur le sol support est alors très important. Les contraintes de compression qui sont transmises au sol sont, dans ce cas, relativement faibles. Mais, l’amortissement très élevé des contraintes verticales dues aux charges est compensé par l’apparition, au sein de la couche traitée, de contraintes de compression et surtout de traction à la partie inférieure comme le montre la figure ci dessous.

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Schéma de fonctionnement d'une chaussée constituée d'une couche traitée au ciment reposant sur le sol naturel

Seule cette contrainte de traction est prise en compte pour le dimensionnement. Sous l’action d’une charge, une couche traitée au ciment, donc liée, induit les phénomènes suivants :  

Répartition uniforme de la charge sur le sol support. Donc, contraintes de compression sur le sol relativement faibles. Apparition de deux types de contrainte au sein de la couche liée : o o

Une contrainte de compression dont la valeur est très inférieure à la résistance en compression du matériau. Une contrainte de traction par flexion, dont la valeur peut être élevée, qui se manifeste à la base de la couche traitée.

A chaque passage de la charge, la couche traitée travaille à la traction par flexion au niveau de la fibre inférieure ; si on répète l’opération un grand nombre de fois, cette couche se fatigue et finit par se fissurer même si les efforts engendrés ne dépassent pas, à chaque fois, la contrainte admissible du matériau. C’est ce qu’on appelle la fatigue sous efforts répétés. Le dimensionnement d’une couche traitée au ciment consiste à déterminer son épaisseur pour qu’elle ne se fissure pas sous l’effet des charges répétées. Il convient donc :  

Déterminer la contrainte à la traction de la couche traitée et s’assurer qu’elle est inférieure à la contrainte de traction admissible du matériau, Apprécier le comportement à la fatigue de la couche traitée.

6. QUE SE PASSE-T-IL SI ON INTERPOSE ENTRE LE SOL ET LA ROUE UNE DALLE EN BETON DE CIMENT ? Une dalle en béton se différencie en particulier d’une couche traitée par sa forte teneur en ciment. Son comportement, sous l’action d’une charge P, est comparable à celui d’une couche granulaire traitée au ciment mais dont les caractéristiques mécaniques seraient beaucoup plus élevées. Le dimensionnement consiste donc à calculer l’épaisseur de la dalle pour supporter, sans se fissurer ou se rompre, la répétition des charges pendant une durée donnée. Ceci consiste à :  

Déterminer la contrainte du béton à la traction par flexion et s’assurer qu’elle est inférieure à la contrainte de traction admissible du béton, Apprécier le comportement à la fatigue de la dalle.

7. QUE SE PASSE-T-IL SI ON INTERPOSE ENTRE LE SOLET LA ROUE UNE COUCHE GRANULAIRE TRAITEE AU BITUME ? Une couche granulaire traitée au bitume présente l’inconvénient d’avoir un module variable en fonction de la température et de la durée d’application de la charge. Alors qu’une couche traitée au ciment évolue comme une dalle en béton, une couche granulaire traitée au bitume présente, préalablement à la fissuration par fatigue, du fluage conduisant à des ornières provoquées par le passage répété des charges ; son comportement dépend beaucoup du climat et de la déformabilité des couches inférieures. M.AFECHKAR -

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8. DIFFERENTES COUCHES DE CHAUSSEES Les chaussées se présentent comme des structures multicouches mises en œuvre sur un ensemble appelé plateforme support de chaussée constituée du sol terrassé dit sol support, surmonté généralement d’une couche de forme. a) la couche de forme la couche de forme est une couche de transition entre le sol support et le corps de chaussée, elle a une double fonction :  pendant la phase des travaux, elle protège le sol support et elle établit une qualité de nivellement et permet la circulation des engins pour l’approvisionnement des matériaux et la construction des couches de chaussées ;  elle permet d’améliorer et de rendre plus homogène les caractéristiques dispersées des matériaux de remblai ou du terrain en place (portance, module,…). b) les couches d’assises l’assise de chaussée est généralement constituée de deux couches, la couche de fondation (GNF) surmontée de la couche de base. Ces couches en matériaux élaborés (le plus souvent liés pour les chaussées à trafic élevé) apportent à la chaussée la résistance mécanique aux charges verticales induites par le trafic. Elles répartissent les pressions sur la plate-forme support afin de maintenir les déformations à ce niveau dans des limites admissibles. Pour les chaussées à faible trafic, le rôle de la couche de fondation peut être assuré par un traitement du sol support. c) la couche de surface La couche de surface est constituée :  de la couche de roulement (Enrobé bitumineux (EB), revêtement superficiel(RS) , enrobé coulé à froid(ECF),….) qui est la couche supérieure de la structure de chaussée sur laquelle s’exercent directement les agressions conjuguées du trafic et du climat ;  d’une couche de liaison éventuellement entre les couches d’assises et la couche de roulement ( ralentissement de la remontée des fissures des couches d’assises traitées aux liants hydrauliques,…).

9. TYPES DE STRUCTURES DE CHAUSSEES a- Chaussées souples Ces structures de chaussées comportent une couverture bitumineuse (5 à 12 cm d’enrobés bitumineux), parfois réduit à un enduit superficiel en cas de trafic moyen à faible. L’épaisseur global de la chaussées est généralement compris entre 30cm et 60cm . Le réseau routier marocain est constitué dans sa majorité par ce type de structure. b- Chaussées semi-rigides Ces structures comportent une couche de surface bitumineuse sur une assise en matériaux traités aux liants hydrauliques (ciment, chaux,…) . c- Chaussées en béton de ciment Ces structures comportent une couche de béton de ciment de 15 à 40 cm d’épaisseur éventuellement recouverte d’une couche de roulement mince en matériaux bitumineux. La dalle de béton peut être continu avec un renforcement longitudinal par des armatures « béton armé continu » ou discontinue avec ou sans éléments de liaisons aux joints ( exemple de routes construites par ce type de structures : CT1063 province de Settat, CT1029 et 1213 région de Casa ).

