bitumes comportement

7/24/2019 Bitumes comportement

1/107

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1, /

REPUBLIQUEDU SENEG L

UNIV RSIT H IKH NT IOP

E OlLE UJPJ mJ lJll rOlL

Y rJE JH[NJ[Q UJE

Centrede This

Dpartement

Gnie

iviiR

Projet

fin

d tudes

En vue de l obtention du Diplme d Ingnieur de Conception

uteur

Directeur interne :

Directeur externe :

MoussaS RR

M Ibrahima Khalil CISSE

M Abdoulaye THIAM


2/107

1. lUJ U ll U

\.tLU,U\.t.:l

Etude comportement des bitumes utiliss en enrobs denses au Sngal

DEDI ES

Je ddie ce

mmoire

ma Mre et mon

Pre

mes frres et surs

ma tante Madjigune NIANG

u

je dois tout

MOUssaSARR

lve ingnieur Gnie Civil

Ecole Suprieure Polytechnique de This


3/107

Projet de fm d tudes:

tudeduomportement des

itumes

utilissen enrobsdensesauSngal

R M R I M NTS

Tout d abord nous tenons

rendre grce

Dieu de nous avoir donner la sant afin que

nous puissions accomplir ce travail.

Tous mes remerciements:

o

mon Directeur interne Monsieur Ibrahima Khalil CISSE professeur l Ecole

Suprieure Polytechnique de This;

o mon Directeur externe Monsieur Abdoulaye THIAM responsable qualit de

l entreprise Jean LEFEBVRE SENEGAL ;

o

Monsieur Lamine

professeur et responsable du laboratoire de sols l Ecole

Suprieure Polytechnique de This;

o

Monsieur Claude Alain Tht ingnieur gotechnique responsable du laboratoire

de l entreprise Jean LEFEBVRE SENEGAL ;

o l ensemble du personnel de l entreprise Jean LEFEBVRE SENEGAL;

o

l ensemble du personnel du dpartement Gnie Civil de l Ecole Suprieure

Polytechnique de This;

o mes camarades de promotion.

:

: .

MoussaSARR

lve ingnieur en Gnie Civil .

. .. . :

l


. ..

. .


4/107

Projet de fin d tudes

Etude du comportement des bitumes utiliss en enrobs denses au Sngal

V TR S

Le dpartement Gnie Civil de l Ecole Suprieure Polytechnique de This forme en

cinq 5) ans des ingnieurs de conception en Gnie Civil.

Au Cours de la cinquime anne, un projet de fin d t ude s doit obligatoirement tre

tudi pa r chaque lve ingnieur au sein d une entreprise ou d un laboratoire de

recherche.

Ce projet doit faire l objet de la rdaction d un mmoire de fin d tudes qui sera

soutenu publiquement devant un jury.

C est dans ce cadre qu il nous a t d on n l opport unit d ef fe ctu er ce projet Jean

LEFEBVRE SENEGAL et en mme temps au laboratoire de recherche de notre cole.

MoussaSARR

lve ingnieur en Gnie Civil

-11-

:



5/107

Projet de fin d tudes:

tudedu

omportement

des

itumes

utiliss en enrobs

denses

au ngal

SOMM IR

Au Sngal on constate de plus

en

plus des dgradations au niveau des couches de

roulement ralises en enrobs denses. Ces problmes qui souvent sont difficiles

expliquer peuvent certainement tre dus au mauvais comportement des bitumes

utiliss.

Ce projet dcrit l tude du comportement des bitumes utiliss au Sngal pour la

fabrication des enrobs denses.

Nous avons procd dans un premier temps une tude bibliographique portant

essentiellement sur les caractristiques d utilisation des bitumes pour enrobs denses.

Dans un deuxime temps nous avons essay de faire l inventaire des diffrents

problmes concernant les bitumes utiliss en enrobs denses au Sngal.

Nous avons men dans un troisime temps une tude exprimentale sur les diffrents

types de bitumes utiliss en enrobs denses au Sngal en vue de leur caractrisation

et de leur comparaison.

Ensuite aprs des tudes comparatives sur diffrents plans nous avons essay de

choisir entre les types de bitumes le meilleur utiliser pour la fabrication des enrobs

denses au Sngal.

Enfin nous avons donn des recommandations pour la rsolution des problmes de

comportement des bitumes dans les enrobs denses au Sngal.

MoussaSARR


.. . ....

.

. .

.

II I

:.. .:


.


6/107


Etude du comportement des bitumes utiliss en enrobs.denses au Sngal

TABLE DES

M TIERES

REMERCIEMENTS: : :

V NTPROPOS

II

SOMMAIRE

III

TABLE

DES

MATIERES

IV

LISTE

DES TABLEAUX

LISTEDES FIGURES 2

INTRODUCTION 4

Chapitre

:

GENERALITES SUR

LES

BITUMES 7

1-1- DEFINITION 7

1-2- COMPOSITION DES BITUMES 8

1-3- LES PRODUITS BITUMINEUX 9

1-3-1-Le Cut-back bitume fluidifi ou bitume liquide) 9

1-3-1-1-Le cut-back prise rapide RC) 9

1-3-1-2-Le cut-back

prise moyenne MC) 9

1-3-1-3-Le cut-back prise lente SC) 9

1-3-1-4- Le cut-back abat-poussire 10

1-3-2- Les mulsions de bitume 10

1-3-3- Les bitumes pour couche d impression 10

1-3-4-Les bitumes fillriss

Il

1-4- LES MELANGES BITUMINEUX 11

1-4-2-Le bton bitumineux

Il

1-4-3- Le micro bton bitumeux 12

1-4-4- Les enrobs denses 12

1-4-5-Mlange prpar en centrale et pos froid 12

1-4-6- Mlange prpar en chantier 12

Chapitre II CARACTERISTIQUES D UTILISATION DES BITUMES 4

ll 1

VISCOSITE DES BITUMES 14

II-1-1- Pntration standard des bitumes 15

2

Point de ramollissement 15

ll 2

SUSCEPTIBILITE DES BITUMES 16

ll 3

COHESION. INTERNE 20

ll 4

DUCTILITE DES BITUMES 21

ll-S- L ADHESIVITE 22

ll 6

LA RESISTANCE AU VIEILLISSEMENT 23

6 Le vieillissement court terme 23

Moussa SARR

lve ingnieur

en

Gnie Civil

IV

-

:



7/107

Projet de fin d tudes :

