Sétra - DTRF

Sétra
service d'Études
techniques
des routes
et autoroutes
Guide technique
Thermorecyclage
mai 2004
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Guide technique
Thermorecyclage
Edité par le Sétra, réalisé par le Comité français pour les techniques routières (CFTR)
Le CFTR est une structure fédérative qui réunit les différentes
composantes de la communauté routière française afin d’élaborer
une doctrine technique partagée par tous et servant de référence
aux professionnels routiers dans les domaines des chaussées, des
terrassements et de l’assainissement routier.
Membres du CFTR : Assemblée des Départements de France – Association Française des Producteurs
de Géotextiles et produits Apparentés – Association des Sociétés Françaises d’Autoroutes – Association Technique de l’Industrie des Liants Hydrauliques – Centre Technique et de Promotion
des Laitiers Sidérurgiques – Chambre Syndicale Nationale des Fabricants de Chaux Grasses et
Magnésiennes – Comité Infrastructure de Syntec Ingénierie – Direction des Routes – Direction
de la Sécurité et de la Circulation Routières – Groupement Professionnel des Bitumes – LCPC –
Sétra – Service Technique des Bases Aériennes – Syndicat des Matériels des Travaux Publics et
de la Sidérurgie – Syndicat Professionnel des Entrepreneurs de Chaussées en Béton et Equipements Annexes – Syndicat des Terrassiers – Union Nationale des Producteurs de Granulats –
Union des Syndicats de l’Industrie Routière Française.
Association régie par la loi du 1er juillet 1901 depuis juin 1998,
le CFTR est doté d’un secrétariat permanent assuré par le Sétra.
Son siège est localisé au :
46 avenue Aristide Briand - BP 100 - 92225 Bagneux Cedex - France
téléphone : 33 (0)1 46 11 31 53 - télécopie : 33 (0)1 46 11 36 96
mél : [email protected]
intranet : http://intra.setra.i2/clubs/cftr.shtml
internet : www.cftr.asso.fr
collection les outils
Document édité par le Sétra dans la collection "les outils".
Cette collection regroupe les guides, logiciels, supports
pédagogiques, catalogues, données documentaires et annuaires.
Ce guide technique a été rédigé, dans le cadre des
activités du comité sectoriel "méthodologie" du
Comité français pour les techniques routières (CFTR),
par un groupe de travail constitué de représentants
du réseau scientifique et technique du ministère de
l'Equipement, des Transports, de l'Aménagement du
territoire, du Tourisme et de la Mer, des directions
techniques des entreprises et des producteurs dans le
domaine routier.
Son contenu a fait l'objet d'une enquête de validation
auprès des différents adhérents du CFTR.
Rédaction :
• Michel Dauzats (L.R.P.C. d’Aix-en-Provence)
• Jean François Lafon (L.R.P.C. de Toulouse)
• Pierre Pringuet (COLAS Midi Méditerranée)
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Thermorecyclage
Sommaire
Pourquoi le thermorecyclage en place ?
5
Les matériels
6
Les préchauffeuses
Machines de scarification / Malaxage et mise en œuvre
Mise en œuvre
6
7
9
Les études préalables
10
Caractérisation des matériaux en place
L’étude de traitement
Épreuve de formulation
10
10
11
Les contrôles
12
Domaine d’emploi
13
Performances et comportement
15
Les points sensibles
16
Devenir de la technique
17
Annexe 1- Les régénérants
18
Annexe 2 - Exemples d’études de formulation
20
Consistance d’une étude
Cas réels d’études, exemples
20
20
mai 2004
3
Les progrès technologiques, réalisés depuis la fin des années 1970, dans le retraitement en place des
enrobés ont permis de tirer le meilleur parti d’une couche dégradée après chauffage, soit par une remise
en forme sans enlèvement ni apport de matière, soit par ajout, après l’enlèvement total ou partiel de
matière afin d’obtenir après mise en œuvre le matériau souhaité.
Ces techniques connues sous les noms de thermorecyclage, thermoreprofilage ou thermo-régénération
sont déclinées sous le seul vocable de Thermorecyclage ou recyclage à chaud en place, qui regroupe
toute opération de recyclage d’enrobés bitumineux en place par chauffage, scarification du revêtement,
malaxage avec ou sans ajouts (granulats prélaqués ou non, liants, additifs, etc.) et remise en œuvre du
mélange.
4
Thermorecyclage
Pourquoi le thermorecyclage en place ?
Les gestionnaires des réseaux routiers sont confrontés à
différents problèmes posés par l’entretien des couches
de roulement :
• fissuration superficielle des bétons bitumineux
résultant d’un vieillissement du bitume ;
• fluage des couches de roulement dû à :
- l’utilisation de sables broyés ou roulés,
- des surdosages en bitume ou à un mauvais choix de
la classe du liant,
- une formulation mal adaptée au trafic ou au
climat ;
• fissuration par fatigue provoquée par le décollement
de la couche de roulement de son support, ce
phénomène pouvant se superposer à celui de la
fissuration superficielle par vieillissement ;
Pour résoudre ces problèmes, le gestionnaire n’a pas
souvent d’autre alternative traditionnelle que de :
• réaliser une nouvelle couche d’enrobé suffisamment
épaisse (supérieure à 4 cm) pour limiter une remontée
rapide de la fissuration dans le revêtement, en
particulier lorsqu’il s’agit de fissuration superficielle
et que le support est très dégradé ;
• mettre en œuvre une couche très épaisse supérieure à
7 cm lorsqu’il y a fatigue de la couche de roulement à
la suite d’un décollement, et cela afin d’éviter la ruine
de l’enrobé décollé et de sa couche de base ;
• fraiser la couche de roulement orniérée par fluage et
la remplacer par un enrobé neuf ne présentant pas les
défauts du précédent, d’autant que le rechargement
des enrobés orniérés par fluage est exceptionnel car
la suppression du phénomène n’est garantie qu’en
mettant en œuvre des épaisseurs importantes.
• la suppression des sifflets de raccordement au droit
des PI (passages inférieurs) ;
• l’économie sur les granulats et le transport des
matériaux ;
• le réemploi de tout ou partie de matériaux nobles et
performants ;
• de réaliser des joints longitudinaux à chaud sans
problèmes ;
• d’assurer la continuité entre BAU et chaussée ;
• la correction de :
- l’uni, en particulier les défauts de petite longueur
d’onde,
- la macro rugosité par apport de granulats à fortes
caractéristiques intrinsèques,
- une formulation mal adaptée au trafic ou au la
compacité par modification de la composition
granulaire ou du dosage en
• de supprimer l’orniérabilité par apport d’additifs.
Dans tous les cas, tout rechargement supérieur à 4 cm
implique des travaux annexes non négligeables dans le
coût de l’opération : rehaussement des accotements et
glissières, traitement des BAU, ITPC, cunettes, descentes
d’eau, etc…
Si la structure est suffisante, il est économique et
intéressant d’intercaler dans un scénario d’entretien
une opération de thermorecyclage en place ; en effet,
grâce à ce type de technique, un enrobé peut avoir sa
durée de vie prolongée de cinq à huit ans.
Outre la limitation des travaux annexes, cette
technique permet :
• de traiter sélectivement les voies ou les zones
dégradées ;
• le maintien des gabarits sous ouvrage ;
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Les matériels
Le recyclage en place consiste à traiter les enrobés
bitumineux par chauffage, décohésionnement,
malaxage avec les correctifs nécessaires et remise en
œuvre du mélange. Ces différentes opérations sont
réalisées par des matériels spécifiques :
• la mise en température du revêtement et son
maintien avant décohésionnement est effectuée au
moyen d’un ensemble de préchauffeuses équipées de
grandes surfaces de panneaux radiants ;
• décohésionnement et selon le matériel, mise en
cordon dans l’axe de la machine de l’enrobé ;
• malaxage de l’enrobé ancien avec les correctifs
nécessaires soit par un malaxeur à double arbre
horizontal soit par une table animée d’un mouvement
transversal alternatif ;
• répandage au profil souhaité du mélange obtenu à
l’aide d’une table lourde de finisseur ;
• compactage au moyen d’un atelier traditionnel
adapté à l’épaisseur traitée.