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10.CONCLUSION Ce que nous avons analysé dans les paragraphes précédents, a permis de souligner la nécessité d’interposer, entre le véhicule et le sol, un écran qui aura pour but de répartir les charges sur une plus grande surface et de réduire ainsi les pressions transmises au sol jusqu’à une valeur admissible. La chaussée constitue cet écran. La diffusion des pressions diffère par sa nature et son intensité selon que l’on ait affaire à une couche granulaire non traitée, à une couche granulaire traitée (au ciment ou au bitume) ou à une dalle en béton de ciment. Toutefois, cette diffusion n’est obtenue qu’avec une épaisseur convenable de matériaux adéquats. Ces matériaux constituent la structure de la chaussée. A cet égard, nous pouvons dire qu’il existe deux modes de fonctionnement mécanique des chaussées : Les chaussées « souples » qui sont constituées d’un corps de chaussée en matériau non traité et en matériau traité au bitume. Celle-ci ne pouvant mobiliser que de faibles efforts assimilables à une flexion, la répartition des efforts verticaux sur le sol support est modérée. Le critère principal de dimensionnement d’une chaussée souple réside donc dans la limitation de la sollicitation du sol support de manière à éviter sa « plastification » qui se traduirait en surface par d’importantes déformations de la chaussée. Les chaussées « rigides » qui sont constituées d’un corps de chaussée en matériau traité au ciment ou en dalle béton de ciment. Ces matériaux présentent une forte rigidité, et peuvent par conséquent mobiliser des efforts notables de traction par flexion. La répartition des efforts au niveau du sol support conduit à une faible sollicitation de ce dernier. Le principal critère de dimensionnement d’une chaussée rigide réside dans la limitation des efforts de traction par flexion des matériaux sous l’effet de la répétition des charges.

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LES ASSISES DE CHAUSSEES EN GNT La rupture dans le cas des matériaux liés se fait par traction à la base contrairement à la couche de matériaux GNT pour lequel la rupture se fait par compression des matériaux ou plus exactement par une déformation de la couche entraînant une déformation permanente irréversible.

Les assises non traitées doivent présenter une certaine rigidité et une résistance adéquate aux déformations permanentes. La rigidité permet de réduire les contraintes sur le sol de fondation. La stabilité, quant à elle, permet de supporter, sans déformation excessive, les contraintes de cisaillement transmises à travers la couche de surface. * La rigidité d’un matériau est donnée par son module de Young E (ou encore module de rigidité). Les GNT n’ont pas à proprement parler de module propre celui-ci dépend du module de la couche support. En pratique le module E d’une couche en GNT vaut 3 à 4 fois celui de la couche support ou du sol de fondation. Stabilité des assises non traitées La stabilité est donnée par l’angle de frottement interne du matériau qui est intimement lié à : -



l’angularité (I.C) la granulométrie La propreté L’IP….

La granularité

La granularité est la distribution dimensionnelle des grains d’un granulat. On étudie la granularité en tamisant le matériau sur une série de tamis à maille carrée et on établit une courbe traduisant le pourcentage des passants en fonction des tamis correspondants . 

La propreté

On entend généralement par propreté l’absence dans le granulat d’éléments fins indésirables ; ce sont soit des fines plastiques liées à la pollution du gisement, soit des fines dues au concassage des roches . On doit distinguer deux aspects dans la notion de propreté : - la présence d’éléments fins( 1,58. 

L’angularité

L’angularité est mesurée par le pourcentage d’éléments concassés. Il existe deux notions essentielles : - l’indice de concassage qui est la proportion en poids d’éléments supérieurs à D du granulat élaboré, contenu dans le matériau d’origine soumis au concassage. Exemple : un granulat élaboré 0/20 aura un indice de concassage de 70%(IC=70%) si 70% du matériau d’origine a une dimension supérieure à 20mm. -

le rapport de concassage qui est le rapport entre la plus petite dimension du matériau soumis au premier concassage et la plus grande dimension du granulat obtenu.

Exemple : si une grave 0/20 est obtenue par concassage de la grave brute 20/D, le rapport de concassage est de 1. Si un granulat 0/10 est obtenue à partir du concassage de la grave brute 40/D, les rapport de concassage est égale à 4 et dans ce cas on dit que le concassage est pure.



La résistance au choc

Elle est mesurée par l’essai Los Angeles (ou par la fragmentation dynamique). L’essai consiste à mesurer la quantité d’éléments inférieurs à 1,6mm produite par le matériau soumis aux chocs de boulets normalisés dans la machine Los Angeles. Si M est la masse de matériaux soumis à l’essai et m la masse des inférieurs à 1,6mm produits au cours de l’essai, le coefficient Los Angeles (LA) est définit par 100m/M. 

La résistance à l’usure par frottement

Elle était traditionnellement mesurée par l’essai Deval, mais comme les résultats de cet essai sont assez dispersés, il a été remplacé par l’essai Micro Deval sous l’eau (MDE). L’essai consiste à mesurer l’usure des granulats par frottement entre eux en présence de billes normalisées. Instabilité des assises en GNT

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On sait que la faiblesse majeure des couches d’assises non traitées provient de leur manque de rigidité d’où la nécessité de : -

ne les utiliser que pour des trafics faibles à moyens ; les utiliser avec des épaisseurs fortes.

Les couches d’assises en graves non traitées se comportent comme des solides élastiques, ce comportements (dû au fait que la GNT est « en coffrée » dans la chaussée) n’est atteint en fait qu’à environ 1 m du bord de la chaussée. Dés que ce type de matériau est sollicité « plus qu’il ne faut » il sort de la zone des déformations réversibles et entre dans la zone des déformations permanentes  instabilité Instabilité est due à : a-Trafic Sous l’effet du trafic l’assise peut s’altérer par attrition (manque de dureté) et peut se déformer par manque de stabilité dû à une angularité insuffisante. b-Ségrégation La ségrégation accroît la probabilité d’apparition de dégradations de toutes natures. En effet dans la partie sableuse, la stabilité et la compacité seront insuffisantes par contre dans la partie où prédominent les gros éléments, le pourcentage des vides sera important d’où sensibilité à l’eau et compacité insuffisante. c-granularité Un défaut en fines peut entraîner une diminution de la cohésion. d-Propreté En présence d’eau la stabilité peut être compromise si les granulats ne sont pas propres. e- Nature des fines Ne doit pas être argileuses ou plutôt nocive .

f-Dureté La caractéristique essentielle pour garantir la permanence des qualités de l’assise g-Angularité La présence insuffisante d’arêtes vives ne va pas permettre une bonne interaction des matériaux entre eux et favorisera l’instabilité de l’assise h-Forme Un excès d’éléments plats ou allongés suit à la compacité et à la stabilité de la couche.

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i-Teneur en eau Comme on sait que les GNT obéissent aux règles du PROCTOR. Comme les courbes Proctor sont plates, une faible variation de la teneur en eau n’entraîne qu’une très faible variation de la densité sèche.

