Sélection des bitumes selon l`usage et la zone

Tr an sp o r t s
Québec
Direction du
Laboratoire des chaussées
Sélection des bitumes selon
l’usage et la zone climatique
10e Journée du bitume
et premier congrès annuel
(23 mars 2005)
Gaétan Leclerc, M. Sc., chimiste
DLC
Secteur Liants hydrocarbonés et chimie
Š 1995 :
„
„
„
Historique
Nouveaux enrobés Marshall (4201) et PCG (4202)
Majoration des teneurs en bitume (0,2 à 0,3 %)
Essais à l’orniéreur
Š 1996 :
„
Classification des bitume selon des essais rhéologiques
aux températures de service (PG H-L)
Š 1997:
„
Tableaux de recommandations
z Choix des composants (construction neuve et
reconstruction; resurfaçage; enrobés spéciaux)
z Critères de sélection des enrobés
z Facteurs d’influence de la performance des enrobés
Š 1999 :
„
Historique …
Modification dans l’évaluation de la température minimale
à la surface de l’enrobé (LTPPBIND V2.1)
Š 2001 :
„
„
„
L’usage du PG 52-34 n’est plus recommandé
Majoration des épaisseurs des enrobés
Normalisation du PG 64-28 et du PG 70-28 (MTQ 4101)
Š 2002 :
„
Introduction d’une méthode pour évaluer l’affinité d’un
bitume à source granulaire donnée (LC 25-009)
Š 2004:
„
Révision des tableaux de recommandations sur le choix
des composants
Principaux changements proposés
dans le rapport de la DLC
Š
Š
Š
Š
Š
PG 64-28 et PG 70-28 recommandés en zone 1
Modifications des zones climatiques
Discrimination du PG en fonction des couches
ECAS
Caractéristiques des granulats
Normalisation du PG 64-28
Š PG 58-28 trop mou (ACRGTQ)
„
„
Fluage
Arrachement
Š Qualités du bitume recherché
„
„
„
„
Pas cher (pas d’exigence de retour élastique)
Pénétrabilité inférieure à 100 dmm
Disponibilité (Petro, Bitumar, McAsphalt)
Performant (Bitumes intermédiaire 80-100)
Š Mise en garde
„
Respecter la température max de malaxage (~155˚C)
Normalisation du PG 70-28
Š Présence d’ornière sur les routes extrêmement
sollicitées (requiert un PG à plus haut G*).
Š Un PG à plus haut G* pardonne mieux les
problèmes de formulation (orniérage et ressuage)
Š Problèmes de désenrobage et d’arrachement avec
quelques sources granulaires et les PG H-34.
Š PG H-34 pas requis en zone 1
Š Qualités du bitume recherché
„
„
„
Prix semblable au PG 64-34 (3 % de polymère)
Mise en œuvre pas trop difficile
Disponibilité (Bitumar, McAsphalt, Kildair)
Zones climatiques
Š Idéalement, niveau de confiance de 98% pour
les températures H et L
Š Critères considérés pour la définition des zones
„
„
„
Le niveau de confiance moyen des stations
météorologiques d’une zone doit être ≥ 90% pour une
température basse donnée.
Le niveau de confiance d’une station météorologique
d’une zone doit être > 80% pour une température
basse donnée.
Éviter l’effet " trou de beigne " et utiliser des frontières
facilement identifiables.
Frontières des zones climatiques
Constructions
Resurfaçage neuves
DT Est-de-la-Montérégie (PG H-28)
Station météo
St-Hubert
St-Bruno
Verchères
Ste-Madeleine
St-Hyacinthe
St-Hyacinthe 2
Philipsburg
Granby
Sutton Jonction
Sutton
M
e
n
n
e
y
o
% conf. Station météo
:
96
94
95
86
93
85
93
96
95
92
%
3
9
% conf.
Sorel
Fleury
St-Nazaire d’Acton
Warden
Brome
Abercorn
M
e
n
n
e
y
o
:
%
9
6
83
78
67
65
72
48
Le niveau de confiance
pour un PG H-34 est de
97% à Abercorn
Modifications de la limite nord de la
zone 2
Ancienne limite nord de la zone 2
Discrimination de la classe de
performance du bitume en fonction des
couches
Š La quantité d’eau et les contraintes subies par
l’enrobé sont maximales à la surface ? V
Š Les enrobés fabriqués avec des bitumes plus rigides
auraient une meilleure tenue à l’eau ? V
Š Pour une valeur L appropriée au climat, un bitume
de faible G* (H plus petit) a un meilleur ratio
bénéfice/coût en ce qui concerne les fissurations de
fatigue et de retrait thermique ? V
Suite du Quiz…
Š Les enrobés de base s’oxydent moins rapidement
que les enrobés de surface? V
Š En théorie, un enrobé X fabriqué avec un PG 58-34
résiste autant aux charge à 58˚C que ce même
enrobé fabriqué avec un PG 64-34 et testé à 64˚C ?