Les préchauffeuses
L’atelier type (fig. 1) est constitué par un ensemble
de préchauffeuses, une machine de scarification
de malaxage et de répandage du matériau recyclé,
un atelier de compactage et de finition recyclé de
l’enrobé :
Cette opération doit assurer une augmentation lente
et progressive de la température dans l’enrobé à
traiter en évitant tout choc thermique important et
la dégradation du liant. La vitesse d’avancement de
chaque préchauffeuse est comprise entre 2 et 6 m/mn
et doit être adaptée, selon les conditions, pour avoir
une température à l’interface du support > à 80°C,
sachant qu’à la surface de l’enrobé on peut atteindre
250°C (photo n° 1).
Parmi les matériels utilisés sur le marché français, on
distingue :
- le procédé SOAVE RECYCLING mis au point et utilisé
en Italie,
- le procédé THERMOCOL,
- le matériel WIRTGEN.
Toutes les machines sont conçues sur le même
principe. Chaque préchauffeuse est équipée de 40 à
60 m² de panneaux radiants à infrarouge alimentés
au gaz liquéfié. Sur les préchauffeuses modernes les
panneaux sont portés par des poutres télescopiques
qui permettent le déplacement et le repliement
automatique des différents éléments (fig. 2).
Suivant la profondeur de traitement, les conditions
climatiques et les rendements visés, la surface minimale
de chauffe est de 175 à 200 m², elle doit être portée
à 250, voire à 300 m², pour les plus fortes épaisseurs
et si les conditions météorologiques sont défavorables
(vent et enrobé humide).
Les enrobés en place sont chauffés à une température
moyenne de 120 à 140°C sur une épaisseur pouvant
atteindre 7 cm dans le cas d’un enrobé monocouche
et sur une largeur de 2,5 à 4 m.
On retient en général :
- 4 à 6 m/mn pour un retraitement sur 3 à 4 cm,
- 2 à 3 m/mn pour des épaisseurs de 6 à 7 cm.
Préchauffeuse en position de travail
Préchauffage
Sens d'avancement
Préchauffeuse en position de transfert
DMF
Régénération
Figure 1 : atelier type de thermorecyclage
6
Thermorecyclage
Compactage
Figure 2 : préchauffeuse
Machines de scarification / Malaxage et
mise en œuvre
Il existe trois types principaux de machines.
Le premier type
(figure 3) comporte, outre de nouveaux panneaux
de chauffage
• au cours du malaxage est injecté le liant d’apport
ou de régénération. Cet apport est réalisé à partir
d’un réservoir installé à demeure sur la machine de
traitement ;
• l’enrobé ainsi reconstitué est réparti de manière
uniforme sur toute la largeur d’une table lourde de
finisseur, intégrée à la machine de traitement, répandu
et compacté par les vibrations et dameurs de cette
table. Le compactage final est assuré par un atelier
traditionnel adapté à l’épaisseur traitée.
• une trémie permettant de répandre à la surface du
tapis à traiter des gravillons prélaqués. Ils peuvent être
introduits depuis la trémie, dès la fin du préchauffage
sur la surface de l’ancien revêtement devant la fraise
de décohésionnement afin d’assurer un réchauffement
de ces granulats et un mélange homogène avec les
composants de l’enrobé en place ;
• une deuxième trémie, plus petite, servant au dosage
des additifs : fibres, etc…
• à l’ a v a n c e m e n t d e l a m a c h i n e u n e f r a i s e
rotative transversale décohésionne alors la couche
préchauffée ;
• l’ensemble des matériaux fraisés et d’apport sont
ensuite malaxés par une table de malaxage agissant
sur toute la largeur et l’épaisseur à traiter. Cette table
est animée d’un mouvement transversal alternatif de
gauche à droite, elle comporte dix têtes de malaxeur
rotatives munies chacune de quatre doigts, tournant
dans les deux sens pour assurer ainsi un malaxage
efficace ;
Sens d'avancement
Gravillons laqués
Malaxeur
Fibre
Chauffe
Photo 1 : préchauffeuse en ordre de marche
Décohésionneur
Régénérant - Bitume
Figure 3 : procédé SOAVE
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Photo 2 : vue du DMF - Décohésionneur, malaxeur, finisseur
Le deuxième type
(figures 4) diffère du premier par son type de
décohésionneur et son mode de malaxage
Il comprend dans un ensemble compact :
• un tambour central et deux tambours latéraux (largeur
de travail de 2,5 m à 4 m) sur lesquels sont montées
des pioches qui, en pénétrant dans l’enrobé ramolli,
assurent son décohésionnement sur une profondeur
maximale de 10 cm. Deux arbres hélicoïdaux droit et
gauche positionnent le matériau ainsi décohésionné
dans l’axe longitudinal de la machine ; un gros
gicleur animé ou non d’un mouvement de va et vient
transversal l’asperge de liant d’apport ;
• un malaxeur longitudinal de 150 tonnes par heure
équipé de deux arbres horizontaux à palettes ; les
matériaux décohésionnés y sont chargés par quatre
éjecteurs ;
• une table lourde de finisseur effectue le répandage
régulier et uniforme des enrobés traités
• une cuve thermorégulée, avec son système de dosage
pour le liant d’apport ;
• une trémie située à l’avant de la machine, servant à
doser et à mettre en œuvre les gravillons laqués et, si
nécessaire, des fibres, pré mélangées aux gravillons ;
• une deuxième trémie, plus petite, située juste avant
le décohésionneur (photo n° 3), permet de doser et de
mettre en œuvre d’autres ajouts : polyoléfines, fibres,
etc… ;
• le compactage est assuré par un atelier traditionnel
adapté à l’épaisseur traitée.
L’ensemble DMF (photo n°2)
Photo 3 : décohésionneur
Détail
Sens d'avancement
Gravillons laqués
Fibres
1. Décohésionneur
2. Malaxeur
3. Table lourde de finisseur
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Thermorecyclage
4. Cuve à bitume
5. Trémie gravillons laqués
6. Trémie fibres de P.E.
Décohésionneur
Figure 4 : procédé THERMOCOL
Malaxeur
Finisseur
Photo 4 : vue générale d'un train de thermorecyclage
Le troisième type
(figure 5) est identique au deuxième quant au
décohésionnement et au malaxage, il comporte
en sus
la possibilité d’apport d’enrobés neufs approvisionnés
à partir d’une trémie située en tête de la machine,
transportés et répandus :
- soit en amont du malaxeur (fig. 5) pour être
incorporés aux enrobés régénérés,
- soit après le malaxage (fig. 6) pour être régalés et
nivelés par la table de mise en œuvre.
Mise en œuvre
Le rendement de ces machines est tributaire de
l’épaisseur à traiter, de la présence d’eau dans
l’enrobé, de la nécessité de traiter l’interface, de la
surface de chauffe et des conditions météorologiques
(photo n° 4).
En moyenne pour des épaisseurs de 3 à 4 cm, en
4m de largeur, les rendements journaliers vont de
6 000 à 8 000m² et, pour des épaisseurs de
6 à 7 cm, ils seront de 3 000 à 6 000 m2.
Dans les deux cas le compactage final se fait par un
atelier classique adapté.