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LES LIANTS HYDROCARBONES

I/ Historique L’utilisation des liants hydrocarbonés dans le génie civil peut être remontée à la plus haute antiquité (3000 avant J.C). Les fouilles effectuées près de Bagdad (Tellasmer) ont permis de constater que les Sumiriens avaient utilisé un mastic de bitume, de fines et de pailles, pour :     

Le jointement des maçonneries de briques ou de pierres ; La réalisation de planchers intérieurs de 3 à 6 cm d’épaisseur ; Des enduits extérieurs de protection ; Des chemins piétonniers reliant les diverses parties des bâtiments ; La confection de chapes d’étanchéité dans les bains publics.

Dans les temps modernes , l’utilisation des liants hydrocarbonés date du début de XIIX siècle .

II. Définitions générales les liants hydrocarbonés sont des substances constituent essentiellement d’assemblage d’atomes de carbone et d’hydrogène et en faible quantité de soufre et d’oxygène ; qui au contact de particules solides (granulats) développent des forces d’adhésion et de cohésion qui assurent une certaine rigidité , des résistances à la déformation en traction, compression et cisaillement. les liants hydrocarbonés sont imperméables à l’eau et y sont insolubles. Ces produits ont des structures chimiques très complexes , ce sont des colloïdes : ils comprennent une phase continu et une phase dispersée. On distingue trois familles de liants hydrocarbonés : 1. les goudrons : des produits qui dérivent de la houille , c’est à dire qui proviennent du traitement industriel de certains charbons. La houille étant elle même issue de la transformation géologique (par pression et température) de dépôts constitués par des débris végétaux. Le goudron est une suspension de carbone dans une phase huileuse aromatique. 2. les bitumes : des produits qui dérivent du raffinage du pétrole brut. Le bitume : la phase continue est une huile visqueuse appelée maltènes. la phase dispersée dite asphaltènes est plus au moins mobile au sein des maltènes, elle est responsable de la couleur noire du bitume comme le carbone pour le goudron, et de ses propriétés mécaniques bien particulières.

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Huile aromatique

Particules de carbone

Goudron

résine maltène asphaltène

Bitume 3. l’asphalte : des matériaux naturels rigides constitués par une roche imprégnée d’hydrocarbures jusqu’à 20%. Ils sont extraits par abattage et transformés par concassage et broyage. L’asphalte est utilisé sous forme de poudre ou sous forme de mastic ( étanchéité, voirie, enrobés bitumineux peut apporter bitume et fines)

III. Propriétés physiques 1- Susceptibilité thermique Les liants hydrocarbonés sont très visqueux à la température ambiante mais leur consistance varie avec la température : - par temps froid ils deviennent plus rigide ; - par temps chaud ils se ramollissent ; - à haute température ils sont fluides et s’écoulent facilement. Suivant que leur consistance varie considérablement ou faiblement en fonction de la température , on dit qu’ils sont très ou peu susceptibles à la température. En construction routière on évitera d’utiliser des liants de haute susceptibilité pour que les propriétés mécaniques restent le plus constantes possible dans la gamme des variations des températures entre l’hiver et l’été. Notons que les corps noirs absorbent la chaleur, ce qui explique que la température d’un revêtement bitumineux peut être nettement plus élevée que celle de l’air ambiant. M.AFECHKAR -

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2- Adhésivité Quelles que soient les qualités d’un liant, si l’on veut pouvoir bénéficier des propriétés mécaniques, le liant en question doit tout d’abord adhérer de façon durable aux granulats auxquels il va être associé. Pour pouvoir parler de l’adhésivité il faut avoir le contact entre le liant et le granulat, ce qui suppose un bon mouillage (adhésivité active). Ce mouillage ne peut se produire que si la fluidité du liant est suffisante, c’est à dire que si sa consistance, donc sa viscosité deviennent très faible. En pratique ce mouillage est effectif quand la viscosité est suffisamment faible ce qui s’obtient par l’élévation de la température. Dans certains cas on peut recourir à d’autres moyens pour améliorer la fluidité (fluidification, fluxage, ,…). Le refroidissement après la mise en œuvre vient ensuite figer le liant déposé sur le granulat et il faut par la suite que ce film ne soit pas déplacé par l’eau, c’est à dire qu’il n’y a pas désenrobage par l’eau, ce qui demande une bonne adhésivité passive. Il faut noter que l’adhésivité d’un liant n’est pas une caractéristique spécifique de ce liant, mais ne peut s’évaluer que pour un couple liant-granulat donné. Cette notion très complexe fait intervenir entre autres : les compositions chimiques, les états de surface des granulats,…. Il convient toutefois de signaler l’existence de produits spécifiques pour améliorer cette adhésivité : les dopes , qui sont des produits tensio-actifs dont le but est non seulement l’abaissement de la tension interfaciale ce qui facilite le mouillage, mais aussi par leur effet chimique qui améliore l’adhésivité passive.

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OBTENTION DES DIFFERENTS LIANTS A USAGE ROUTIER

Huiles

Diluant (Kérosène) brai

Bitume

Bitume pur

Bitume fluidifié

Bitume fluxé

Goudron routier

+ polymère

Bitume modifié

Phase aqueuse + émulsifiant

émulsion

Turbine pour malaxage M.AFECHKAR -

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IV. Caractéristiques des bitumes purs par les essais conventionnels 1.Pénétrabilité La pénétrabilité est défini comme la profondeur d’enfoncement, exprimée en dixième de millimètres, d’une aiguille standard pendant 5 s sous une charge de 100 g dans un échantillon de bitume à 25°C. C’est une mesure de dureté qui sert de base à la classification des bitumes purs. Ces bitumes sont caractérisés par deux nombres qui représentent les limites inférieure et supérieure de la pénétrabilité à 25°C ( exemple 40/50, 80/100,10/20,….). La température a une grande influence sur la dureté des liants , il est très important de préciser la température à laquelle l’essai est réalisé. Pour mieux définir un bitume, on est d’ailleurs amené à effectuer quelquefois des essais à plusieurs températures ce qui permet de tracer une courbe de pénétrabilité en fonction de la température qui est très utile pour définir la susceptibilité thermique.

100g

H en 1/10mm = pénétrabilité 100g A 25 °C

avant

Après 5 s

Essai de pénétrabilité

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2. Point de ramollissement les bitumes ne sont pas des corps purs , ils n’ont pas de point de fusion franc. Ils ont une consistance qui décroît quand la température s’élève. On a fixé arbitrairement un repère de changement de consistance : c’est le Point de ramollissement appelé aussi température bille et anneau (TBA). L’essai consiste à placer deux billes d’acier respectivement dans deux anneaux, l’ensemble est placé dans un bain d’eau chauffé à température constante (5°C/min). Sous le poids de la bille et de la température le bitume flue et quand la poche de bitume ainsi crée touche le plateau inférieure du bêcher, on note la température atteinte qui caractérise le Point de ramollissement (TBA). Comme pour la pénétrabilité on donne pour chaque classe de bitume des limites inférieures et supérieure entre lesquelles doivent se situer les valeurs de TBA des bitumes routiers.