Etude du comportement desbitumes utiliss en enrobs denses au Sngal

6 2

Le vieillissement long terme 24

6 2 Prsentation de la technique PAV 25

6 2 2 Prsentation de la technique RCAT 25

II 6 2 3 Temps de vieillissement quivalent RCAT PAV avec ou sans RTFOT

pralable. 26

6 4 Temps de vieillissement quivalent PAV RTFOT et RCAT RTFOT

27

ll 7 AUTRES CARACTERISTIQUES DES BITUMES 28

Chapitre III CARACTERISTIQUES DES ENROBES

m i CARACTERISTIQUES MARSHALL 31

Prparation du mlange et confection des prouvettes 32

1II I 2 Ecrasement des prouvettes Marshall 32

rn z CARACTERISTIQUES DURIEZ 33

1II 2 1 Prparation du mlange et confection des prouvettes 33

III 2 2 Ecrasement des prouvettes 34

Chapitre IV

LES

DIFFERENTESSORTESDEBITUMES UTILISES ENENROBES

DENSES

U

SENEGAL 6

Chapitre V SPECIFICATIONDES BITUMES UTILISESENENROBES DENSES

AUSENEGAL 8

V l

SPECIFICATIONS DU BITUME 40 50 38

V l SPECIFICATIONS DU BITUME 60 70 39

Chapitre VI PROBLEMATIQUEDES BITUMES UTILISES

EN

ENROBES

DENSES AUSENEGAL 41

Chapitre VII: ETUDES EXPERIMENTALES 44

vn i

CARACTERISTIQUES D IDENTIFICATION DES BITUMES

40 50 ET

~

VII 1 1 Les essais de laboratoire utiliss 44

VII I 2 Les rsultats 44

Vll 2 ETUDE DE LA VARIATION DE LA PENETRABILITE EN

FONCTION DE LA TEMPERA

TURE

46

VII 2 1 Essais effectuer 46

VII 2 2 Rsultats de l tude 46

Vll 3 ETUDE DE LA SUSCEPTIBILITE

THERMIQUE

DES DEUX TYPES

DE BITUMES 48

VII 3 1 Procdure 48

VII 3 2 Rsultats 48

Vll 4 STABILITE ET FLUAGE DES ENROBES DENSES REALISES AVEC

LES BI TUM ES 40 / 50

ET

60 70 51

VII 4 1

Conformit

des matriaux aux spcifications 51

VII 4 1 1 Granulomtrie 51

VII 4 1 2 Densit relative 52

VII 4 1 3 Coefficient de forme ou d aplatissement 52

VII 4 1 4 Essai Los Angeles 53

Moussa SARR

lve

ingnieur en Gnie

Civil

-

V


::

. . . .... .. .

.

-:.:

. : .


8/107

Projet de

in

d tudes :


VII-4-1-5- Essai Micro Deval

II-4-2- Rsultats essais de fluage et de stabilt MARSHALL) _

VII-4-2-1- Avec le bitume 40 / 50

VII-4-2-2- Avec le bitume 60 / 70

vn s

RESISTANCE MECANIQUE ET RESISTANCE AU DESENROBAGE

PAR L EAU

DES ENROBES

---- : _

Chapitre

VIII

ETUDES COMPARATIVES _

VllI-l- SUR LE PLAN DE LA QUALITE TECHNIQUE _

VIII-I-I- Conformit aux spcifications _

VIII-I-2- Sensibilit la variation de temprature _

VIII-I-3- Rsistance au vieillissement

III-I-4- Caractristiques Marshall et Duriez _

VllI-2- SUR LE PLAN ECONOMIQUE _

CONCLUSIONGENERALE

RECOMMANDATIONS _

REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES _

NNEXES

t

r

53

54

54

57

60

62

62

62

62

63

64

65

68

69

7

Moussa SARR


- VI-



9/107



LISTE S T LE UX

Tableau 1 : Spcifications des bitumes 40 50 ; ~ 3 8

Tableau

Spcifications des bitumes 60 70

Tableau

3 :

Caractristiques des bitumes 40 50 et 60 70 44

Tableau

4 :

Conformit des caractristiques des bitumes aux spcifications 45

Tableau 5 : Variation de la pntration enfonction de la temprature 46

Tableau 6 : Densit relative 52

Tableau

7:

Coefficient deforme des granulats 53

Tableau 8 : Coefficient Los Angeles des granulats 53

Tableau 9 : CoefficientMicro Deval 53

Tableau 10: Rsultats essais Marshall

sur

le bitume 40/50 54

Tableau

:

Rcapitulatifdes rsultats des essais Marshall

sur

le bitume 4 5 56

Tableau

:

Rsultats essais Marshall

sur

le bitume 60/70 57

Tableau

13:

Rcapitulatifdes rsultats des essais Marshall

sur

le bitume

6 7

59

Tableau : Rsultats des essais Duriez 60

Tableau 15 : Susceptibilit des deux types de bitumes 62

Tableau

16 :

Valeurs exprimentales et valeurs CPTP des caractristiques Marshall et

Duriez 64

MoussaSARR


.... .. . :: . . :.. . : .. . .. .

.

-1-



10/107


tu e u

comportement des bitumes utiliss en enrobs denses au Sngal

LIST

S

IGUR S

Figure 1 : Variation de lapntration enfonction de la temprature pour le bitume 40 50

47

Figure z: Variation de lapntration enfonction de la temprature pour le bitume

/

70

47

Figure

3 :

Courbe de tendance de la pntration enfonction de la temprature du

bitume 40

/ 5

49

Figure 4 : Courbe de tendance de la pntration enfonction de la temprature du

bitume 60 /

7

0 50

Figure

5 :

Variation des caractristiques Marshall des enrobs denses raliss avec le

40 50 55

Figure 6 : Variation des caractristiques Marshall des enrobs denses raliss avec le

6 0 7 0

Figure 7 : Courbe de tendance de la pntration en fonction de la temprature des

bitumes

40 50

et 60 70 63

.

MoussaSARR


.

.

-:

:

:

2



11/107

Projet de

fin

d tudes:

tudedu

omportement

des

itumes

utiliss en enrobs densesau ngal

;

MoussaSARR


.

3

.: :



12/107



INTRODUCTION

Le b it ume est. un liant hydrocarbon ou liant n oi r

base .d hydrocarbure: Sa consistance

pteuse ou dure la temprature ordinaire et sa capacit devenir liquide lor sq u o n le

chauffe environ entre 120 et 170

0

lui permettent de se mlanger chaud avec des granulats

et de donner aprs refroidissement un mlange solide; ce qui fait tout son intrt en

technique routire.

Cependant le bitume est un liant qui est trs difficile utiliser correctement vu la grande

complexit d apprcier ses qualits techniques.

Au Sngal les bitumes qui sont gnralement imports sont souvent de mauvaise qualit

ou i na da pt s; ce qui fait q u i ls se co mpo rt ent mal l or sq u il s sont utilis s dans les enrobs

denses.

D epu is trs longtemps o n utilisait au Sn gal le b itu me 40 - 50 d an s les enrobs denses.

Ce bitume bien que rsistant aux tempratures leves est suppos avoir un vieillissement

rapide qui est l une des principales causes de la dgradation des couches de roulement

Ainsi ce bitume cau se de son vieill issement acclr n est pres que plus utilis au

Sngal. On utilise maintenant le bitume 60 - 70 qui est suppos vieillir moins vite que le

4 0 5 0 .

Jusqu ici aucune tude n a t faite pour m ont rer q ue le 60 7 est m ie ux adapt que le 40

- 50 pour les enrobs denses au Sngal.

Dans ce projet il

s agira

donc de faire une tude du comportement des diffrents bitumes

qu on

utilise en enrobs denses au Sngal afin d expliquer les dgradations de trouver

des solutions et enfin de connatre le bitume le plus adapt pour nos granulats.

Ce projet s articule autour de quatre principales parties.

La premire partie est une tude bibliographique portant sur :

les gnralits sur les bitumes;

les caractristiques d utilisation des bitumes;

les caractristiques des

enrobs;

les diffrentes sortes de b it ume s utiliss en en ro b s de nses au Sngal;

les spcifications des bi tume s 4 0- 50 et 60-70.

MoussaSARR


.: .

-

.