Sens d'avancement
Trémie
d'apport
d'enrobés
Figure 5 : procédé REMIX (WIRTGEN)
(apport d’enrobés en amont du malaxeur)
Sens d'avancement
Trémie
d'apport
d'enrobés
Figure 6 : procédé REMIX (WIRTGEN)
(apport d’enrobés après le malaxeur)
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Les études préalables
Quel que soit le problème à résoudre, une
reconnaissance préalable du site est incontournable.
Les premières investigations portent sur une
caractérisation du support sous différents aspects :
• structurels : il ne faut pas que la structure de la
chaussée soit en cause sauf en ce qui concerne l’aspect
collage de la couche de roulement vis à vis de son
support ;
• qualitatif : l’enrobé support peut présenter trois
types de défauts :
- usure,
- fissuration par vieillissement du liant ou fissuration
de fatigue par défaut de collage par rapport à son
support,
- orniérage par fluage en raison d’une mauvaise
adéquation : trafic - climat - formulation,
• géométriques : par un examen du profil en travers, de
l’étendue du problème et des contraintes altimétriques
éventuelles.
S’il s’agit d’orniérage, faut-il traiter l’ensemble de la
chaussée, un seul sens, la voie lente ?
S’il s’agit d’un problème de fissuration, est-il possible ou
nécessaire, en sus du traitement de l’enrobé, de mettre
en œuvre une nouvelle couche de roulement ?
Pour mener à bien cette opération, le formulateur
se doit de rechercher les informations concernant
le matériau à traiter (formules, caractéristiques des
matériaux, contrôles) et ce afin de faire un découpage
en zones homogènes de composition ou de mettre en
évidence les points singuliers.
La caractérisation des matériaux en place s’effectue à
partir d’échantillons prélevés soit par carottage, soit
par plaques découpées dans l’enrobé, dans l’axe de la
voie, s’il s’agit d’orniérage.
Les carottages doivent être réalisés en nombre suffisant
pour être représentatifs de la section à traiter. Dans
tous les cas, ce nombre doit être, pour la surface
minimale de traitement, d’au moins 15 unités en
Ø 150 mm, par section homogène.
L’implantation des carottages devra être réalisée
pour moitié sur fissures, (longitudinales, fissures en
étoile ou fissures transversales courtes) pour l’autre
moitié sur enrobé non fissuré, afin d’avoir une bonne
appréciation sur le collage (en effet il n’est pas rare de
constater l’absence de collage au droit d’une fissure
surtout lorsque celle-ci concerne toute la couche).
10
Thermorecyclage
Caractérisation des matériaux en place
Elle consiste à obtenir les informations suivantes :
- épaisseur et nature de la couche d’enrobé à traiter,
- collage ou décollement de l’interface,
- masse volumique apparente,
- nature et granulométrie des granulats,
- teneur en liant,
- caractéristiques du bitume en place (pénétration,
TBA, asphaltènes).
Pour être représentatif du chantier, il est nécessaire de
déterminer par section homogène un minimum de 6
à 7 teneurs en liant et de 4 à 5 récupérations de liant
pour déterminer ses caractéristiques.
L’expérience montre :
- que la teneur en liant sur l’enrobé ancien est
légèrement inférieure à celle de l’enrobé contrôlé
lors de la fabrication,
- que le pourcentage de fines est supérieur,
- que la dispersion de la teneur en liant est
généralement plus importante,
- qu’il peut être utile de vérifier dans le cas d’un
orniérage par fluage, la présence ou non de polluants
par distillation simulée.
L’étude de traitement
En fonction des caractéristiques des matériaux en place
et des critères requis pour le produit fini, l’étude de
formulation permet de déterminer les paramètres du
traitement :
• profondeur,
• nature et pourcentage des ajouts :
- gravillons, gravillons prélaqués,
- gravillons prélaqués avec fibre,
- fibres,
- polyoléfines,
- liants,
• complément de liant pour compenser un éventuel
déficit et les pertes par brûlage de la partie superficielle
de l’enrobé (de 200 à 400g/m²), voire pour corriger
sa consistance,
• régénérants pour réajuster à la fois la viscosité et
la constitution chimique du bitume (en général
tous les pétroliers sont susceptibles de fournir ces
régénérants).
On admet que lorsque la pénétrabilité à 25°C du liant
extrait est inférieur à 101/10mm, le matériau n’est pas
recyclable.
Si la pénétrabilité est supérieure à 30 1/10 mm, on
peut la corriger par un apport de bitume de classe
inférieure, dans le cas contraire, l’apport d’un agent
régénérant permet de remonter la pénétration dans
le produit fini à une valeur comparable à celle d’un
bitume neuf après enrobage sans dépasser les dosages
en liant habituels.
Le choix d’un taux du régénérant nécessite la
connaissance des caractéristiques du liant à recycler,
le dosage en liant et ses caractéristiques visées après
recyclage. On utilise pour ce faire, soit la loi des
mélanges, soit les abaques des fournisseurs.
Épreuve de formulation
des critères portant sur des résultats d’essais visant à
déterminer ses performances.
L’obtention d’un mélange satisfaisant aux exigences,
peut conduire le formulateur à essayer plusieurs
compositions. Le mélange est soumis à un essai PCG
et à une vérification spécifique telle que l’examen de
la tenue à l’eau. L’essai PCG, point clé de la méthode
permet de caler la teneur en liant et donne des
indications sur les performances envisageables du
mélange.
• l’essai Duriez permet de vérifier que la teneur en
liant est supérieure à la borne inférieure de teneur en
liant admissible pour le mélange, et de déterminer
aussi sa tenue à l’eau
• l’essai d’orniérage permet de préciser :
- l’effet de la nature du liant régénéré
- la stabilité du mélange
- l’effet des additifs
- le bien fondé de la composition granulaire
Après avoir défini la technique, la profondeur de
traitement, les ajouts ou correctifs à mettre en œuvre
en fonction de la nature du problème, l’étude de
formulation doit prévoir les essais nécessaires pour
caractériser le produit après recyclage.
Il s’agit donc de vérifier sur quelques essais, que l’on
obtient bien les propriétés espérées après recyclage
de l’enrobé. La fabrication des mélanges ne peut être
conforme à la norme NF P 98-250-1, compte tenu
du constituant de base (enrobé ancien). L’échantillon
d’enrobé est décohésionné après mise en température
(généralement en étuve) et malaxé de façon usuelle
avec les correcteurs et ajouts prévus.
Ce mode de préparation de l’échantillon (mise à l’étuve)
n’est pas parfaitement représentatif des conditions de
chantier, aussi il peut être utile d’effectuer cette mise
en température en laboratoire à l’aide de panneaux
radiants à infrarouge afin de simuler les conditions
de chantier : brûlage superficiel et temps de mise
en température dans ce cas l’utilisation de plaques
d’enrobés est alors conseillée.
Le temps de mise en température dépend de l’épaisseur
traitée, elle peut être de 30 à 45 minutes en trois
phases de 10 à 15 minutes et des temps de diffusion
sans chauffage de 5 minutes environ.
Généralement ces opérations de thermorecyclage ne
concernent que des enrobés de surface. En fonction
du type d’enrobé choisi et du niveau d’exigence pour
l’épreuve de formulation, le mélange doit répondre à
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11
Les contrôles
Les contrôles d’exécution consistent à vérifier :
• l’épaisseur du retraitement,
• les températures d’interface (supérieures à 80°C) et
de l’enrobé recyclé derrière la décohésionneuse,
• le dosage en granulats, liant, fibres d’apport et
ajouts,
• la vitesse d’avancement.
Sur le produit fini il y a lieu de vérifier :
• sur prélèvements derrière la table du finisseur :
- la teneur en liant et la granulométrie,
- la pénétrabilité et la TBA du liant final,
• sur carottes :
- la masse volumique apparente pour déterminer le
pourcentage de vides,
- l’épaisseur retraitée,
- le collage au support,
• sur site :
- la rugosité H SV si le matériau retraité est utilisé
comme couche de roulement,
- l’uni longitudinal.