Bille

anneau

t° B.A

t+5°C

Après chauffage

avant

Essai bille anneau

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3. Spécifications selon CPC des travaux routiers CLASSES DESIGNATION

80/100

60/70

40/50

Point de ramollissement Bille et anneau en degré centigrade

41 à 51

43 à 56

47 à 60

Pénétrabilité à 25°C, 100 gr, 5 sec (en dixième de mm)

80 à 100

60 à 70

40 à 50

1,00 à 1,07

1,00

Perte de masse au chauffage (163° C pendant 5 heures) en %.

Inférieure à 2

Inférieure à 1

Inférieure à 1

Ductilité à 25 C (cm)

>100

>80

>60

Densité relative à 25° C (méthode au pycnomètre)

à

1,10

3 Ductilité La ductilité est mesurée par l’allongement , exprimée en cm, d’une éprouvette de bitume de forme normalisée que l’on étire à vitesse et à température normalisée.

VI . Bitumes modifiés 1.Objet de la modification Les performances des bitumes utilisés dans le domaine routier se trouvent parfois limités (trafic intense, climat, ….), pour les améliorer, l’une des voies consiste à ajouter des polymères et modifier ainsi, selon l’utilisation une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : a- la susceptibilité thermique la modification a généralement pour but de réduire cette susceptibilité en élargissant la plage séparant la fragilité à froid du ramollissement à chaud.

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°C ressuage , orniérage T° de ramollissement ramollissement

Plage des températures de service

T° de fragilité

rejets, fissures rupture

susceptibilité thermique

b- la cohésion elle peut être définie comme l’énergie nécessaire pour rompre un film de bitume, elle varie en fonction de la température. Le but de la modification est d’augmenter la cohésion et d’obtenir ainsi une consistance satisfaisante dans toutes les gammes de températures de service. c- L’élasticité Sous l’effet du trafic et des variations de la températures, les matériaux et les liants se déforment ; l’élasticité est l’aptitude à supporter cette déformation de façon réversible sans rompre. Le but de la modification est de l’améliorer et de la maintenir dans la gamme la plus large des températures d’utilisation. d- La résistance à la fatigue Sous l’effet du trafic les matériaux sont sollicités de façon répétée et consomment progressivement leur capital de résistance. La modification vise à augmenter ce capital surtout à basse température. 2.Processus de la modification Les polymères sont des composés macromoléculaires issus de la chimie organique. Ils sont incorporés aux bitumes purs, fluidifiés, fluxés, bitume-goudron ou bitume brai pour obtenir des bitumes modifiés. Les bitumes modifiés aux polymères ont acquis un regain d’intérêt, il y’a une quinzaine d’années dans les pays développés. En effet, leur introduction dans la technique routière a engendré des M.AFECHKAR -

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économies dans les budgets d’entretien car ces liants modifiés résistent mieux aux conditions sévères pour lesquelles les liants traditionnels semblent inadaptés. Après une première étape qui consiste à disperser le polymère dans le liant de base, la modification se poursuit par :  Une dissolution partielle ou totale du polymère ;  Un gonflement du polymère qui absorbent une fraction du liant de base ;  Une réaction chimique du polymère avec le liant de base généralement sous l’action d’un catalyseur (phénomène de greffage). Trois grandes familles de polymères sont utilisables : thermoplastiques, élastomères et élastomères thermoplastiques. La famille qui semble présenter beaucoup d’intérêt pour la modification du bitume est celle des élastomères thermoplastiques. Les deux catégories d’élastomères thermoplastiques les plus utilisés pour la modification des caractéristiques des bitumes sont les copolymères d’éthhylène et d’acétale de vinyle (E.V.A) et les copoLymères de Butadiène et de styrène (S.B.R s’il s’agit de copolymères statistiques réticules et S.B.S s’il s’agit de copolymères triséquencés) ou d’isoprène et de styrène (SIS). Cette dernière n’étant pas développée dans ce rapport (SIS). 2-a) Copolymères d’éthylène et d’acétate de vinyle ( EVA). Ils sont bien compatibles avec les bitumes. Ce sont des plastomères. L’acétate de vinyle apporte souplesse et adhésivité et l’éthylène améliore la susceptibilité thermique ils peuvent contenir un taux d’acétate de vinyle, variable de quelque pourcentage à 50% et plus. Leurs propriétés de compatibilité et leurs propriétés mécaniques intrinsèques (cohésion, élasticité,…) dépendent de ce taux. Si le pourcentage d’acétate de vinyle est faible, leurs caractéristiques s’approchent de celles de l’éthylène de basse densité. Dans le cas où ce taux est élevé, le polymère acquiert un caractère d’élastomères. Ces produits E.V.A ont une excellente résistance à la fatigue même à des températures très basses (-50°c). Si le dosage en acétate de vinyle est de 15 à 30%, les polymères E.V.A présentent de bonnes propriétés d’adhésivités. L’incorporation de certaines résines aux mélanges de bitume et de copolymères E.V.A en proportions convenables permet de rehausser la cohésion et l’élasticité à des niveaux supérieurs ( voir exemple sur figure suivantes). Cette figure permet de voir l’apport en élasticité et en résistances (courbe (4)) par incorporation de la résine dans un bitume E.V.A.