4



13/107

Projet de

fin

d tudes:

Etude ucomportement des bitumes utiliss en enrobs denses au Sngal

Dans la deuxime partie il est question de l inventaire des diffrents problmes qu on

rencontre au niveau des bitumes et des enrobs denses raliss avec ces derniers dans le

cas du Sngal.

La troisime partie prsente l tude exprimentale mene en vue de la caractrisation et de .

la comparaison des bitumes utiliss en enrobs denses au Sngal.

Dans la quatrime partie il sera question de discussions et de recommandations concernant

le comportement des bitumes pour enrobs denses.

Ensuite la conclusion va prsenter un rsum des rsultats obtenus et indiquer les

directions vers lesquelles ce travail pourrait tre poursuivi.

Pour terminer nous allons essayer de formuler des recommandations intressantes pour le

dveloppement de la qualit des revtements bitumineux.

MoussaSARR


-5-


v

:


14/107

rojet de in

d tudes

tudedu comportement des bitumes utilissen enrobsdenses a u ngal

MoussaSARR

lve ingnieur enGnie Civil

. .



15/107

Projet de

fin

d'tudes :


Chapitre : GENER LITESSUR L S ITUM S [

]

1-1- DEFINITION

Les bitumes sont des liants hydrocarbons ayant plusieurs origines. Certains se rencontrent

l'tat naturel, comme le Trinidad ; certaines roches, telles que les calcaires asphaltites

sont des roches poreuses imprgnes

d une

certaine quantit de bitume naturel. La plupart

de ces calcaires asphaltites contiennent moins de 10 en poids de bitume.

D'autres bitumes sont obtenus comme rsidu de la distillation des ptroles asphaltites ou

semi-asphaltiques. Ces bitumes de distillation sont gnralement appels brais de ptrole. ;

leur composition chimique diffre nettement de celle des brais de houille.

Enfin, certains bitumes sont obtenus par des ractions d'oxydation au sein de certaines

fractions de ptroles appropris; ce sont des bitumes souffls ou oxyds.

Aujourd'hui, avec le dveloppement des mthodes modernes de raffinage du ptrole brut

domestique, on peut obtenir des matriaux bitumineux cot moindre. C est ainsi que les

autres bitumes prcits sont devenus non comptitifs. La plupart des pays produisent donc

le bitume partir du ptrole brut.

Les bitumes, comme tous les liants hydrocarbons permettent la constitution de mortiers et

btons, et ont une grande analogie avec les mortiers et btons de ciment.

En ralit, les bitumes jouent la fois dans les mlanges, le rle de

l eau

qui mouille les

agrgats et le rle du ciment qui les agglomre; ils n'entrent donc pas dans la composition

granulomtrique du squelette au mme titre que les liants pulvrulents.

On utilise beaucoup les bitumes pour la construction routire et pour celle des arodromes;

on les utilise par ailleurs pour la construction des produits

d'tanchit

et de certains

revtements protecteurs contre la corrosion.

Les bitumes de distillation sont les plus employs en technique routire, notamment pour la

fabrication des btons bitumineux et des enr.obs ; au contraire, les bitumes souffls sont le

plus souvent utiliss en technique d'tanchit.

MoussaSARR


. : . : . : ; ,

7

. . . .

: :



16/107



1-2- OMPOSITIONDES BITUMES

Le bitume est un systme collodal compliqu de matriaux hydrocarbons qui sont en

gnral constitu par :

Les asphaltes

Ils constituent le corps du bitume. Ils ont une proportion de carbone - hydrogne

qui est suprieur 80 .

Les rsines

Elles affectent la ductilit et l adhrence du bitume. Elles ont une proportion de

carbone - hydrogne qui varie entre 60 et 80 .

Les huiles

Elles influencent la viscosit et l coulement. Elles ont une proportion de carbone

hydrogne qui est infrieure 40 .

Il est noter qu il est impossible de dterminer avec prcision la composition

exacte des bitumes. Le problme vient du fait que les composants du bitume sont sensibles

tant la chaleur si on veut les sparer par distillation,

qu

l action des agents chimiques, si

on veut les sparer par un procd chimique. Ensuite, il faut noter que, avantle traitement,

la composition initiale des ptroles bruts est extrmement variable

d un

point de

production un autre du fait des diffrences d origines ou d extractions. D une usine une

autre, les procds de prparation des bitumes diffrent.

Ainsi, les bitumes commercialiss, bien qu ils aient certaines appellations

identiques parce qu ils ont certaines proprits importantes communes, ont cependant de

Moussa SARR

. lve ingnieur en Gnie Civil

-.

:

:. .

8

. :-:

. ..

.



17/107



grandes diffrences de comportement

su r

le chantier. Leurs qualits techniques doivent

donc tre apprcies par de nombreux essais afin de les utiliser correctement.

1-3-

LES PRODUITS BITUMINEUX

1-3-1-

Le Cut-back bitume fluidifi ou bitume

liquide

Le Cut-back est un bitume semi-dur qui a t liqufi. Il

s obtient

par mlange avec

des solvants ptroliers encore appels diluants.

A leur exposition aux conditions atmosphriques, les solvants s vaporent et

laissent le bitume semi-dur remplir sa fonction.

1-3-1-1- Le cut-back

prise rapide RC)

Il est compos

d un

c imen t b it umin eux et d un diluant de haute

volatilit comme

l huile

de naphte ou la gazoline.

1-3-1-2- Le cut-back prise moyenne MC)

Il est compos d un ciment bitumineux et d un diluant de volatilit

moyenne comme le krosne.

1-3-1-3- Le cut-back prise lente SC)

Il est c ompo s

d un

ciment bitum ineux et des huiles de volatilit

lente.

MoussaSARR


:: :

- :....

. -

. . ,

.

9


.

.


18/107

Projet

de fm

d tudes:

Etude

du comportement des bitumes utiliss en enrobs denses au Sngal

1-3-1-4-Le cut-back abat-poussire

C est une huile ptrolire lourde, normalement un des cut-back

prise lente, grade SC.

1-3-2- Les mulsions de bitume

Les liants noirs peuvent tre mis en mulsion pour tre utiliss tempratures moins

leves 30-70).

L mulsion est un mlange de bitume et d eau contenant une petite quantit

d un

agent

mulsifiant. Elle forme un systme htrogne contenant deux phases normalement non

miscibles le bitume et l eau), systme dans lequel l eau constitue la phase continue de

l mulsion, et les minuscules globules de bitume forment la phase discontinue.

L agent mulsifiant ou l additif permet d assurer en entourant les globules ou gouttes de

bitume, la stabilit de l mulsion.

Les mulsions bitumineuses peuvent tre soit basiques ou arnomques, c e st dire

constitues de globules de bitume chargs d lectricit ngative, soit acides ou cationiques,

globules de bitume chargs d lectricit p osit iv e; tout dpend de l a gen t mulsifiant

utilis.

Il existe de nombreuses mulsions en fonction de la rapidit de la rupture, de la grosseur

des gouttes, du dosage en additif, etc

Grce leur facilit d emploi, elles sont trs utilises en entretien courant, notamment en

impermabilisation

de surface.

1-3-3- Les bitumes pour couche d impression

C est un produit bitumineux liquide de faible viscosit qui, lors de son application, pntre

une surface non bitumineuse.

Moussa SARR


. . , .

: ::

.

:.

.

-10-

: ..