N.B.
Par rapport à un enrobé neuf, les dispersions de teneur en liant et des
caractéristiques du bitume sont assez fortes, il n’est pas rare d’obtenir
des écarts types sur la teneur en liant de l’ordre de 0,35 %.
Cette dispersion résulte du cumul des hétérogénéités
de l’enrobé d’origine et de celles engendrées par le
retraitement.
Couches de roulement décollés de leur support
Traitement jusqu'à
l'interface et ajouts
ajustés au cas à traiter
Sans
renforcement
Figure 7 : sans fraisage
12
Thermorecyclage
Solution mixte avec fraisage
1. Rabotage sur
une épaisseur
égale à la
nouvelle couche
de roulement
Avec
renforcement
Figure 8 : avec fraisage
2. Traitement
jusqu'à
l'interface
3. Nouvelle
couche de
roulement
Domaine d’emploi
Cette technique qui permet de restaurer les
caractéristiques de surface, d’effacer la fissuration ou
de recoller la couche traitée à son support, s’applique à
des chaussées bien dimensionnées ou dont les besoins
structurels sont réduits.
Les champs d’application de cette technique sont les
suivants :
• recoller une couche de surface épaisse à son
support (fig. 7 et 8). Ce traitement s’utilise parfois
en combinant un fraisage préalable sur 2 à 3 cm, suivi
d’une régénération de la couche d’enrobé comprenant
l’interface et la partie supérieure de l’enrobé support
(1 à 2 cm) (photo n° 5) ;
• effacer la fissuration (fig. 9) provoquée par
vieillissement du liant des couches de roulement des
chaussées routières et aéroportuaires, par régénération
des caractéristiques du liant ;
• restaurer l’uni transversal et la macro texture
d’une chaussée orniérée par fluage (fig. 10), par
incorporation selon les besoins dans le mélange :
- de gravillons prélaqués à 0,8 % de bitume pour
améliorer les caractéristiques de surface,
- de bitume pour compenser le brûlage et la baisse de
teneur en liant due à l’ajout de gravillons,
Fissuration due au vieillissement du bitume
Photo 5 : traitement de piste aéronautique
Couches de roulement orniérées
Ajout de P.E.B.D.
Sans
renforcement
Figure 9 : cas de chaussée fissurée
Avec B.B.T.M.
pour
améliorer les
caractéristiques
de surface
Avec
renforcement
Figure 10 : traitement de chaussées orniérées
mai 2004
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Photo 6 : traitement de chaussées orniérées
- de polyoléfines basse densité (PEBD) sous forme de
déchets de câblerie ou de produit brut à hauteur de
0,4 à 0,8 % par rapport au mélange pour modifier la
susceptibilité au fluage de l’enrobé, essentiellement
par effet d’armature (photos n° 6 et 7).
Dans le cas particulier des BBM ou des BBDr réalisés
avec des bitumes polymères, les caractéristiques
des liants et dosage de ces enrobés peuvent être
restaurées.
Les limites technologiques du procédé sont liées :
- à la capacité du train de chauffe,
- au délai d’exécution,
- à l’épaisseur de la couche à traiter,
- à la géométrie de la chaussée (rayons de courbure
trop serrés),
- aux conditions météorologiques (pluie, froid, vent
violent),
- à la nature des matériaux constituant l’enrobé ; en
effet un vieillissement trop important du bitume
peut constituer une contre-indication à l’application
de cette technique (un bitume trop dur de
Pen25 < 101/10 mm est difficilement régénérable).
Ces techniques sont très utiles lorsque le niveau initial
de la chaussée doit être conservé ou bien lorsqu’il est
suffisant de traiter une seule voie d’une chaussée
en respectant le niveau des voies adjacentes sans
problème de raccordement aux ouvrages existants ;
en effet la cote finale est respectée par enlèvement
d’une quantité d’enrobé ancien équivalente à celle
de l’apport. De plus le procédé offre d’incontestables
facilités d’exploitation car il permet après traitement
et compactage de rendre la chaussée à la circulation
peu de temps après le passage de la machine.
14
Thermorecyclage
Photo 7 : traitement de chaussées orniérées, travaux de nuit
Performances et comportement
Les surfaces traitées depuis une quinzaine d’années
permettent de faire un premier bilan de cette
technique qui figure en bonne place dans la panoplie
des techniques mises à disposition par les entreprises
auprès des gestionnaires.
Cette technique mise en œuvre sur des matériaux
présentant des désordres : décollement, fissuration,
fluage, est perfectible, mais en vertu du principe qu’il
est impossible avec « du vieux de faire du neuf », on
ne peut comparer un enrobé fabriqué en centrale à un
enrobé thermorecyclé in situ.
Après ces restrictions, quel est le bilan :
• sous l’aspect thermique, l’expérience montre
que si les températures en surface, juste avant le
décohésionnement, sont de l’ordre de 220 à 230°C,
on obtient seulement des températures de l’ordre
de 100°C entre 6 et 7 cm. Aussi est-il illusoire de
traiter des épaisseurs supérieures à 7 cm sans nuire au
rendement et donc à la rentabilité surtout s’il s’agit
de recoller deux couches,
• sous l’aspect homogénéité, quel que soit le mode de
malaxage (horizontal, système WIRTGEN) ou par bras
verticaux (système SOAVE), les prélèvements effectués
derrière les finisseurs permettent de faire le bilan ciaprès :
- les dispersions (σ) des teneurs en liant constatées
sur une période de 12 années, sont comprises entre
0,3 et 0,47 (méthode de Rouen), elles sont liées à
l’hétérogénéité de l’enrobé à recycler, à la dispersion
du liant d’apport, au mode et au temps de malaxage,
à l’absence d’asservissement du liant d’apport en
fonction de l’épaisseur traitée,
- pas d’évolution significative de la granularité si ce
n’est une augmentation du pourcentage de fines par
rapport à l’enrobé d’origine,
- la dispersion sur les caractéristiques du liant après
thermorecyclage est forte et malgré les études
préalables, il est parfois difficile de tenir les objectifs
initiaux.
• le taux de recollage des couches se situe entre 85 et
100%. Il est lié à la présence d’eau à l’interface, aux
conditions météorologiques lors des travaux, à une
mauvaise appréciation de l’interface et parfois à une
capacité de chauffe insuffisante,
• les caractéristiques de surface mesurées dans le cas
où l’enrobé thermorecyclé ne serait pas recouvert,
montrent que :
- les macro textures moyennes sont celles obtenues
sur BBSG classiques HSv ≥ 0,75 mais avec des
dispersions élevées,
- l’uni mesuré à l’A PL 25 a nettement progressé
depuis quelques années, on obtient après travaux
des pourcentages de notes supérieurs à ceux de
l’enrobé de base,
• sur l’aspect comportement à long terme, on constate
que la durée de service d’une couche de roulement
présentant des désordres graves et nécessitant
une intervention par recouvrement ou fraisage et
remplacement, peut être reportée par thermorecyclage
en place de plusieurs années et pour un coût limité
équivalent au prix d’un revêtement en BBTM selon
les surfaces à traiter.
Les reports d’intervention présentés dans le tableau
ci-après sont assez éloquents.
Même si cette technique ne permet pas une maîtrise
totale de tous les paramètres, elle reste pour les
gestionnaires, en particulier autoroutiers, un outil
appréciable pour traiter les voies lentes orniérées
(plus de 4 millions de m² traités).
Sur les sections à trafic élevé, les gestionnaires
apprécient la souplesse d’intervention, et une gêne
réduite pour les usagers (les chantiers pouvant se
réaliser de nuit avec mise en place et évacuation
rapide du matériel).