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2-b) Copolymères en butadiènes et styrènes. Ils sont les plus compatibles avec les bitumes et les plus répandus. Ce sont des caoutchoucs thermoplastiques ayant un caractère élastomère. On distingue deux catégories de ce type de polymère : Copolymères polystyrène-polybutadiène-réticulés (SBR) : Le polymère polystyrène polybutadiène S.B.R est une macromolécule disquencée (copolymère) a caractère élastomérique prononcé. Ce polymère est obtenu par association des polymères monoséquencés polystyrène et polybutadiène. (Partie (a) de la figure ci-après) d’où la partie SB du symbole. L’intérêt du copolymère est qu’il permet d’associer les propriétés de consistance (pôle polystyrène) et d’élasticité ( pôle polybutadiène) ( partie (b) de la figure ci-après). La réticulation du polymère c’est-à-dire le pontage entre les chaînes moléculaires donne lieu à une structure tridimensionnelle du réseau moléculaire. Ce type de structure permet de maintenir une mémoire élastique au cours d’un étirement aux basses températures. Ce caractère est maintenu indépendamment de temps de charge. La réticulation se fait par adjonction d’un agent chimique dans le mélange bitume polymère. Vous savez tous que les bitumes modifiés aux polymères ont acquis un regain d’intérêt, il y’a déjà quelques temps ( un vingtaine d’années). En effet, leur introduction dans la technique routière à d’une part engendré des économies dans les budgets d’entretien, car ces liants modifiés résistent mieux aux conditions sévères pour lesquelles les bitumes traditionnels paraissent inadaptés, et d’autre part ils ont permis aux entreprises d’élargir leurs gammes de techniques innovantes. En l’occurrence, ces bitumes modifiés sont conseillés pour les forts trafic, en ES ou en EB à cause principalement de leur coût élevé par rapport aux bitumes classiques. L’effet d’ajout de polymères aux bitumes réside dans la mOdification de leur comportement aux températures extrêmes atteintes dans la chaussée, augmentation et conservation d’une consistance suffisante aux hautes températures d’un part, et diminution de la fragilité à basse température d’autre part. En plus, les bitumes modifiés résistent mieux aux variations de températures. Ils ne s’oxydent ni ne vieillissent trop rapidement. L’ajout de polymères aux bitumes améliore leur comportement visco-élastique par augmentation de la réversibilité des déformations. C’est la diminution de leur susceptibilité thermique qui leur a conféré leur intérêt très particulier. Mais il est exigé de ces liants que leur susceptibilité thermique doit être forte aux températures de mise en œuvre.

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VII Les émulsions de bitumes 1. Définition Les émulsions de bitumes sont des dispersions intimes de deux produits insolubles l’un dans l’autre. Pour les émulsions de bitumes, la phase dispersée est constituée par le bitume et la phase dispersante est constituée par l’eau additionnée de divers produits ( acide ou base). Les globules de bitumes sont tapissées par un film protecteur d’émulsifiant. Les molécules d’émulsifiant ont une partie apolaire présentant une grande affinité pour le bitume ce qui leur permet de se piquer dans les globules de bitumes. La partie polaire émerge dans l’eau et crée en s’ionisant des charges électriques à la surface des particules de bitumes. Ces charges sont de même signes, elles forcent les particules de bitumes à se repousser par répulsion électrostatique et empêchent donc leur agglomération. 2. Formulation et domaine d’emploi Une émulsion est définie par :  La nature ionique : la polarité des globules de l’émulsion est déterminée par la nature de l’émulsifiant, on distingue : o les émulsions anioniques dans lesquelles les charges électriques sont négatives ; o les émulsions cationiques dans lesquelles les charges électriques sont positives ;  la teneur en liant : on peut fabriquer des émulsions de diverse teneurs en liant selon l’utilisation. Teneur en liant 55% 60% 65% 69% et plus

Utilisation Réparation, imprégnation, couches d’accrochage Réparation, fabrication d’enrobés à froid ou grave émulsion Grave émulsion, enduit superficiel,… Répandage pour enduit superficiel

 Mécanisme de rupture : il y’a rupture d’une émulsion lorsque la phase dispersée se sépare de la phase dispersante. La rupture est provoquée soit par évaporation de la phase dispersante, soir par adhésion des particules de bitume avec les granulats. Les émulsions anioniques rompent mieux avec les matériaux basiques tels que les calcaires. Les émulsions cationiques rompent mieux avec les matériaux basiques ou acides, c’est pour cette raison qu’elles sont les plus utilisées. La rupture peut être plus ou moins rapide et varie en fonction de plusieurs facteurs dont la formulation des émulsions comme le montre le tableau cidessus :

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Vitesse de rupture PH émulsion cationique

Viscosité du bitume de base

Les émulsions à rupture rapide sont utilisées pour les travaux de répandage et de pénétration, les émulsions à rupture lente sont utilisées pour les travaux d’enrobage et de stabilisation et pour les imprégnations. Récemment sont apparues sur le marché des émulsions à rupture contrôlée, donnant une maturation plus rapide et donc des performances améliorées du liant résiduel après rupture.  Viscosité de l’émulsion : la viscosité des émulsions est un facteur important que l’on peut faire varier en jouant sur plusieurs facteurs . elle est mesurée par le viscosimètre Engler. L’essai consiste à comparer le temps d’écoulement de l’émulsion, à travers un orifice calibré, au temps d’écoulement de la même quantité d’eau. Elle se mesure en degré Engler qui sont des rapports de temps Viscosité Viscosité de la phase dispersante

Teneur en bitume

Dimensions des particules de bitume

Les différents types d’émulsion figurant dans le CPC (cahiers de prescriptions communes) des travaux routiers sont : Emulsion à 65% Emulsion à 66% Emulsion à 69% Emulsion à 55%

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Usages

Enduit superficiel

Désignation

Teneur en eau en %

Pseudo Viscosité à 25°C (°E) Homogénéité % de particules supérieures à 0,63mm % de particules comprises entre 0,63 et 0,16. Stabilité au stockage % (°) Emulsion à stockage limité Emulsion stockage

Classe Métho de d’essai

R

apide

Emplois partiels

Semi-

Stabilisatio n

Enrobage

rapide

Lente

Surstabilisée

R.65

R.69

SR. 65

SR. 65

L. 65

SS. 55

RLE AC3T 965 RLE AC.6 à 1965

Inf. à 37

Inf. à 32

Inf. à 37

Inf. à 37

Inf. à 37

Inf. à 47

Sup.à 6

Supérieur à 15

Supérieur

à6

Sup. à 6

Supérieur à 15

Pr

……..

………………. Inférieur à

0,1………

……..

……………….

T. 66.016

……..

………………. Inférieur à

0,25…….

…….

……………….

Inf. à 5 -

Inf. à 5 Inf. à 5

Inf. à 5

Inf. à 5

SFERB Inf. à 5 -

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Inf. à 5

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VII Vieillissement des bitumes La durabilité et les performances des chaussées dépendent principalement des matériaux dont les caractéristiques ne sont pas constantes, mais évoluent avec le temps comme toutes autres substances organiques. Ils sont soumis à des changements notables dus aux conditions environnementales durant leurs différentes phases d’utilisation. Les bitumes sont soumis, en effet à des phénomènes de vieillissement qui entraînent des modifications de leurs paramètres mécaniques et rhéologiques et de leur structure chimique. Dans le but de prédire l’évolution de leurs propriétés, in situ, aussi précisément que possible, deux types de tests de vieillissement sont exploités par les professionnels : 1. RTFOT (Rolling Thin Film Oven Test) dans lequel la haute température à laquelle est soumis l’échantillon, reproduit le processus d’oxydation à court terme avec une perte des éléments volatils comme cela est observé dans les phases initiales d’enrobage,