19/107

Projetde

fin

d tudes:


1-3-4-Les bitumes fillriss

Il contient des matires minrales finement fractionnes et passant au tamis 0,075 mm.

1-4- LES MELANGES BITUMINEUX

1-4-1-Le mlange en centrale

Il est produit dans une centrle de malaxage de bitume. Il est obtenu avec un agrgat

minral enrob uniformment avec du liant bitumineux,

d un

cut-back ou d une mulsion

de bitume.

1-4-2-Le bton bitumineux

C est un mlange chaud parfaitement contrl et de haute qualit constitu de liant

bitumineux et d agrgats de qualit, et bien calibr.

Le mlange doit tre bien compact et en une masse bien uniforme et dense.

La mise en place est assure par un finisseur d une grande prcision de pose. L paisseur

d une couche de bton bitumineux fait en gnral 2 3 fois le diamtre du plus gros

granulat.

Le pourcentage des vides est d environ 5 .

MoussaS RR


: .

.

. . . . . . . . .



20/107

Projet de fmd tudes:

Etudedu

omportement

des

itumes

utiliss en enrobsdensesau Sngal

4 3 Le micro bton bitumeux

C est

un mlange chaud de ciment bitumineux avec du sable calibr, propre, angulaire et

du filler minral. Son utilisation est normalement limite la couche de roulement qui est

ordinairement rpandue sur une couche intermdiaire ou de nivellement.

4 4 Les enrobs denses

Il s agit d un mlange en centrale pos chaud et qui doit tre rpandu et compact

pendant qu il est une temprature leve.

Pour faire scher l agrgat et pour obtenir une fluidit suffisante

du

bitume, les deux

matriaux doivent tre chauffs avant leur malaxage.

L engin de pose des enrobs est un finisseur de prcision de 2 cm sur 4 m.

L paisseur des enrobs est comprise entre 2 et 3 fois le diamtre du plus gros granulat, et

le pourcentage des vides est de 10 .

.

4 5 Mlange prpar en centrale et pos froid

Le mlange est prpar en centrale et est rpandu et compact la temprature ambiante.

4 6 Mlange prpar en chantier

C est

un mlange d agrgat minral et de cut-back ou

d une

mulsion de bitume. Ce

mlange est prpar sur la route avec un quipement spcial.

MoussaSARR


: :

-

: :



21/107

.

.

rojet de fmd tudes

Etudedu comportement des itumes utiliss en enrobs densesauSngal

Moussa SARR Ecole Suprieure Polytechnique de This

.

v

ingnieur Gnie Civil . -13-

,

.:

-.

: . . . . .

:

.

: .

.:

.

, . . ..

. .. .


22/107

Projet

de fin

d tudes:

Etudedu omportement des itumes utiliss en enro s densesauSngal

Chapitre

II

C R CTERISTIQUES D UTILIS TION ESBITUMES [2

]

La viscosit la cohsion interne l adhsivit et la rsistance au vieillissement sont les 4

caractristiques essentielles des bitumes.

Nous tudierons successivement ces proprits avec quelques autres qui sy rattachent.

VISCOSITE DES BITUMES

La viscosit des bitumes peut tre tudie dans le cadre gnral de la viscosit des

liquides; toutefois cette tude se complique ici du fait qu on n a pas affaire un liquide

simple mais une solution vraisemblablement collodale susceptible par consquent de

prendre avec le temps sous l effet du repos de l abaissement de temprature et de la

concentration en rsines une certaine structure rigide variable avec les conditions

d ambiance et de milieu.

Les bitumes selon la temprature et selon la nature des composants rsineux sont

susceptibles de voir leur viscosit varier dans des limites extrmement tendues allant de

la consistance de liquides s coulant facilement jusqu celle de corps vitreux prsentant

les caractristiques et la fragilit des verres.

Par consquent les viscosits se mesurent de manires trs diffrentes.

Ainsi la viscosit des bitumes l tat de liquide visqueux est mesure par un viscosimtre

coulement muni d un ajutage.

Par contre pour les bitumes qui se prsentent sous forme de solides mous semi-durs on

mesure la viscosit au moyen d un appareil cylindrique tige centrale charge et

comprenant dans l espace annulaire le liant que l on veut tudier.

La mesure de la viscosit des bitumes par la dure d coulement travers un orifice ne

peut s appliquer donc aux bitumes non fluidifis qu on utilise dans les enrobs.

Ainsi pour caractriser l tat de viscosit ou de duret des bitumes de cette nature

diffrents essais ont t standardiss ; savoir:

la mesure de la pntration;

la mesure du point de ramollissement.

::

.

MoussaSARR

lve ingnieur

eI

Gnie C.ivil

. ..

14



23/107

Projet de fm

d tudes

Etude


11-1-1-Pntration

standard

des bitumes

La pntration standard d un bitume se dfinit comme tant la pntration

2S C d une

aiguille normalise, charge de 100 g et abandonne durant S s. Elle s value en diximes

de mm, que

l on

appelle points.

La mesure se fait avec un appareil appel pntromtre Dow.

La

pntration standard

d un

bitume caractrise son tat de viscosit une temprature standard (2S

OC

La pntration standard est en fait la mesure de duret qui sert de base la classification

des bitumes routiers. Ces bitumes sont caractriss par deux nombres qui reprsentent les

limites infrieures de la pntrabilit

2S C.

La temprature ayant une grande influence sur la duret des bitumes, il est trs important

de prciser la temprature

laquelle l essai est ralis.

Pour mieux dfinir un bitume, on est d ailleurs amen

effectuer quelques fois des essais

plusieurs tempratures; ce qui permet de tracer une courbe de pntrabilit en fonction de

la temprature, trs utile pour dfinir la susceptibilit thermique.

11-1-2-Point de ramollissement

Les bitumes, selon qu ils soient plus ou moins susceptibles, se ramollissement plus ou

moins vite. Il est donc utile demesurer le point de ramollissement des bitumes.

Le

point de ramollissement le plus utilis est le point de ramollissement bille anneau. Le

point de ramollissement est en effet la temprature laquelle une bille d acier de diamtre

standard, aprs avoir travers la matire essayer (colle dans un anneau), atteint le fond

d un

.vasestandardis rempli

d un

liquide que l on chauffe progressivement, et dans lequel

on a plong l appareil.

Comme pour la pntrabilit, on donne pour chaque classe de bitume des limites

infrieure et suprieure entre lesquelles doivent se trouver les valeurs de temprature bille

anneau des bitumes routiers.

: :

MoussaSARR


-15 :


1


24/107


Etudedu comportement desbitumes utiliss en enrobsdensesau ng l

Il faut noter que les bitumes ne sont pas des corps

purs

par consquent ils n ont pas de

points de fusion francs. Leur consistance dcrot quand la temprature s lve.

C est ainsi qu on a fix arbitrairement un repre de changement de consistance: le point de

ramollissement. .

La connaissance simultane de la pntration

d un

bitume et de son point de

ramollissement bille anneau permet de juger sommairement l tat de duret de ce bitume

aux diffrentes tempratures utiles.

2 SUSCEPTIBILITE DES BITUMES

La susceptibilit d un bitume c est la caractristique marquant son aptitude varier plus

ou moins de consistance pour une variation dtermine de la temprature. C e st une

caractristique qui change avec la temprature il faut donc prciser cette dernire.