Chantier initial
Type de problèmes
Opération de thermorecyclage - Année
Reprises ou rechargement
1973
Fissuration
Thermo 4cm + BBTM - 1989
2001 / 2002
6 BBSG + 2,5 BBTM
1981
Fissuration
Thermo 4cm + BBTM - 1989
1994 / 1995
2,5 BBTM
1983
Fissuration
Thermo (recollage) + BBTM - 1988
1999
Fraisage 7cm + 7 BBME VL
1994
Orniérage / Fluage
Thermo VL - 1995/1996
2001/2002
Réparations localisées
mai 2004
15
Les points sensibles
La particularité du procédé étant de conserver la
totalité de l’enrobé, d’en assurer le malaxage avec les
ajouts nécessaires, la température du mélange doit être
de l’ordre de 130°C. S’il y a décollement et présence
d’eau à l’interface, il est souhaitable que la température
en fond de couche soit > 80°C.
Dans le cas d’un traitement sur des épaisseurs de
6 à 7 cm, il est souvent préférable de multiplier
le nombre de préchauffeuses et d’étaler le train de
chauffe, plutôt que de réduire la vitesse de la machine
afin d’éviter brûlage et sur-vieillissement.
Un des points clé de cette technique est la phase
étude, elle permet de définir les ajouts nécessaires
et indirectement de mieux maîtriser les variations
relatives au dosage des divers constituants.
Il va de soi que cette technique nécessite des équipes
de mise en œuvre bien rodées, des contrôles adaptés :
granularité, teneur en liant, caractéristiques du bitume,
pourcentages de vide, et caractéristiques de surface.
Il faut veiller particulièrement aux zones de
démarrages génératrices de ségrégation et de risques
d’arrachements.
16
Thermorecyclage
Devenir de la technique
Le thermorecyclage en place permet de réaliser des
économies substantielles de matières premières :
granulat et bitume, par réutilisation « in situ » de la
totalité des matériaux sur l’épaisseur de la couche de
surface à rénover : il contribue donc indirectement
à la sauvegarde de l’environnement. Les conditions
économiques et les progrès techniques réalisés ces
dix dernières années montrent que cette technique
a eu un certain succès majoritairement sur autoroute
(fig. 11) car elle offre des possibilités intéressantes
pour les gestionnaires routiers, d’autant que
l’amélioration permanente des matériels devrait
apporter l’homogénéité souhaitée.
La généralisation de la séparation des fonctions pour
les couches de surface (couche de liaison + roulement)
et la recherche de macro textures élevées par l’emploi
de BBTM, voire des BBDr, va limiter l’emploi de
ce type de technique dont le créneau d’utilisation
majoritaire est le recyclage des couches épaisses de
BBSG (6 à 7 cm). Les tentatives par les entreprises
pour élargir le domaine d’emploi recyclage des BBTM,
BBDr fait l’objet de chartes à l’innovation et sont donc
en cours de mise au point.
La modernisation des matériels : cuves à liant
thermorégulées, systèmes d’asservissement du dosage
du liant associé à un pilote automatique réglant les
apports en fonction de la consigne d’épaisseur à traiter
avec enregistrement des quantités d’ajouts ; système
d’injection du liant sous pression ; récupération des
fumées et leur traitement afin de respecter l’hygiène et
la sécurité des usagers et des personnels, sont possibles
si le marché est suffisant. En effet, l’amortissement
des matériels et la conservation d’équipes compétentes
nécessitent pour chaque train, des surfaces minimales
annuelles de traitement de 300 000 m².
Le thermorecyclage s’inscrit dans une stratégie
globale d’entretien des réseaux routiers type GLAT
ou d’autoroutes concédées en permettant d’accroître
la durée de service des couches de roulement (celleci peut être doublée) pour un coût intéressant et en
sauvegardant l’environnement.
Elle ne peut être envisagée que pour des surfaces
à traiter supérieures à 20 000 m², compte tenu
des rendements journaliers qui peuvent atteindre
6 à 10 000 m² / jour en 4 m de largeur, lorsque les
conditions météorologiques sont favorables.
5 000 000 m² de 1988 à 2002
Autoroutes non concédées
Pistes aéronautiques
Routes départementales
Routes nationales
Autoroutes concédées
Figure 11 : utilisation de la technique
Les freins au développement de la technique, à
savoir :
• le lobbying des producteurs de matériaux de base,
• les bas niveaux de prix du bitume,
• les faibles coûts de mise en décharge,
devraient voir l’incidence de ces paramètres s’estomper
rapidement. Il restera la disparité des matériels, un
nombre de machines suffisant pour satisfaire la
demande, l’absence de réglementation technique, les
blocages par rapport aux techniques traditionnelles.
L’obligation de recyclage des déchets à partir de 2002,
le respect de l’environnement en réutilisant la route
comme gisement de ressources, les économies sur
les transports, devraient être les éléments moteurs
de cette technique, surtout, si on l’associe avec des
techniques plus classiques, limitant la prise de risque
des gestionnaires.
mai 2004
17
Annexe 1
Les régénérants
Exemple d'abaques de mélange de liant régénérant
Pour des pénétrabilités supérieures à 10, on se trouve
devant deux cas :
• la pénétration est supérieure à 30 et on peut
la corriger par un apport de bitume de classe de
pénétration supérieure ;
• la pénétration est inférieure à 30 et il est nécessaire
d’apporter un agent régénérant permettant de la
remonter dans le produit fini à une valeur comparable
obtenue avec un bitume neuf, sans dépasser le
pourcentage de liant habituel.
Pénétration du liant final
Le choix du régénérant dépend du problème à traiter,
on admet que lorsque la pénétrabilité à 25°C du
liant extrait d’un enrobé est inférieure à 10 1/10mm, le
matériau est difficilement recyclable.
Pour déterminer le taux du régénérant, il faut
connaître :
• le dosage et la pénétration du liant de l’enrobé à
recycler ;
• le dosage et la pénétration en bitume visée pour l’enrobé après recyclage.
Régénérant / liant final %
Ces données définissent le pourcentage de liant de recyclage qui doit entrer dans le liant total de l’enrobé recyclé
(liant apporté par l’enrobé ancien + liant de recyclage).
La détermination du dosage en régénérant s’effectue soit :
• par calcul en utilisant la loi des mélanges
100 x log P = a log P1 + b log P2
avec a et b les pourcentages respectifs des deux liants de pénétrabilité P1 et P2,
• par utilisation des abaques fournis par les fournisseurs pétroliers :
Exemple de calcul
Recyclage en place sans apport de granulats neufs avec du régénérant de pénétrabilité fictive de 105 sur 6 cm
d’épaisseur, avec :
MVA = 2,35 T/m3
Xv = 5,0 %
XN = 5,7 %
PV = 15 1/10 mm
Péné régénérant = 105 1/10 mm
PN = 40 1/10 mm
Xv = Teneur en liant après préchauffage.
Par l’abaque, la fraction de régénérant nécessaire est y = 11,1
Par le calcul : y =
Soit
18
11,14 x 5,8
Thermorecyclage
100
log 15/40
log 15/105
x 100 = 11,14 %
= 0,646 du liant visé
La quantité de régénérant à ajouter au m2 :
V =6 x 2,35 x
5,0
105,5
x
11,14
88,86
x 10 = 0,84 l/m²
La teneur en liant de l’enrobé après recyclage sera donc de :
Xn =
5,0
100 - 11,4
x 100 = 5,62 %
soit un peu déficitaire par rapport à l’objectif fixé de 5,7 %
Si la machine avance à la vitesse de 2m/mn et pour une largeur de travail de 4m le dosage en régénérant sera
de 6,96 l/min
• Additifs
Parmi les additifs les plus couramment utilisés on peut citer :
- les fibres minérales, en général associées avec des gravillons,
- du polyéthylène (déchets de câbles) ou fibres.
mai 2004
19
Annexe 2
Exemples d’études de formulation
Consistance d’une étude
Les analyses réalisées dans le cadre de la reconnaissance préalable, et la nature du problème, conduisent à
définir : la technique, les opérations de préparation, les apports à mettre en œuvre.