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Etuve RTFOT Cet essai est employé pour caractériser le vieillissement des bitumes à l’enrobage. En effet, lors de la fabrication d’un enrobé, les granulats chauffés aux environs de 160°C sont mis en contact avec le bitume chaud qui se répartit en film mince autour des granulats, cette opération induit un vieillissement du liant.

 le PAV (Pressure Ageing Vessel) qui simule alors le vieillissement à long terme englobant différents facteurs comme la nature du bitume, les conditions climatiques, la pollution (due à l’ozone créée par le trafic routier et les industries), les rayonnements UV …

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Cet essai est employé pour caractériser le vieillissement in situ. Le résidu de l’essai RTFOT est chauffé et versé dans des plateaux métalliques qui constituent les éprouvettes de l’essai PAV. Ces plateaux sont rangés dans un rack qui sera placé dans un récipient dans l’enceinte thermique. A la température de l’essai une pression d’air est appliquée dans le récipient. Après une durée de vingt heures, la pression est diminue lentement (8 à 10 min). Les plateaux d’éprouvettes sont placés ensuite dans un four à 163°C pendant 30min. on mesure ensuite les propriétés habituelles du liant : pénétrabilité et température de ramollissement bille et anneau. Ces valeurs, dites après PAV, sont alors comparées aux valeurs initiales et aux valeurs obtenues après RTFOT.

Cependant la combinaison de ces deux tests (RTFOT + PAV) ne représente pas toujours la réalité d’une étude sur site (en comparaison avec un carottage) parce qu’elle simule un ensemble de phénomènes uniquement par voie thermique.

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LES BETONS BITUMINEUX 1. DES GÉNÉRALITÉS 1.1 L'enrobé Un enrobé bitumineux est un mélange uniforme de granulats enrobés de bitume. Pour sécher les granulats et fluidifier suffisamment le bitume en vue de s’assurer d’obtenir un mélange homogène et maniable, les granulats et le bitume doivent être chauffés avant enrobage, d’où l’expression «enrobé à chaud ». Les granulats et le bitume sont enrobés à l’aide d’un poste d’enrobage qui peut être du type « tambour-sécheurmalaxeur ». Dans les deux cas, les composants sont amenés à la température appropriée et mélangés dans des proportions bien définies pour constituer un enrobé. Lorsque le processus d’enrobage est terminé, l’enrobé est transporté au chantier pour être mis en place uniformément à l’aide d’un finisseur. Par la suite, l’enrobé, ayant toujours une température suffisamment élevée, est compacté pour constituer une surface appelée « revêtement bitumineux ». 1.2 Les types d’enrobés bitumineux Il existe plusieurs types d’enrobés, qui varient selon la granularité, la classe de bitume Et la proportion granulats bitume. Chaque type d’enrobé a un usage précis. • les graves bitumes : elles sont utilisées en couche de base en une ou plusieurs couches, de dimension de grosseur nominale maximale de 20 à 28 mm d’une teneur en bitume faible (de 3,5 à 4,5 p. 100 ), sur des épaisseurs variant de 80 à 150 mm ; • les enrobés de liaison : ils sont utilisés entre deux couches , de dimension de grosseur nominale maximale jusqu’à 14 mm et d’une teneur en bitume variant de 4 à 5,2 p. 100, sur une épaisseur approximative de 60 mm ; • les enrobés de surface : utilisés en couche de roulement, ceux-ci comprennent : les enrobés imperméables (chapes)1 , denses, semi grenus, grenus et drainants. Ces types d’enrobés sont subdivisés selon les épaisseurs utilisées, la circulation dont ils font l’objet et les constituants employés. La dimension de grosseur nominale maximale de ces enrobés varie de 5 à 14 mm. 1.3 Les propriétés essentielles des enrobés Les enrobés doivent être en mesure de subir l’accroissement de l’intensité du trafic tout en résistant aux intempéries (froid, chaleur, pluie, ….) . Les enrobés doivent donc : • supporter les charges dues au trafic lourd ; • être confortables et sécuritaires ; • protéger les diverses couches de la chaussée contre les charges et les agents atmosphériques. Les propriétés mécaniques essentielles des enrobés seront alors : • la résistance à l’orniérage ; • la résistance à la fissuration par fatigue ; • la résistance à la fissuration par retrait thermique ; • la résistance à l’eau (désenrobage) ; • la résistance au vieillissement (oxydation) ; M.AFECHKAR -

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• la résistance à la perte de granulats (arrachement) ; • le fait de posséder une surface adhérente (macrorugosité et microrugosité). Ces propriétés sont parfois incompatibles et, de plus, elles ne doivent pas avoir de répercussions négatives sur la maniabilité au moment de la mise en place. Plus précisément, les enrobés doivent, dans les limites des spécifications du contrat, avoir un bon rapport qualité-prix et des qualités de granulats et de bitume qui permettent de fabriquer un enrobé ayant :   

  

suffisamment de bitume pour assurer une bonne durabilité du revêtement ; suffisamment de stabilité pour résister à la déformation causée par les charges lourdes ; suffisamment de vides pour qu’il puisse absorber, lorsqu’il est compacté par les charges lourdes, l’expansion du bitume due aux variations de la température tout en résistant au fluage, au ressuage et à la perte de stabilité ; une limite maximale de vides pour être imperméable et empêcher la rétention d’eau dans le revêtement ; suffisamment de maniabilité pour faciliter sa mise en place sans ségrégation et sans sacrifier la stabilité et la performance ; pour les enrobés de surface, des propriétés du squelette granulaire (granularité et caractéristiques des granulats) assurant une surface sécuritaire sous toutes les températures. 1.4 Représentation volumétrique d’un enrobé

Les définitions suivantes concernant les vides intergranulaires (VAM) , le volume de bitume effectif (Vbe), les vides interstitiels dans l’enrobé (Vi) et les vides comblés par le bitume (VCB) sont à retenir: 

les vides intergranulaires (VAM) : volume occupé par l’espace entre les granulats dans un enrobé compacté, incluant les vides interstitiels dans l’enrobé (Vi) et le volume de bitume effectif (Vbe), exprimé en pourcentage par rapport au volume brut de l’enrobé compacté (Vmb) ;



le volume de bitume effectif (Vbe) : volume total du bitume (Vb) dans l’enrobé moins le volume de bitume absorbé par les granulats (Vba) exprimé en pourcentage par rapport au volume de l’enrobé sans vides interstitiels (Vmm);



les vides interstitiels dans l’enrobé (Vi) : volume total occupé par l’air emprisonné entre les granulats enrobés dans un enrobé compacté exprimé en pourcentage du volume brut de l’enrobé compacté (Vmb);



les vides comblés par le bitume (VCB) : volume des vides intergranulaires (VAM) occupé par le volume de bitume effectif (Vbe) exprimé en pourcentage du volume des vides intergranulaires (VAM) .