Par exemple dans les pays froids si l on examine un liant dur et fragile comme un liant

qui a vieilli durant l hiver il est certain que sa caractristique examiner c est la viscosit

et non la pntration. En effet la pntration sera dj trs faible lorsque le bitume

quoique trs dur ne se montrera pas encore d une fragilit excessive tandis que pour un

nouvel et trs fort accroissement de viscosit ce liant pourra devenir friable et sans valeur;

la pntration trs faible primitivement aura peine chang et la susceptibilit du bitume

la pntration apparatra comme trs faible.

Par contre dans les pays chauds comme le Sngal o il s agit d examiner le

comportement du bitume durant les priodes de hautes tempratures c est indubitablement

la susceptibilit la pntration qu il faut considrer.

En effet ce degr de consistance

la

viscosit varie trs faiblement quand la temprature

se modifie alors que la temprature varie dans les limites extrmement grandes; d autre

MoussaSARR


-16-


. : .

.

...

.

. . . . . : .:. .


25/107

Projet de fin

d tudes


part ce

n est

plus la fragilit qui est une consquence de la viscosit leve que l on craint

mais la dformation plastique les empreintes les ondulations et les poinonnements.

Comme tous les liants hydrocarbons les bitumes sont trs visqueux la temprature

ambiante mais leur consistance varie avec la temprature. Ce qui fait que par temps froid

ils deviennent plus rigides par temps chaud ils se ramollissent et haute temprature ils

sont fluides et s coulent facilement.

Cependant il faut non seulement prciser la temprature mais prciser aussi la nature

exacte de la caractristique que

l on

envisage pour reprer la consistance. Cette

caractristique peut tre soit la viscosit soit la pntration.

Suivant que sa consistance varie considrablement ou faiblement en fonction de la

temprature on dit que le bitume est trs ou peu susceptible la temprature.

Ainsi en construction routire on vitera d utiliser des bitumes de haute susceptibilit

pour que les proprits mcaniques restent constantes le plus longtemps possible dans la

gamme de variation habituellement admise

la surface des chausses.

Cependant il faut noter que du fait que les corps noirs absorbent de la chaleur la

temprature

d un

revtement peut tre nettement plus leve que celle de l air ambiant.

On caractrise la susceptibilit analytique par la valeur absolue de la tangente angulaire

la temprature considre de l angle que fait la courbe de consistance du bitume avec

l axe des tempratures.

Autrement dit la susceptibilit est la valeur absolue de la drive de la fonction considre

par rapport la temprature.

Nous dsignerons la susceptibilit par le symbole

J

La susceptibilit par rapport

la viscosit sera donc

v

dZ

t

MoussaSARR

lve ingnieur en Gnie Civil-

-17-

. . ..... . >

.



26/107



La susceptibilit par rapport la pntration sera

J

dt

Si on reprsente la viscosit ou la pntration par des fonctions exponentielles, les

susceptibilits seront elles - mme des fonctions exponentielles.

Pour obtenir une constante du bitume, on peut considrer ce que l on appelle la

susceptibilit logarithmique que l on note E.

La susceptibilit logarithmique est en effet la valeur absolue de la drive, par rapport au

temps, du logarithme nprien de la fonction reprsentant la consistance du bitume.

Prenons la fonction reprsentant la viscosit:

kt

J Joe

O n a

log

= log

0

-

k

.

t

Par suite:

_ d log ]

=

k

L

v

dt

S il s agit de la viscosit logarithmique qui nous intresse le plus, c est dire celle due la

pntration, nous pouvons prendre la fonction suivante:

O n a

l o g l o ~ i

-

..

;

Moussa SARR

.lveingnieur en Gnie Civil

: .: :

.

18



27/107

Projet de fin

d tudes:


D o:

L = d logP = h

P dt

On peut dmontrer que, pour un mme bitume, la susceptibilit logarithmique due la

viscosit est approximativement le double plus exactement 1,93 fois , de la susceptibilit

logarithmique due la pntration.

On a en effet sensiblement:

tant une constante; et la temprature tant la mme pour

et pour p.

Donc:

log 1]=2 gP = log t

Par suite, on a :

loma

=

o ~

=Iog.l

On tire des quations donnes plus haut:

2h =k

Ou encore:

=2L

p

Moussa SARR

. lve

i l ~ n i u r n

Gnie Civil .

-19-



28/107



11-3-COHESION INTERNE

La cohsion interne

d un

bitume est caractrise .par sa rsistance la rupture

une

temprature

dtermine

et dans des conditions de vitesse de

dformation

ou de vitesse de

mise en charge galement fixes.

Ce que l on entend par cohsion interne n a donc pas un sens aussi prcis que celui

envisag en mcanique des sols o l on dsigne sous le nom de cohsion la rsistance la

rupture par cisaillement.

La cohsion interne

d un

bitume

c est

la rsistance la rupture du bitume dans sa masse

sous l action des efforts appliqus dans des conditions d ambiance et de chargement

dtermines.

On entend plus souvent par le mot cohsion une rsistance la rupture par traction et par

unit de surface de collage excute par le bitume donn et sous une paisseur dtermine

C est ainsi que le cohsimtre Laut opre par traction

d un

ressort sur des poids colls

sur un socle avec une paisseur de bitume bien fixe.

cohsion interne des bitumes est une fonction de leur viscosit. Jusqu un certain stade

de duret ou de viscosit la cohsion interne croit en mme temps que la

viscosit ;

partir

d une viscosit ou d une duret suffisamment grande ou partir d une vitesse de mise en

charge ou d une vitesse d longation suffisamment leve un autre phnomne apparat:

c est la rupture par fragilit. A partir de ce moment la cohsion interne diminue si la

viscosit ou la duret augmente. Il se produit en effet un dc hirement;

c est

dire une

rupture dont la propagation

n est

pas instantane dans la surface de cohsion; cette

dernire se produit de manire progressive. C est une rupture par fragilit similaire celle

des verres et des matriaux fragiles qui provoque la dgradation des bitumes vieillis;

savoir :les fissurations les miettements des revtements etc

MoussaSARR




29/107

Projet de

fin

d tudes:

Etude du comportement des bitumes utiliss en enrobs denses au Sngal : ., .

: ;;

~ ' . J ' . ; ' ; I . , ' : . ' I ' ;

11 4 DUCTILITE DES BITUMES

La ductilit

d un

bitume est une caractristique complexe qui tient la fois compte de la

viscosit et de la cohsion, que nous venons d tudier.

Un bitume est ductile, une certaine vitesse, lorsqu il peut tre tir cette vitesse, et

une certaine temprature, sans se rompre:

On mesure la ductilit des bitumes au moyen d un ductilimtre standard la temprature

de 25C et la vitesse d allongement de 5 cm par minute.

L essai se fait dans de l eau pour liminer en majeure partie l effet de pesanteur. On

effectue les mesures sur des prouvettes en forme de 8.

En effet, une prouvette est moule dans des conditions et dimensions normalises.

L prouvette est ensuite amene la temprature normalise de l essai, et tire selon un

taux de vitesse dtermin jusqu ce que le fil reliant les deux bouts se coupe.

L allongement en centimtres, au moment o le fil du matriau se coupe, est dsign

comme tant la ductilit.

Pour un mme bitume, la ductilit croit quand la temprature s lve. Pour des bitumes de

mme nature, la ductilit croit quand la pntration

croit

c est--dire quand la viscosit

diminue.