En fonction de la technique de traitement retenue, l’étude de formulation doit prévoir les essais nécessaires pour
caractériser le produit après recyclage. Il faudra, si le but visé est de traiter l’orniérage, vérifier à l’orniéreur si
l’objectif est atteint. S’il s’agit de régénérer une couche d’enrobé très fissurée par vieillissement, il faudra outre
la tenue à l’orniérage, s’assurer que le matériau après traitement, présente des caractéristiques acceptables pour
une couche de roulement.
Cas réels d’étude, exemples
Pour illustrer notre propos, il nous a semblé opportun de reprendre 3 cas d’études effectivement réalisées :
A - Traitement d’un enrobé fissuré avec apport d’enrobé correcteur fabriqué en centrale (thermorégénération),
B - Traitement d’un cas d’orniérage,
C - Traitement d’un cas de décollement avec vieillissement de l’enrobé.
20
Thermorecyclage
A - Réfection de la couche de roulement de la piste de l’Aérodrome de Tahiti FAAA (Étude EJ. Lefebvre
+ CETE)
Les auscultations réalisées sur la piste principale avaient mis en évidence un décollement de la
couche de roulement et une évolution alarmante des désordres : arrachements, faïençages, présence d’eau, la
qualité structurelle de la plate forme n’étant pas en cause.
Le choix de la technique des travaux de réfection se devait de corriger les défauts existants :
• diminuer les contraintes dans la couche de roulement existante, dues à son défaut de collage,
• restaurer l’état de surface de la couche de roulement,
• profiter des travaux pour réaliser un léger renforcement structurel.
L’analyse débouchait sur le thermorecyclage de toute la couche de roulement, avec apport structurel de 3cm
d’enrobés neufs.
Cette technique permettait, tout en maintenant partiellement le trafic aérien, en une seule
opération :
- le recollage de la couche de roulement à son support,
- la régénération de cette couche sur 6cm
- le rechargement par 3 cm d’enrobés parfaitement collés, puisque faisant partie intégrante de la couche
thermorecyclée.
Reconnaissance préalable
Sur 20 carottes il a été mesuré la teneur en liant et la densité :
TL = 5,07 % σ = 0,748
mini 4,35 % - maxi 6,9 %
Sur 10 échantillons (regroupement de 2 carottes) il a été déterminé les caractéristiques du liant extrait et la
granulométrie du squelette minéral (ci-après la courbe moyenne)
Essais sur liant récupéré
Zone de
prélèvement
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Moy.
Pénétrabilité à 25°C
(en 1/10mm)
13
12
14
11
10
9
8
9
10
10
10,6
70,8
73,0
77,5
75,4
75,9
77,8
81,8
83,0
81,5
79,5
arrondi à
77,6
Température «Bille
Anneau» (°C)
Teneur moyenne en
asphaltènes (%)
23,5
Granularité
Tamis / mm
14
12,5
10
6,3
3,15
2
0,315
0,08
% passant enrobé en
place
100
98
82
62
44
34
15
8,4
mai 2004
21
Objectifs du CCTP
Granulométrie :
La courbe du squelette minéral devra s’intégrer au mieux dans le fuseau 0/10 prévu dans les spécifications du
STBA.
Performances mécaniques :
C % 94 à 96
Essai DURIEZ
RC > 6 MPa
r/R > 0,75
Essai PCG
C10 < 90 %
C80 95 à 97 %
Essai MARSHALL
Stabilité > 800 daN
Consistance du liant final :
La pénétrabilité à 25°C en 1/10 mn, mesurée sur le liant final après recyclage, devra être celle d’un bitume de
classe 60/70.
Correctifs
Matériau d’apport
Sable 0/8 concassé basaltique à 12,5 % de fine.
Liant d’apport
Mélange de bitume 80/100, origine Singapour, additionné d’un régénérant TOTAL MR 50
Caractéristiques du bitume 80/100
- Pénétrabilité à 25°C (1/10mm) : 84
- Température «bille et anneau» (°C) : 45,4
- Indice de pénétrabilité LCPC : - 2,8
- Indice de pénétrabilité PFEIFFER : - 1,2
- Teneur en asphaltènes : 8,8 %
Différents mélanges ont été étudiés :
80/100
MR/50
60
50
40
40
50
60
Etude de thermorecyclage
Étude de faisabilité de l’enrobé correcteur
L’objectif était d’appréhender rapidement la teneur en liant à prévoir pour l’enrobé d’apport en fonction:
• de la teneur en liant ou du module de richesse visés sur l’enrobé final,
• de la teneur en liant des fraisats mesurée sur les différentes carottes du premier lot,
• de fournir parallèlement des indications concernant la densité théorique de l’enrobé final.
Un test d’égouttage a été réalisé par enrobage du 0/8 à 120°C avec un mélange à 50 % de 80/100 et de 50 %
de MR50 pour deux teneurs en liant 8,8 % et 9,5 %.
22
Thermorecyclage
Évolution de la compacité PCG en fonction de la teneur en liant. Trois formules ont été étudiées :
Formule - Composition
(%)
A
B
C
Granulats de fraisats
(considérés à
5,55 % et non 5,07)
67,14
67,24
67,35
Correcteur 0/8 BARMAC
32,86
32,76
32,65
Bitume TOTAL (%)
- dont liant vieilli
- dont 80/100
- dont MR 50
6,30
3,72
1,28
1,28
6,45
3,73
1,36
1,36
6,62
3,73
1,44
1,44
Module de richesse de
l’enrobé final
4,0
4,1
4,2
Gâchées réalisées à une température de 120°C pour créer des conditions de vieillissement analogues à celles du
chantier.
Performances mécaniques des mélanges
Formule
A
B
C
67,14
67,24
67,35
Correcteur «0,8» BARMAC
32,86
32,76
32,65
Bitume TOTAL
- dont liant vieilli
- dont bitume 80/100
- dont MR 50
6,30
3,72
1,28
1,28
6,45
3,73
1,36
1,36
6,62
3,73
1,44
1,44
Module de richesse
4,0
4,1
4,215
Densité théorique de l’enrobé
(t/m3)
2,65
2,65
2,644
2 - Essai PCG
Compacité à «n» girations (%)
- 10 girations
- 60 girations
- 80 girations
86,9
94,0
95,1
88,7
95,7
96,6
89,2
96,0
96,9
Ressuage vers «n» girations
160
120
100
1 - Composition (%)
Granulats des fraisats : (à 5,55 % de
liant)
mai 2004
23
Vérification de la régénération du liant
Formule
A
Pénétrabilité résultante calculée
60
Caractéristiques du liant récupéré
- pénétrabilité à 25°C
(en 1/10mm)
- température «bille anneau» (°C)
B
C
62
65
57
64
71
53,1
52,1
49,7
Ces résultats démontrent que les pourcentages de MR 50 et de 80/ 100 à raison d’un mélange 50/50 sont bien
adaptés pour une régénération du liant dans la plage 60/70 prévue au CCTP.
Étude des performances mécaniques de la composition retenue
Les ressuages importants constatés sur les formules B et C ont conduit à caractériser seulement les enrobés de
la formule A.
Specifications
Valeurs obtenues
DURIEZ
- Compacité (%)
- RC (MPa)
- r/R
94 - 96
> 6,0
> 0,75
92,8 (moule normal) d = 2,46
94,5 (moule dilaté) (*) d = 2,51
6,0 (moule normal)
0,82 (moule normal)
PCG
- C10 (%)
- C80 (%)
< 90
95 - 97
86,9
95,1
> 800 daN
-
930
97,1
MARSHALL
- Stabilité (daN)
- Compacité (%)
(*) En raison de l’épaisseur prévue 9cm.
