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

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

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Spécificités des matériaux à l’émulsion

• Choix du liant

– Bitume de grade différent en

fonction du trafic

– Apport éventuel de fluxant

– Formulation de l’émulsion (dont

émulsifiant) en fonction du type de

granulat utilisé (méthodes LPC 74 et 75)

– Elaboration des produits à froid

nécessite de l’eau

Séchage du mélange

évaporation

écoulements

gravitaires

Rupture de l’émulsion

[IFSTTAR]

JTR2014

Spécificités des matériaux à l’émulsion

Rigidité

Prise

Murissement

Performance

nominale

Rn

tn temps

Dégradation

tn td tn

R

tm

• Evolutivité des mélanges à l’émulsion

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Prise et murissement

[Source : SFERB]

Thèse Laure Boucard

(allocation IFSTTAR – Oct 2013)

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Prise et murissement

Rupture de l’émulsion induite par des phénomènes se

produisant à l’interface du liant / granulat

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]

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Prise et murissement

• Attaque acide sur la morphologie des granulats par MEB

Avant remontée de pH

Après remontée de pH

Gneiss Calcaire

Cavités

Diorite

Trous

Pas d’influence significative sur la morphologie

[thèse CIFRE CHARIER - L. Ziyani]

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Prise et murissement

• Interaction Emulsion (phase aqueuse) /granulat

0

1

2

3

4

5

6

7

8

1 10 100 1000Temps (min)

pH

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

[Ca2+

] (

mg/k

g g

ranula

t).

Gneiss Diorite Calcaire

Réactivité dépend de la minéralogie des granulats

[thèse CIFRE CHARIER - L. Ziyani] [IFSTTAR]

Méthode LPC nº77

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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

IRE

C

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]

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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 15 20 25

Durée de maturation (heures)

Force

(N)

Durée de maturation (h)

Prise et murissement

[INYNAS]

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Murissement et performances nominales

• Caractère évolutif des matériaux

à l’émulsion (y compris après

compactage)

• Choix d’indicateurs de suivi

– Rigidité du mélange granulaire

– Consistance du liant extrait

• Protocoles de mûrissement pour simuler cette évolution en

laboratoire (temps, température et hygrométrie) et sur des corps

d’épreuve différent (géométrie, …) soumis à des essais

mécaniques

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• 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

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• Evolution du module in situ par type d’essai de 10 à 30 mois

Teneur en vide : 12 à 14 %

Murissement et performances nominales

JTR2014

1E+04

1E+06

1E+08

0,01 0,1 1 10 100

|G*

| (P

a)

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

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• 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

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

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

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]

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• 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]

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 »

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Merci pour votre attention !

vincent.gaudefroy@ifsttar.fr

louisette.wendling@cerema.fr