Pour des bitumes de natures diffrentes, la ductilit croit quand la susceptibilit croit. Par

exemple, les bitumes oxyds sont pntration gale, moins ductiles que les bitumes de

distillation directe; ils sont en effet moins susceptibles.

Cependant;la ductilit n est pas autre chose qu une aptitude la dformation par fluage.

En ralit, quand on tudie la correspondance entre la pntration et la viscosit de divers

bitumes dont les caractristiquessont tudies la mme temprature, on s aperoit que,

pour une mme pntration, la viscosit n est pas le mme suivant les divers types de

bitumes. En effet, la viscosit est d autant plus leve que le bitume une structure

MoussaSARR


-21-



30/107

Projetde in d tudes :


prononce. C est ainsi que les bitumes souffis ont des viscosits plus leves que les

bitumes de distillation directe; ceci veut dire que pour une mme facult se laisser

pntrer par l aiguille standard, le bitume souffi se laisse moins bien dformer par

cisaillement; il s adapte moins bien; il est donc moins

ductile

D a utre part, il est moins susceptible parce que sa texture plus rigide lui permet d tre

moins influencpar les variations de tempratures.

ll-S- L ADHESIVITE

L adhsivit des bitumes est une question d importance capitale au point de vue de la

technique routire; mais c est galement l une: des questions les plus difficiles tudier

scientifiquement en raison de sa complexit. D a ut re part, beaucoup de revtements

risquent d tre dfaillants par manque d adhsivit du bitume en prsence d eau.

En raison de sa complexit, l adhsivit ne peut pas se dfinir d u n e manire simple et

unique. On peut dire que l adhsivit d un bitume pour un minral agrgat ou granulat) est

marque par la rsistance au dcollement du bitume quand il a t appliqu sur ce granulat.

Mais, une telle dfinition qui parait trs simple priori, est en ralit incomplte. Cette

dfinition est en effet inutilisable; car on pourrait s imaginer qu il suffit, pour mesurer

cette adhsivit, d oprer par collage dans des conditions dtermines, du bitume sur le

granulat, et de voir quel est l effort qu il faut appliquer pour rompre l adhrence; c est-

dire pour dcoller le bitume et mettre nu la surface du granulat.

La question n est pas aussi simple en ralit. En effet, pour qu une dfinition soit

convenable, il faut d abord qu elle soit base sur une mthode de mesure fiable.

Or il est impossible, par une mthode mcanique de traction, de cisaillement ou de torsion,

de provoquer le

~ l l m n t

; sauf dans les cas particuliers o il ya pas eu effectivement

de collage, soit cause de l eau ou de la poussire interpose, soit cause du fait que le

..

..

; . :

.

MoussaSARR


22



31/107


Etude

du

comportement

des bitumes utiliss en

enrobs

denses

au

Sngal

bitume, au moment o il a t appliqu, n tait pas dans un tat de viscosit suffisamment

faible pour pouvoir mouiller le granulat.

En effet, si l on tente un dcollement par action mcanique aprs un collage bien russi

avec un bitume, on s aperoit qu on obtient en ralit une rupture dans la masse du bitume,

due un flchissement de la cohsion interne. Cette rupture sera facile par exemple lorsque

le bitume est peu visqueux, car la cohsion est fonction dans ce cas, surtout de la viscosit

et aussi de certaines liaisons dans la masse, donnant

cette dernire de la rigidit.

Dans d autre cas, si le bitume est extrmement visqueux, la rupture dans la masse sera due

la fragilit et se ralisera par un phnomne de dchirement.

11-6- L RESIST NCE AU VIEILLISSEMENT

]

Sous l i nfluence de l oxygne de l air, en particulier, les caractristiques d origine des

bitumes se modifient plus ou moins au cours du temps. D une faon gnrale, ceci se

traduit par un durcissement et une diminution de la susceptibilit thermique.

Cependant, il existe deux types de vieillissement: le vieillissement court terme ou

vieillissement de construction et le vieillissement

long terme ou vieillissement en service.

La simulation en laboratoire de ces deux vieillissements fait appel des tests acclrs

augmentation de la temprature, flux d air ou d oxygne, pression, mlange, film mince)

11-6-1- Le vieillissement

court terme

Au cours de l enrobage, l lvation de temprature que subit le bitume, provoque un

premier vieillissement appel vieillissement de construction ou vieillissement

court

terme.

MoussaSARR


..... :

-23-



32/107


tu e

u comportement des

~ t u m s

utiUssen enrobs denses au Sngal

L essai RTFOT (Rolling Thin-Film Oven) 163C simule d une manire adquate le

vieillissement de construction. Il consiste soumettre un chantillon de bitume la

temprature de 163C en tuve ventile pendant 75 min. On mesure ensuite la temprature

bille et anneau et la pntration du bitume.

Une volution importante de ces deux grandeurs aprs RTFOT traduit une sensibilit

excessive au vieillissement.

11-6-2- Le vieillissement

long terme

Aprs un vieillissement de construction, les liants bitumineux subissent in situ un

vieillissement en service ou

long terme dans les conditions climatiques rgnant sur la

route. Ce deuxime vieillissement est un facteur trs important dans le comportement

long terme des enrobs bitumineux..

Pour le vieillissement long terme, deux techniques sont principalement en lice : le PAV

(Pressure Ageing Vessel) propos par le SHRP, mais pour lequel il existe une certaine

rticence au niveau europen, et le RCAT (Rotating Cylinder Ageing Test) dvelopp par

le Centre de Recherches Routires (C.R.R). Le PAV est un essai statique tandis que le

RCAT est un essai dynamique.

Une comparaison des rsultats obtenus via ces deux techniques montre que les ractions en .

cause sont similaires. Des quivalences de temps de vieillissement RCAT-PAV ont t

tablies. Des interfrences dues

la dgradation et/ou la sgrgation du polymre ont t

mises en vidence dans le cas des bitumes modifis aux polymres. Les avantages de la

technique de vieillissement RCAT pour simuler le vieillissement

long terme des liants

bitumineux sont mis en lumire.

MoussaSARR


.. .

. .

:

; ..

24



33/107


Etude du comportement des bitumes utiliss en enrobs denses

KU

Sngal

11-6-2-1- Prsentation de la technique PAV

L essai PAV a t dvelopp et mis au p oi nt da ns le cadre du p ro gr amm e SHRP.

Les conditions d essais sont les suivantes:

- coupelles contenance 50 g de liant) places dans une enceinte haute pression,

- temprature d essai : gnralement 100C,

- pression

d air

2,1 MPa,

- dure 20 h.

Au niveau europen,

l

y a asse z b ie n de rtic ences ad op te r cet essai. Les inconvnients

en sont une temprature un peu trop lev e, film trop pais 5 mm), essai statique et

enceinte sous haute pression 100C. La dure de 20h constitue pa r contre un avantage

important.

11-6-2-2-Prsentation de la technique

RCAT

L essai RCAT a t labor pa r le CR R dans le cadre de la mise au point d un essai

acclr simulant d une manire adquate le vieillissement des liants in situ.

Les conditions d essais sont les suivantes:

- 500-550 g de liant sont placs dans le cylindre en inox qui tourne la vitesse de 1

tour/min,

l intrieur, un cylindre plein en inox assure la formation d un film sur la paroi interne

3 mm), le renouvellement de la surface expose et l homognisation de l chantillon,

- un flux de 4,5 L/h d oxygne assure une atmosphre enrichie en oxygne et son

renouvellement,

- la temprature prconise est gnralement de 85C,

- la dure de l es sai est de 240 h.