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Air Vi

VAM

Bitume

Vbe

Bitume absorbé

Vba

Granulat

Vb

Vmm

Vmb

Vgb Vge

Représentation volumétrique d’un enrobé compacté         

VAM : volume des vides entre les grains du granulat de l’enrobé compacté Vmb : Volume brut de l’enrobé compacté ; Vmm : Volume de l’enrobé sans vides interstitiels ; Vbe : Volume de bitume effectif (correspond au VCB en fait de volume) ; Vi : Volume des vides interstitiels ; Vb : Volume total de bitume ; Vba : Volume de bitume absorbé ; Vgb : Volume brut du granulat ; Vge : Volume effectif du granulat.

1.5 Les principes fondamentaux régissant les propriétés des enrobés Les principes fondamentaux régissant les propriétés des enrobés ont été obtenus à partir de divers essais mécaniques et doivent êtres respectés pour assurer une bonne performance des revêtements bitumineux. Nous discuterons de ces principes au regard de la formulation des enrobés. La résistance à l’orniérage des enrobés subit directement l’influence de l’angularité des granulats, de la proportion pierre et sable dans l’enrobé, des vides dans l’enrobé et dans une moindre mesure de la qualité de liant utilisé. La résistance à l’orniérage sera élevée si : • l’angularité des granulats est forte (usage de sable concassé, gros granulats concassés) ; M.AFECHKAR -

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• la fraction sable (inférieur à 5 mm) est faible ; • les vides interstitiels (Vi) dans l’enrobé sont élevés et les vides comblés par le bitume (VCB) sont faibles ; • le liant possède une consistance élevée et une susceptibilité thermique faible. La résistance à la fissuration de fatigue, la résistance à la fissuration thermique, la résistance à l’eau et la résistance à l’arrachement sont favorisées par :   

des teneurs en bitume élevées associées à des vides comblés par le bitume (VCB) élevés et à des teneurs en vides interstitiels (Vi) faibles dans l’enrobé. La qualité du bitume joue également un grand rôle, une susceptibilité thermique faible assurant une bonne résistance à la fissuration de l’enrobé, outre qu’elle augmente la résistance à l’eau et à l’arrachement.

La résistance à la fissuration de fatigue sera élevée si : • le volume de bitume effectif (Vbe) est élevé ; • le bitume possède une susceptibilité thermique faible; • les vides comblés par le bitume (VCB) sont élevés ; • la teneur en vides interstitiels (Vi) dans l’enrobé est faible. La résistance à la fissuration thermique sera élevée si : • le volume de bitume effectif (Vbe) est élevé ; • le bitume possède une consistance faible et une susceptibilité thermique faible; • les vides comblés par le bitume (VCB) sont élevés ; • la teneur en vides interstitiels (Vi) dans l’enrobé est faible. La résistance au désenrobage et à l’arrachement sera plus élevée si : • le volume de bitume effectif (Vbe) est élevé ; • le bitume possède une susceptibilité thermique faible; • les vides comblés par le bitume (VCB) sont élevés ; • la teneur en vides interstitiels (Vi) dans l’enrobé est faible. NB : L’expression « vides comblés par le bitume » désigne en fait les vides intergranulaires (VAM) comblés par le bitume (VCB). 1.6 L’équilibre entre la résistance à l’orniérage et la résistance à la fissuration L’équilibre entre la résistance à l’orniérage et la résistance à la fissuration des enrobés est difficile à obtenir. Les quatre paramètres suivants régissent la performance globale des enrobés : • la quantité de pierre dans l’enrobé (retenue au tamis de 5 mm) ; • la susceptibilité thermique du bitume ; • la teneur en vides interstitiels (Vi) dans l’enrobé et la teneur en vides comblés par le bitume (VCB) ; • l’angularité des granulats. Il est reconnu que les enrobés à squelette de pierre tels les enrobés drainants et SMA (Stone Matrix Asphalt) résistent très bien à l’orniérage en raison de la forte proportion de pierre, à la condition que les règles de la formulation aient été respectées.

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Les liants de susceptibilité thermique faibles favoriseront une bonne résistance à la fissuration thermique et de fatigue ainsi qu’une meilleure résistance à l’eau et à l’arrachement et ils augmenteront la résistance à l’orniérage. En général, les bitumes modifiés au polymère sont les plus intéressants pour conserver leurs propriétés à haute température tout en maintenant une consistance faible à basse température. Une bonne résistance à l’orniérage des enrobés exige la combinaison d’une teneur en vides interstitiels (Vi) élevée et de vides comblés par le bitume (VCB) faibles. Par contre, la résistance à la fissuration sera favorisée par des vides interstitiels (Vi) faibles dans l’enrobé associés à des vides comblés par le bitume (VCB) élevés. Les enrobés drainants (forte proportion de pierre et teneur en vides élevée) sont très résistants à l’orniérage mais fort peu à la fissuration thermique et à la fissuration de fatigue. Par conséquent, pour une formulation incorrecte d’un enrobé, des vides interstitiels (Vi) faibles dans l’enrobé favoriseront la résistance à la fissuration au détriment de la résistance à l’orniérage, tandis que des vides interstitiels (Vi) élevés aideront à la résistance à l’orniérage au détriment de la résistance à la fissuration. Pour obtenir une bonne performance globale d’un enrobé, il faudra donc avoir un squelette minéral qui favorisera la résistance à l’orniérage, soit une angularité des granulats élevée et un pourcentage de pierre optimal combinés pour arriver à un enrobé ayant une teneur en bitume élevée, tout en ayant des vides moyens en vue d’assurer un équilibre entre la résistance à la fissuration et à l’orniérage. De plus, la teneur en bitume ne doit pas conduire à un seuil de bitume trop élevé pour assurer une surface de contact pneus chaussée sécuritaire. N’oublions pas non plus que l’enrobé doit posséder une maniabilité adéquate pour s’assurer que sa mise en place soit possible et conduise à un revêtement sans ségrégation et avec un uni respectant les critères escomptés.