Ajustement de la teneur en liant finale sur l’enrobé
Le pourcentage en liant de la formule retenue 6,3 % (module de richesse 4) étant élevé et proche du maximum
admissible sur chantier (spécification 3,6 à 3,8) a conduit l’entreprise à étudier et à retenir une formule à 6 %
de liant TOTAL pour tenir compte également de la grande variabilité de la teneur en liant de l’enrobé à recycler
(teneur en liant sur carottes 5,07 %)
(plaques pour fraisats 5,55 %)
Cette variabilité a conduit l’Entreprise à retenir la composition suivante :
- granulats des fraisats
(considérés à 5,4 % de liant) :
67,00 %
33,00 %
- 0/8 concassé BARMAC :
- liant total :
6,00 %
dont liant vieilli :
3,62 %
dont bitume 80/100 :
1,19 %
dont MR 50 :
1,19 %
- Module de richesse :
3,8
- Densité théorique de l’enrobé (t/m3) : 2,67
24
Thermorecyclage
Ce qui conduit à formuler l’enrobé d’apport avec une teneur en liant de 7,22 % de liant pour obtenir un enrobé
recyclé à 6 % de liant.
Conclusions de l’étude
L’examen des résultats de l’étude a conduit l’entreprise à proposer pour le thermorecyclage de la piste de l’aéroport
de FAAA le procédé NOVATHERM avec :
• la formulation moyenne suivante :
- granulats des fraisats :
67 % (considérés à 5,4 % de liant)
33 %
- granulat correcteur 0/8 BARMAC :
- teneur en liant total :
6,00 % K = 3,8
• un liant d’apport : composé en proportions égales de bitume 80/100 S H E L L et de régénérant
TOTAL MR 50
• un enrobé d’apport : constitué par 100 % de 0/8 BARMAC concassé basaltique dosé à 7,22 % de liant d’apport
défini ci-dessus.
Vérifications chantier
Le chantier a montré qu’il était nécessaire d’effectuer un réajustement du pourcentage de MR 50 TOTAL dans le
liant d’apport, à savoir 44% de régénérant pour 56 % de bitume 80/100.
Un essai d’orniérage LPC sur la composition mise en oeuvre a montré qu’il n’y a pas phénomène de double
enrobage (4 % d’ornière à 30 000 cycles).
Les mesures de consistance réalisées sur le liant extrait de l’enrobé recyclé étaient conformes aux spécifications
exigées :
Pen 25°C du liant recyclé :
Teneur en liant de l’enrobé :
68 1/10mm
5,9 %
mai 2004
25
B - Cas d’orniérage par fluage Autoroute A07 - ASF
La section comprise entre Avignon Nord et Avignon Sud a été élargie à trois voies par l’extérieur en 1992 ; des
problèmes d’uni lors de la mise en œuvre de la couche de liaison de la chaussée Est ont conduit l’Entreprise à
substituer, au BB 0/14 de 7 cm prévu au marché, deux couches de 3,5 cm d’épaisseur dont les compositions,
proposées par l’entreprise, ont été adoptées par le maître d’œuvre sans résultats d’essais d’orniérage.
Cette technique a permis de réussir l’uni longitudinal au détriment, hélas, de l’uni transversal puisqu’on observe
en 1994 un orniérage prononcé.
BB1
10/14 Rivolet (roche massive)
32 %
6/10 Alluvions du Rhône Lacanau
34 %
0/3 Alluvions du Rhône Lacanau
32 %
Fines calcaires
2%
35/50 Esso
BB2
5,42 %
6/10 Alluvions du Rhône Lacanau
60 %
0/3 Alluvions du Rhône Lacanau
40 %
35/50 Esso
5,34 %
Granularité
Tamis
16
14
10
6,3
4,0
2,0
0,315
0,08
% passant BB1
100
93
60
37
35
34
15,3
7,8
% passant BB2
100
100
93
43
40
29
14,3
7,1
Reconnaissance préalable
L’étude a commencé par une campagne de carottages destinée à récupérer les matériaux dont le recyclage est à
étudier. Quarante carottes ont été exécutées sur le site; elles ont été sciées à la cote «-6 cm», qui est l’épaisseur à
recycler, puis émiettées à chaud pour simuler l’action d’une machine de thermorecyclage en place.
Au cours des carottages on n’a relevé aucun décollement du 1er ou 2ème interface (cote nominale «-3,5 cm»
ou «7 cm»).
Épaisseur BB1
m = 3,5 cm σ 0,3
BB2
m = 3,5 cm σ 0,4
BB1 + BB2
m = 6,8 cm σ 0,55
Le matériau résultant contient donc :
- les 3,5 cm de la couche de surface,
- la couche d’accrochage,
- les 2,5 premiers centimètres de la couche inférieure (d’épaisseur nominale 3,5 cm).
L’évolution granulaire lors du recyclage a été considérée comme équivalente à celle provoquée par le carottage.
26
Thermorecyclage
Estimation de la composition de ces «fraisats»
avec BB1 56 %
BB2 44 %
Teneur en liant totale
5,38 %
Consistance du liant (calculée) P25 = 25 ; TBA = 64
Tamis (mm)
14
10
6,3
4
2
0,315
0,08
(% passant tel que)
99
77
49
37
31
14,7
7,5
Après fraisage (estimation)
99
79
50
39
32
13
11
Étude de formulation
Avec ces fraisats il a été confectionné quatre compositions d’enrobé avec différents ajouts pour les tester à
l’orniéreur :
- 2/6 Durance pour laquage
- 0/4 Scories LD Sollac pour enrobage
dont la granulométrie est la suivante :
6,3
4
3,15
2
1
0,5
0,315
0,2
0,08
99
83
76
62
48
38
31
25
12,5
• composition 1 : c’est le fraisat seul, il représente le matériau après une opération de thermoreprofilage (remise
au profil, apport nul)
• composition 2 : Fraisat
= 90 %
2/6 Durance Rognonas
laqué à 2,2 % de 35/50
= 10 %
• composition 3 : Fraisat
= 90 %
Sable 0/4 Scories Solmer
Enrobé à 15 % de 50/70
= 10 %
• Composition 4 : Fraisat
= 99 %
Polyéthylène de récupération = 1 %
Tamis / mm
14
10
6,3
4
2
0,315
0,08
Composition 1 et 4
99
78
50
39
34
19
11
Composition 2
99
80
54
40
31
14,4
10,1
Composition 3
99
80
54
43
32
13,2
11,1
mai 2004
27
Résultats des essais d’orniérage
Composition
Pourcentage de vides de l’enrobé
Hauteur au sable (mm)
Résultat d’orniérage (à 60°C)
1
2
3
4
0,3 %
1,2 %
4%
8%
0,71
1,3
0,62
1,1
10,6 % à
104 cycles
4%à
3.104 cycles
10,1 % à
3.104 cycles
2,9 % à
3.104 cycles
Sur les compositions testées à l’orniéreur, les teneurs en liant et consistance estimées après recyclage figurent
dans le tableau ci-après
Composition
1
2
3
4
5,38
5,06
5,26
5,38
(+ 1 % PE)
Pénétration à 25°C (10-1 mm)
25
25
26
/
Température de ramollissement (°C)
64
64
62
/
Teneur en liant (%)
Commentaires
Un simple thermoreprofilage (solution 1) n’est pas satisfaisant; le matériau est très maniable (vides = 0,3 %) et
orniérable.
La correction par un sable de scories enrobé ne convient pas non plus, pour la même raison.
Les solutions 2 (correction par 10 % de gravillon 2/6 laqué) et 4 (correction par 1 % de polyéthylène) conduisent
à des comportements équivalents et satisfaisants vis-à-vis de l’orniérage.
Le choix d’une solution peut donc se faire sur des critères secondaires qui concernent sa fiabilité et son côté
pratique.
Ajout de 2/6 laqué :
Solution très fiable, l’ajout est facile à fabriquer, contrôlable en qualité et quantité; par contre, l’apport de 10 %
de matériau fait naître une sur-épaisseur de l’ordre de 6mm sur la voie lente par rapport aux deux autres voies.
Ajout de polyéthylène :
Le dosage de l’ajout est assez difficile à maîtriser et l’homogénéité de l’ajout derrière une machine de thermorecyclage
est difficile à mettre en évidence. De plus, le contrôle par analyse d’échantillon devient problématique et il n’existe
pas de méthode de contrôle de dosage de l’ajout, hormis le bouclage.
Au rayon des avantages, le recyclage se fait à volume constant (pas de surépaisseur) et les résultats obtenus sur
plusieurs chantiers sont satisfaisants.
28
Thermorecyclage
Chantier
La solution finalement retenue par le Maître d’œuvre a consisté à faire un ajout de gravillon Durance laqué
à 2,2 % de bitume 35/50 et 0,6 % de polyoléfines (déchets de câbles).
Le dosage journalier en polyoléfines a été effectué en ramenant la quantité de PE consommée journellement au
tonnage théorique d’enrobé en place retraité.
Ce mode de calcul a aussi été appliqué au 2/6 prélaqué.
Contrôles de la teneur en liant : Théorique
Moyenne
σ
Gravillons prélaqués
5,1 %
4,88 % (n = 18)
0,26 %
2,4 % pour 2,2 %.
Granularité
Tamis
20
14
12,5
10
8
6,3
4
2
0,315
0,008
Théorique (%)
100
99
95
81
62
46
39
29
15
7,2
Moyenne (%)
100
98,7
94,2
75,4
58,9
46,2
37,3
27,1
13,5
7,8
Ecart type (%)
/
0,8
1,5
4,6
6,3
6,5
4,3
2,6
1,0
0,6
La dispersion des granularités est, à notre avis, en partie liée aux variations dans l’introduction du 2/6 prélaqué
dont le passage en centrale a entraîné une diminution de la fraction 4/6 et une augmentation de la teneur en
fines.
Mise en œuvre
Le gradient de masse volumique apparente a été mesuré sur les carottes prélevées en place. Les mesures ont
permis de calculer une masse volumique apparente moyenne et de déterminer approximativement l’épaisseur
de la couche thermorecyclée.
Épaisseur
- nombre de mesures
- théorique
- moyenne
- écart type
22
6cm
4,92cm
0,69cm
Pourcentage de vides
- nombre de mesures
- moyenne
- écart type
22
7,1 %
2,4 %
Les épaisseurs de la couche thermorecyclée sont assez peu dispersées autour d’une moyenne inférieure à l’épaisseur
prévue ; les pourcentages de vides sont très dispersés.
mai 2004
29
C - Cas d’un enrobé fissuré par vieillissement, décollé de son support (cas de l’autoroute A07 - 1988)
- ASF
Le problème posé était le suivant : l’enrobé en place BBSG Basalte mis en œuvre en 7 cm d’épaisseur, était fissuré,
par fatigue (décollement) et par vieillissement du liant.
Les travaux ont consisté à :
• fraiser la couche de roulement sur les deux voies de l’autoroute (2 cm),
• thermorecycler sur 6 cm l’enrobé en place (pour reprendre l’interface décollée),
• mettre en œuvre un BBTM à raison de 50 à 55kg/m2.
Reconnaissance préalable
Les contrôles effectués au débitmètre lors de l’exécution de la couche de roulement (1983) faisaient état d’une
teneur en liant de 5,7 %.
Compte tenu des désordres constatés, les carottages réalisés faisaient apparaître une teneur en liant de 5,48 %
(Étude TOTAL). De nouvelles investigations effectuées par le titulaire du marché faisaient état d’une teneur en
liant de seulement 5,1 %.
Objectifs du règlement de consultation :
• porter la teneur en liant à 6,2 %
• régénérer le bitume afin d’obtenir :
- une pénétration comprise entre 40 et 50 1/10 mm
- une TBA comprise entre 50 et 60°C
• obtenir un bon accrochage (100 %) et une compacité de l’enrobé recyclé comprise entre 91 et 98 %
Études
Trois liants de régénération TOTAL ont été envisagés les : MR5, MR10 et MR50.
Un essai d’orniérage réalisé à partir de l’enrobé prélevé sur le site avant thermorecyclage additivé en laboratoire
de 0,65 % en poids de l’enrobé du régénérant MR5, a donné les résultats suivants :
• teneur en liant avant régénération : %
5,3
• teneur en liant après régénération : %
5,7
Caractéristiques du liant
Avant régénération
Après régénération
PeN 25°C
10 mm/10
32
TBA
> 80
63,5
FRAASS
+9
- 5,5
Asphaltènes
29,9 %
26,5 %
Compacités obtenues en laboratoire : 96,3 à 97,3 %
Résultats orniéreurs : 60°C 30 000 cycles 3,4 %
Commentaires
La pénétration du liant de l’enrobé ancien est très faible. L’ajout de 0,65 % de MR5 aurait dû conduire à un
dosage en liant plus important, cette différence peut-être due à des problèmes de dispersion du régénérant en
laboratoire
30
Thermorecyclage
Quelques résultats de Contrôles
Liant
PeN 25°C
TBA
Asphaltènes
31 à 67
51,2 60,2°C
18,8 21,8 %
Enrobés
Teneur en liant
Compacité
Collage des couches
Épaisseur
5,42 % (σ = 0,45) n = 93
92,4 % (σ = 3,12)
89,2 %
5,1 cm (σ = 0,6)
Commentaires
Teneur en liant faible et dispersée :
• caractéristiques du liant assez dispersées
• collage efficace
• quantité d’eau importante dans l’enrobé
• comportement satisfaisant après 10 années de service sans entretien de surface. La voie médiane actuelle
(ex. Voie rapide) est encore en l’état après 14 ans.
mai 2004
31
service d'Études
techniques
des routes
et autoroutes
Sétra
46 avenue
Aristide Briand
BP 100
92225 Bagneux Cedex
France
téléphone :
33 (0)1 46 11 31 31
télécopie :
33 (0)1 46 11 31 69
internet : www.setra.
equipement.gouv.fr
Les contraintes économiques et environnementales de plus en plus
pressantes ont amené les professionnels de la route à s'intéresser aux
gisements potentiels de matériaux existants dans les chaussées à démolir
ou à rénover.
Les techniques connues sous les noms de thermorecyclage,
thermoreprofilage ou thermorégénération sont déclinées sous le seul
vocable de thermorecyclage ou recyclage en place à chaud. Ce terme
regroupe toutes les opérations de recyclage d'enrobés bitumineux en
place par chauffage, scarification du revêtement, malaxage avec ou sans
ajout (granulats prélaqués ou non, liants, additifs, …) et remise en oeuvre
du mélange.
Document disponible au bureau de vente du Sétra
46 avenue Aristide Briand - BP 100 - 92225 Bagneux Cedex - France
téléphone : 33 (0)1 46 11 31 53 - télécopie : 33 (0)1 46 11 33 55
Référence : 0410 - Prix de vente : 11 €
Crédit photos : entreprise C OLAS
Conception graphique - mise en page : Eric Rillardon (Sétra)
Impression : Caractère - 2, rue Monge - BP 224 - 15002 Aurillac Cedex
L’autorisation du Sétra est indispensable pour la reproduction, même partielle, de ce document
© 2004 Sétra - Dépôt légal : 2 ème trimestre 2004 - ISBN : 2-11-093423-9
Le Sétra appartient
au Réseau Scientifique
et Technique
de l'Équipement