Š Les caractéristiques des granulats comptent
beaucoup plus que celles du bitume en ce qui
concerne la résistance d’un enrobé aux
déformations permanentes ? V
V
Effet de la charge et de la vitesse du
trafic sur la sélection des bitumes
Š Problématique
„
„
La vitesse d’oscillation du DSR est de 10 rad/s (1,59 Hz)
ce qui représente un trafic roulant à 90 km/h
Qu’arrive-t-il si le trafic circule à plus basse vitesse ?
Š Solution : Usage d’un bitume à plus haut module
„
„
Lent : augmente la T élevée d’une classe
Stationnaire : augmente la T élevée de deux classes
(la température basse reste la même)
0 km/h
+ 12 ˚C
90 km/h
30
+ 6 ˚C
Température maximale vs profondeur
(St-Hyacinthe) selon LTPP bind 2.1
76
Température (˚C)
70
66,2
64
ECAS >30 M + lent
∆T≈ 1 PG
61,3
ECAS >30 M
58
54,2
3M <ECAS <30 M
52
ECAS <3 M
51,8˚C à 20 mm
46
40
0
25
50
75
100
Profondeur (mm)
125
150
175
PG H des couches selon LTPPBIND
(accroissement de 3%)
Rte
Ville
DJMA
Z1
A 20
ÉCAS
Couche de surface
Couche de base
annue l PGh slow PGh fast PGh slow PGh fast
70
64
70
64
A 440 Laval
42000 2270000
89667 530500
64
58
64
58
A 13
Montréal
97500
930000
64
58
64
58
A 40
Pte-Claire 100000 929500
Anjou
100000 950000
64
58
64
58
70
64
64
58
A 40
St-Hya
A 15
Mtl-Laval 162000 880000
58
58
64
64
Niveau de confiance de 98% à 20 mm sous la surface ou 70 mm sous la surface (base)
ÉCAS cumulatif de 45,4 millions sur 20 ans
Température minimale vs profondeur
(St-Hyacinthe) selon LTPP bind 2.1
-22
0
25
50
75
100
125
150
175
Température (˚C)
-24
-26
∆T≈ 1 PG
-28
-30
-32
-29,8
- Calculées à partir de 42 années de
données météo se terminant en 1979
- La Tb des bitumes modifiés par élastomères
est conservatrice (Tb BBR vs Tcr BBR+DTT)
- La température de transition vitreuse et les
coefficients de contraction thermique des bitumes
modifiés par l’ajout de composants oxydés sont faibles
(Kamel et Bahia)
-34
Profondeur (mm)
L’usage d’un bitume différent en couche de
base n’est pas recommandé si la quantité
d’enrobé de cette couche est inférieure à
1000 tonnes.
Bitumes utilisés sur les contrats de
performance en 2002
Localisation
et
Entrepreneur
Couche
PG en Base
PG en Surface
A-40,
58-28 (surépaisseur VL)
70-28
Repentigny
64-28 (pleine largeur)
COLRUG 20 mm
Sintra
A-40, La Pérade
58-34
64-34
Sintra
S-RUG TM10 35 mm
A-40, Cap-Santé
Pavage Portneuf
58-34
64-34
Prix des bitumes au cours des quatre
derniers mois de 2004
Prix ($ CAN)
400
350
300
250
Août
Septembre
Octobre
Novembre
Moyenne
3$/t enrobé
41$
59$
314
273
245
320
261
200
58-28
58-34
64-28
64-34
Classe de performance (PG)
70-28
Différentiel de coûts
(Autoroute 73 DTCA)
Enrobé Tonnage Bitume Tonnage
PG
enrobé
%
bitume
Prix du
bitume
Coût du
%
bitume
9
e
d
e
u
r 139447
c
314
c
a
e
i
v
ESG-10 8540
5,20
444,1
e
64-34
d
e
é
r
u
EB-20 19330
4,20 = d811,9
273
e
r
i
a
t
58-34
n
e
m
é
l
p
Coût du bitume
p selon les tableaux (v. 2005)
2 su
EB-20
4,20
811,9
314
g/m 19330
k
7
64-34
Coût du bitume selon les tableaux (v. 2000)
Économie de 33 288 $ CAN
221649
361096
254937
394384
Conclusion
Š Les PG 70-28 et PG 64-28 ont été adoptés par
les directions territoriales de la zone 1
Š Le concept de la discrimination des bitumes en
fonction des couches est utilisé ailleurs et est
éprouvé
Š Les recommandations proposées permettent en
général une diminution des coûts sans
compromis en terme de durabilité
Š Les nouveaux tableaux sont disponibles à
l’adresse suivante:
www.mtq.gouv.qc.ca/fr/reseau/materiaux/fiches.asp