2.ESSAIS SUR LES ENROBES BITUMINEUX Rappelons tout d’abord que les mélanges hydrocarbonés à chaud les plus utilisés au Maroc sont :  Les graves bitumes destinés pour la couche de base,  Les enrobés bitumineux destinés pour la couche de roulement. En général, ces mélanges hydrocarbonés doivent assurer, une mis en œuvre, les fonctions suivantes :  Une bonne étanchéité,  Un bon uni,  Une bonne résistance au fluage sous l’effet du trafic,  Une bonne résistance à la fatigue,  Une bonne rugosité. On peut constater que les trois premières fonctions sont tributaires à une bonne compacité en place du mélange hydrocarboné. Cette propriété est un critère important qui convient d’étudier avant toute mise en œuvre de ces produits. En fait, il existe deux types d’Etude de compactage des mélanges hydrocarbonés : 2.1 Essai MARSHAL : Cet essai consiste à compacter des éprouvettes d’enrobé dans un moule cylindrique de 10cm de diamètre à l’aide de chocs produits par la chute d’une dame de poids et de hauteur normalisés. Sur les éprouvettes ainsi confectionnées on détermine entre autres : o La stabilité Marshall : c’est la résistance à l’écrasement diamétral à 60°c, M.AFECHKAR -

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o

la compacité : le pourcentage des vides de l’éprouvette fabriquée, cette compacité peut être prise comme compacité de référence pour le chantier.

2.2 Essai DURIEZ : Cet essai consiste à soumettre des éprouvettes cylindriques normalisés à une compression statique pendant un temps donné, les éprouvettes ainsi fabriquées sont conservés sept jours à l’air et l’eau (à 18°C) puis ces éprouvettes sont écrasées à la compression simple pour déterminer : o La résistance des éprouvettes conservés dans l’air : R o La résistance des éprouvettes conservés dans l’eau : r Le rapport r/R appelé rapport d’immersion/compression traduit en quelque sorte la tenue à l’eau de l’enrobé. on mesure également la compacité des éprouvettes LCPC qui est très souvent prise comme compacité de référence pour le chantier.

2.3 ESSAI A LA PRESSE A CISAILLEMENT GIRATOIRE Nous avons vu précédemment que les essais Marshall (compactage par chocs ) et LCPC(Duriez) (compactage par compression statique) peuvent donner des compacités Marshall ou LCPC mais cette valeur de compacité dépend de la formule testée et non pas de l’épaisseur de la couche. Pour un enrobé 0/14 dont la compacité LCPC de référence est par exemple de 93% peut conduire à une compacité in situ de l’ordre de 94% s’il est compacté en 7 ou 8cm d’épaisseur. Mais si ce même enrobé est répandu en 4cm d’épaisseur, il sera très difficile d’obtenir la compacité de référence. Depuis une vingtaine d’années, il existe un appareil de laboratoire qui permet d’estimer un peu mieux la « la compactabilité » d’un enrobé et de prévoir la compacité in situ que l’on peut espérer obtenir sur chantier compte tenu de l’épaisseur de la couche. Il s’agit de la presse de cisaillement giratoire(PCG), l’enrobé est compacté sous une forme de « pétrissage » rappelant un peu le pétrissage des compacteurs à pneus sur le chantier. 2.3.1 Principe de l’essai Le compactage est obtenu par pétrissage sous une faible compression statique d’un cylindre de mélange hydrocarboné contenu dans un moule limité par des pastilles et maintenu à une température constante pendant toute la durée de l’essai. Le pétrissage est provoqué par le mouvement de l’axe de l’éprouvette qui engendre une surface conique de révolution de sommet O et d’angle au sommet 2 pendant que les extrémités de l’éprouvette restent perpendiculaires à l’axe de la surface conique à tout moment (voir figure 1). L’angle  est maintenu constant (1°1’) pendant toute la durée de l’essai. Au cours de l’essai, la section et la masse de l’éprouvette restent constantes, sa hauteur diminue continuellement. L’enregistrement de cette dernière permet d’établir l’évolution du pourcentage de vides du matériau, en fonction du nombre de girations.

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2.3.2 Exploitation de la PCG Les hauteurs hi(ng) de l’éprouvette exprimés en millimètres sont mesurées à 0,2mm, cette mesure est réalisée au minimum pour les nombres de girations suivants : 5-10-15-20-25-30-40-50-60-80-100 et éventuellement pour 120150-200-250-300-400-500 girations. On calcule les hauteurs moyens h(ng), éventuellement les coefficients de variation des hauteurs CV(ng) et les pourcentages de vides moyens v% en fonction du nombre de girations.

V% = 100 h(ng) - hmin / h(ng)

Puis, sur un graphique logarithmique en abscisse linéaire en ordonnée on représente le pourcentage de vides en fonction du nombre de girations.

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Etude de formulation des Enrobés bitumineux → Objectif d’une étude de formulation =  définir les dosages des divers constituants capables d’atteindre et d’assurer, au cours de la vie de l’ouvrage réalisé, la maintien à un niveau satisfaisant des propriétés d’usage.  Déterminer les caractéristiques de laboratoire du mélange étudié  Servir de base au dimensionnement d’une chaussée

Méthode d’une étude de formulation

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TENEUR EN LIANT :

NORME FRANCAISE

NOUVELLE NORME EUROPEENNE

Relation entre tl et TL=

► Module de Richesse: K Notion importante qui caractérise l’épaisseur moyenne du film de liant hydrocarboné (bitume) qui enrobe les granulats K = f( % liant; Surface Spécifique des Granulats; masse volumique des granulats)

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Compacité Caractéristique la plus importante d’un Enrobé Bitumineux

Compacité Caractéristique la plus importante d’un Enrobé Bitumineux

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Exemple de formule d’un enrobé : dosé à 5% de bitume (densité 1,03T/m3) 40% 0/2 (2,75T/m3) 15% 2/6 (2,73T/m3) 45% 6/10 (2,70T/m3) Une carotte de cet enrobé, prélevé sur chaussée, pèse 2 349g pour un volume de 1 010 cm3

Calculer : MVR MVA Compacité % vides

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2 grands types de Courbes Granulométriques : → Courbes CONTINUES (toutes les fractions) → Courbes DISCONTINUES (sans la fraction intermédiaire) Utilisés pour la rugosité de couche de roulement

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→ Augmenter la teneur en Bitume pour améliorer la tenue en fatigue -6

→ GB classe 2 Bitume 35/50 TL ≥3,8

K ≥2,5

E ≥9000 MPA

ε6 ≥80.10

→ GB classe 3 Bitume 35/50 TL ≥4,2

K ≥2,8

E ≥ 9000 MPA

ε6 ≥90.10

→ GB classe 4 Bitume 35/50 TL ≥4,4

K ≥2,9

E ≥ 11000 MPA

ε6 ≥100.10

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LES ENROBES BITUMINEUX A CHAUD Adhérence pour couche de roulement

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