MoussaSARR


.: .

.

...

:

:

. .

.

-25-

.

: .

..

.

.



34/107


Etude du comportement des bitumes.utiliss en enrobs denses au Sngal

La dure de l essai constitue videmment son dsavantage majeur. Par contre, l essai est

dynamique, le vieillissement homogne, la quantit de liant vieilli suffisante pour des

essais complmentaires, et il permet des prlvements (25-30 g) diffrentes chances

afin de suivre l volution des caractristiques et proprits en fonction du temps Ode

raction. Une approche cintique des phnomnes de vieillissement est donc rendue

possible.

II-6-2-3- Temps de vieillissement quivalent RCAT-PAV avec ou

sans RT T pralable.

Le

Centre de Recherches Routires (CRR) a tudi ce temps de vieillissement quivalent

sur sept liants bitumineux (2 bitumes et 5 bitumes modifis aux polymres (asphaltites))

ayant subi ou non un vieillissement

RT T

pralable de 75 min.

La conclusion gnrale concernant l quivalence RCAT-PAV est que

a) 20 h de vieillissement PAV correspondent:

en moyenne,

168 h de vieillissement RCAT

85C

pour la plupart des liants examins,

126 h de vieillissement RCAT 85C pour le PmE

PHC43 forte teneur en SBS,

et 200 h de vieillissement RCAT 85 C pour le

PmE PHC44 (polymre: EVA),

b) ou, inversement, que 240 h de vieillissement RCAT 85 oC

correspondent :

en moyenne,

28,5 h de vieillissement PAV

100 C

pour la plupart des liants examins,

MoussaSARR

lve ingnieur et: l Gnie Civil

6


.

.. t . , :

, . .

:

:

:


35/107



38 h de vieillissement PAV pour le PmB PHC43

forte teneur en SBS,

et 24 h de vieillissement PAV pour le PmB PHC44

polymre : EVA).

11-6-4- Temps de vieillissement quivalent PAV-RTFOT et RCAT

RT T

L approche est similaire celle utilise dans le paragraphe prcdent. L analyse, les

observations et les constatations faites par le CRR sont trs similaires pour l quivalence

RCAT-RTFT et PAV-RTFT au facteur quivalence RCAT-PAV prs.

En valeur moyenne, l quivalence RCAT-RTFT peut donc aller d environ 10 45 h

selon le liant considr et, mme jusqu 54 h pour certaines caractristiques). La valeur

moyenne gnrale, pour autant que cela ait un sens, se situe vers les 28 h de vieillissement

RCAT 85C pour obtenir un vieillissement quivalent aux 75 min de l essai RTFT

163C.

En valeur moyenne, l quivalence PAV-RTFT peut donc aller d environ 1 5 h selon le

liant et, mme jusqu 6, pour certaines caractristiques).

Ceci confirme donc aussi que les mcanismes ractionnels sont diffrents lors du test

RT T

163C et du test RCAT ou PAV et que deux types d essais sont indispensables

pour apprhender le comportement des liants bitumineux vis--vis de ces deux

vieillissements.

MoussaSARR


27


.. ::


36/107



11-7- AUTRES CARACTERISTIQUES DES

BITUMES

En dehors des essais classiques tels que la pntrabilit et la temprature bille anneau, les

caractristiques des bitumes peuvent tre mesures par des essais moins conventionnels de

traction directe et de rhologie.

Le s

essais rhologiques donnent accs

deux grandeurs:

o

la norme

module

complexe

ol

couramment appel

module .

Elle

exprime la rigidit du produit et dcrot donc en fonction de la

temprature.

o l angle de phase l , ou dphasage, est quant

lui en relation avec

l aptitude du produit

se dformer.

Le module et l angle de phase sont dtermins avec un viscoanalyseur Metravib

diffrentes frquences allant de 5 250

Hz

et diffrentes tempratures comprises entre-

20 et +60 C.

Pour valuer le comportement des bitumes vis vis du fluage hautes tempratures, et de

la fragilit basses tempratures, on exploite les valeurs de

ol

et de l , respectivement

60 c et

10

c.

En ce qui nous concerne, on peut exploiter donc ces valeurs de

ol

et de

60 C pour

apprcier le comportement de nos bitumes face au fluage

hautes tempratures.

Le critre ol

/

sin l a aussi t retenu pour apprcier le pouvoir anti-omirant des

bitumes.

La rsistance l ornirage est d autant plus forte que le rapport est lev.

MoussaSARR


. . . .

.

-28-

. .. ..



37/107


. Etude du comportement des bitumes utiliss en enrobs denses

au

Sngal

L essai de traction directe,

emprunt l industrie du caoutchouc consiste tirer une

prouvette de bitume normalise dite H2)., dans un caisson isotherme.

L allongement est dtermin la temprature de SoC et pour une vitesse d tirement de

lOOmm/mn

MoussaSARR


-


38/107

Projet de fin

d tudes

tudedu omportement des itumes utiliss en enrobsdensesau ngal

H PITRE C R CTERISTIQUES ~

ENRO ES

MoussaSARR

. lve ingnieur en Gnie Civil

..

.

.

.

.

. .

:.

:

-30- .



39/107

Projet

de fin d tudes:


Chapitre Ill C R CTERISTIQUES ESENRO ES

Pour la caractrisation des enrobs, on procde deux essais essentiels que sont l essai de

stabilit

e

Marshall estimation des caractristiques mcaniques) et l essai LCPC Duriez

mesure de la tenue l eau).

CARACTERISTIQUES MARSHALL [ ]

L essai est ralis au moyen de l appareil de M arshal l; mthode normalise ASTM

D1551-76.

Cette dtermine deux proprits physiques des enrobs:

la stabilit

due

la rsistance

la rupture en N ;

lefluage

due

la dformation

la rupture en unit de 0,25 mm.

Il faut noter qu ici on applique la charge sur la surface latrale de l prouvette en utilisant

l appareil de Marshall.

Cet essai exige :

que les matriaux utiliss soient conformes aux spcifications ;

que les agrgats utiliss aient la bonne granulomtrie ;

que la densit relative brute moyenne des agrgats soit

connue;

que la grosseur maximale des particules d agrgats ne dpasse pas 25,4 mm.

L essai permet de doser l enrob en observant l ordre suivant:

on prpare les prouvettes selon diffrentes teneurs en bitume ;

on dtermine la densit relative brute de ces prouvettes;

on dtermine la stabilit et le fluage de ces prouvettes;

on dtermine la densit relative maximale thorique de ces mmes

prouvettes aprs Ieurrupture au moyen de l appareil de Marshall

MoussaSARR

lve ingnieur enGnie Civil

-31-



40/107


Etude

du


Une fois ces travaux termins, on pourra calculer et tracer les courbes des proprits qui

serviront trouver la teneur en bitume optimale et faire le dosage des enrobs

conformment aux normes exiges.

111-1-1- Prparation du mlange et confection des prouvettes

Dans un rcipient mtallique pouvant contenir environ 2000 cnr , on verse 1200 g de

mlange de granulats reconstitue partir de 2, 3 ou 4 classes granulaires dont les

pourcentages varient en fonction de l enrob dsir.

Dans le mme rcipient, on rajoute une certaine quantit de bitume et on malaxe le tout. Le

mlange est port

140C avant d tre vers dans le moule Marshall.

On place un disque de papier filtre sur le mlange et on procde au compactage raison de

50 coups sur chacune des deux faces de l prouvette.

Le compactage doit se faire en maintenant verticale la tige de la dame et on laisse tomber

le marteau 50 fois.

On

dmonte et on remonte ensuite le moule en intervertissant la base et

la hausse. On rpte nouveau le compactage. Ensuite on enlve la base, p uis

on

place

l prouvette toujours

ns

le moule, sous un robinet d eau pendant 5 minutes environ pour

acclrer le refroidissement. Enfin, on dmoule et on passe

la confection de l prouvette

suivante. Le nombre d prouvettes confectionner p our chaque dosage en liant est de

cinq 5) dont les deux 2) seront utiliser pour la dtermination de la densit apparente de

l enrob par pese hydrostatique. Les trois autres sont conserves l air libre pendant 5

heures avant d tre immerges dans un bain hydrostatique rgl

60C pendant 30 min.

111-1-2- crasementdes prouvettes Marshall

L prouvette sortie du bain hydrostatique est place dans l appareil Marshall constitu par

deux mchoires

s appuyantsur

deuxgnratrices opposes

d une

presse pouvant

dvelopper 2 tonnes pendant l crasement qui est diamtral; la vitesse de presse devant

tre constante et gale 0,845 mm seconde.

:

Moussa SARR




41/107

Projet de fm d'tudes :.


On note l'effort

maximum

dvelopp par la presse et la dformation latrale de

l'prouvette au moment de la rupture qui sont respectivement la stabilit et le fluage.

2 CARACTERISTIQUES

DURIEZ [ 7 ]

C est un essai essentiellement franais dont le mode opratoire, de mme que

l'appareillage sont contenus dans le protocole opratoire du Laboratoire Central des Ponts

et Chausses (L.c.P.C), il s'appl ique aux mlanges bitumineux dans lesquels tous les

agrgats passent au tamis

mailles carres de 20 mm.

111-2-1-Prparation du mlange et confection des

prouvettes

Dans le cas de l'essai L.c .P.C. Duriez, le poids de granulats considr est de 1000 g, le

pourcentage de bitume est le pourcentage optimal de bitume trouv partir de l'essai

Marshall.

Les granulats et le bitume sont mis dans un rcipient mtallique puis le mlange est port

par chauffage 140C.

Le moulage des prouvette Duriez se fait l'aide de moules cylindriques de 80 mm de

diamtre infrieur et de 150 mm de hauteur.

Le compactage se fait la presse

CB R

avec une pression de 120 kg / cm

2

,

~

pression

est applique en une minut et maintenue pendant cinq minutes.

On ralise gnralement sept (7) prouvettes pour une mme teneur en liant dont :

une (1) est rserve

la dtermination de la densit apparente par pese

hydrostatique ;

trois (3) prouvettes craser aprs sept (7) jours de conservation 18C'

l air libre;

trois (3) prouvettes craser aprs sept (7) jours de conservation 18C

dans l'eau.

MoussaSARR

J v ~ i l l : i n k 1 1 T . ~ .

r., npC'

v

l. '

'.._11_

Ecole Suprieure Polytechnique de T'Il;>'


42/107



111-2-2- Ecrasement des prouvettes

L crasement se fait l aide

d une

presse la vitesse de 1 mm

seconde avec un

avancement contrl. On note l e ffort maximum converti en rsistance exprime en

kg/crrr

On note galement l crasement au moment de la rupture et on dtermine l indice

d affaissement qui est le rapport de l crasement sur la hauteur initiale de l prouvette.

Pour les prouvettes immerges on dtermine le pourcentage d absorption ou d imbibition

qui est le rapport de l augmentation de poids sur le poids initial. Le gonflement

volumtrique est le rapport entre l augmentation de volume et le volume initial.

Moussa SARR


-34-



43/107

Projet de find tudes

tude du comportement des bitumes utiliss en enrobs denses au ngal

Moussa SARR


.

. .. :

:

.. . .. : .

5

. . . . .



44/107

P rojet de fin d tudes:


Chapitre

IV : LES DIFFERENTES SORTES

DE

BITUMES

UTILISES EN

ENROBES DENSES AU SENEGAL

Pour les enrobs denses, on utilise les bitumes semi - durs. D aprs leur mode de

fabrication, on peut obtenir des bitumes dont la consistance est variable.

Il existe cinq 5) principaux types de bitumes semi - durs, identifis par les numros:

4 0 50,

6 0

70, 85 / 100, 120 150 et 200 / 300. Pour chaque type, la pntration devra

tre comprise entre les deux valeurs qui le composent.

Il faut noter que, c est l e ff et de pntrabilit qui pe rm et de c lassifier les bi tu me s semi

durs.

Le type 40 / 50 est le plus

du r

et le type 200 / 300 est le plus mou. Le genre de projet et les

conditions climatiques nous aident choisir le type appropri.

Ainsi, p ou r les rgions chaudes c om me le cas du Sngal, on ut ilise parto ut des b itu me s

durs;

contrairement aux rgions froides o on utilise des bitumes mous.

En effet, les types de bitumes faible pntration seront utiliss dans les zones climat

chaud comme dans notre pays,

pour

viter le ramollissement aux tempratures leves en

t.

Les bitumes routiers les plus couramment utiliss au Sngal sont le 40 / 50 et le 60 /70.

En effet, depuis toujours on utilisait au Sn g al le b it ume 40 / 50 pour les enrobs denses;

mais, vu la mauvaise rsistance au vieillissement de ce type de

bitume;

il commence tre

remplac depuis environ trois ans

pa r

le type 60 / 70 qui vieillit m oi ns vite.

Moussa SARR


-36-



45/107

Projet de

n d tudes


7

Moussa SARR


..

.

: .: . :

.. . . .



46/107



Chapitre V : SPECIFICATION DES BITUMES UTILISES EN ENROBES DENSES

AUSENEGAL

Dans notre pays, on utilise les bitumes 40 / 50 et 60 / 70 pour la fabrication d enrobs

denses. Les deux sections suivantes donnent leurs spcifications.

V l SPECIFICATIONS DU BITUME 40 50

METHODES

LIMITES A

CARACTER.(STIQUES

NORMAILISEES

DE

RESPECTER

REFERENCES

i

- Densit relative 25C

1,00 - 1,10 NFT 66-007

- Ramollissement OC 47 6 NFT 66-008

- la pntrabilit 25C, 100g, 5s

4

50 NFT 66-066

- Ductilit 25C (cm) >60 NFT 66-066

- Point clair OC

> 250 NFT 66-118

- Solubilit ( ) > 99,5

NFT 66-012

- Perte de masse au chauffage ( )

70 NFT 66-004

Fabrication d enrobs

chaud pour :

- Construction routes neuves en bton bitumineux

UTILISATIONS

pour les trafics trs denses et poids lourds.

- Les renforcements de chausses.

- Pistes aroportuaires.

- Routes et autoroutes

grande circulation.

Tableau : Spcifications des bitumes 4 5

Moussa SARR


; - .

-38-



47/107

Projet de fin

d tudes:


V

SPECIFIC TIONS DU ITUME

6 7

METHODES

LIMITES A

CARACTERISTIQUES

NORMAILISEES DE

RESPECTER

REFERENCES

- