Résumé jury PY Florian

Document de synthèse PFE
Spécialité Génie Civil
Etude de la sensibilité du module des enrobés à module élevé,
influence de la teneur en liant, de la compacité et du pourcentage
d’agrégats d’enrobé du matériau
Auteur : PY Florian
INSA Strasbourg, Spécialité Génie civil
Tuteur Laboratoire : COIN Vincent
Responsable d’activité matériaux de chaussées, LRPC Strasbourg
Tuteur INSA Strasbourg : CHAZALLON Cyrille
Maitre de conférences
Juin 2010
Abstract
The aim of this survey is to establish a mathematical model concerning the behaviour
of the stiffness modulus of High Modulus Asphalt (HMA) by the variation of different
parameters (binder content, void characteristic and asphalt’s aggregate percentage). This is
based on experimental tests applying direct tension to cylindrical specimens, in accordance
with the norm NF EN 12697-26, of which the value of the stiffness modulus used for French
road design (a loading time of 0,02s and a temperature of 15°C) is obtained by translation of
isotherms along loading time. This survey used the Experimental Plans’ method to minimize
and choose tests to carry out.
This report mentions all the steps necessary for the execution of MAER tests along
with the principles and corresponding standards. Components have first been characterized
and the results allowed establishing the exact mix of the studied HMA formulas. The second
step was the asphalt fabrication until obtaining the cylindrical specimens intended to MAER
tests. The implementation of tension tests depends on the compliance of specimens with the
required characteristics. The results of this characterization have slightly modified our studied
field.
This study has demonstrated that two factors, binder content and void characteristic,
have a major effect. It has also led to drawing up a mathematical model making it possible to
predict MAER stiffness modulus for EB14-EME2 in the range of variations studied. This
model highlights that an increase of one of these factors leads to a decrease of stiffness
modulus.
This model cannot be brought into general use and it is important to define its limits.
This one is of course restricted to the studied variation limits and only valid with the
components and a similar composition. The added bitumen is pure 10/20 bitumen. It is also
useful to specify that the bitumen from reclaimed asphalt pavement has a lower stiffness than
the bitumen added. Indeed, we must not forget that this study was based on a fractional plan
(9 tests instead of 27) and some important density dispersions were observed, dispersion
which is not taken into account in this mathematical model.
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Résumé
La présente étude a pour objectif l’élaboration d’un modèle mathématique concernant
l’évaluation du module de rigidité d’un Enrobé à Module Elevé (EME). Ce modèle veut
pouvoir quantifier d’une part l’impact d’une variation de dosage en liant et de compactage du
matériau sur le module d’un EME, d’autre part, en accord avec la mise en œuvre du Grenelle
de l’Environnement, la sensibilité du module de rigidité vis-à-vis du pourcentage d’agrégats
d’enrobé. Le domaine d’étude de chacun de ces facteurs correspond à la réalité du terrain ; les
limites sont définies en fonction soit des non-conformités de chantier détectées par le LRPC
de Strasbourg en contrôle extérieur pour la teneur en liant et le compactage, soit en fonction
des pratiques alsaciennes pour la quantité d’agrégats d’enrobé (teneur en liant comprise entre
5,60% et 6,80%, teneur en vides entre 2,0% et 5,0% et teneur en agrégats entre 0% et 40%).
Les essais de module sont réalisés sur une Machine Asservie d’Essais Rhéologiques
(MAER) présente au LRPC de Strasbourg. La MAER permet la mise en traction directe
d’éprouvettes cylindriques (diamètre 80mm pour 200mm de hauteur) à différents temps de
charges et températures, conformément à la norme d’essais NF EN 12697-26. Ces essais
permettent in fine d’obtenir, par translation d’isothermes, la valeur de module utile pour le
dimensionnement des chaussées françaises (module à 15°C pour un temps de charge de
0,02s).
Le nombre d’essais ainsi que la combinaison des niveaux d’étude sont déterminés via
la méthode dite des Plans d’Expérience. Cette dernière repose sur la variation réfléchie et
raisonnée des niveaux (dans notre cas 3 niveaux pour chacun des facteurs étudiés) de tous les
paramètres à la fois. Cette méthode, dont l’interprétation n’est pas toujours aisée et
concluante, nous a permis de réduire considérablement le nombre d’essais à réaliser tout en
optimisant au maximum les résultats obtenus, ce qui a rendu possible cette étude dans le
temps imparti.
Le présent rapport explicite en détail la totalité des étapes qui ont été nécessaires à la
réalisation des essais de traction directe type MAER depuis la commande de l’ensemble des
constituants. Il est également fait mention des essais de caractérisation de compacité et de
teneur en liant. Ces essais ont permis de mettre en évidence qu’une augmentation du dosage
en liant ou en agrégats augmentait la maniabilité de l’enrobé et le rendait ainsi plus
compactable. Ces essais ont par ailleurs permis de quantifier les difficultés de compactage et
celles liées à l’ajustement de la teneur en bitume, ce qui nous a par la suite contraint à
modifier les bornes de l’étude (les bornes citées dans le premier paragraphe tiennent compte
de ces modifications).
L’analyse des résultats a permis de montrer que deux facteurs, la teneur en liant et la
teneur en vides, présentaient un poids prépondérant. Elle a également conduit à l’élaboration
d’un modèle mathématique qui permet de prédire la valeur de module MAER pour des EME
0/14 de classe 2 dans les plages de variations étudiées. Ce modèle met en évidence qu’une
augmentation de l’un de ces facteurs conduit à une diminution du module de rigidité de
l’EME. Ainsi, il a été montré qu’une variation de +0,1% en teneur en liant entraîne une
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diminution de l’ordre de 280MPa. De même, une diminution de un point de compacité
entraîne une diminution de l’ordre de 900MPa et une augmentation de 10% d’agrégats
d’enrobé conduit à une diminution de 230MPa.
Enfin, il est nécessaire de rappeler les limites de ce modèle mathématique. Celui-ci est
bien entendu restreint aux bornes de variation précédemment citées et valable uniquement
avec des constituants et une composition similaires. Le bitume d’apport est un bitume pur
10/20. Il est également utile de préciser que le bitume d’apport des agrégats présente une
moindre rigidité que le bitume d’apport neuf. Il ne faut pas non plus oublier que cette étude a
été menée sur un plan d’expérience fractionnaire (9 essais au lieu des 27 initiaux) et que des
dispersions de compacité importantes ont été observées, dispersion dont il n’a pas été possible
de tenir compte dans l’élaboration du modèle.
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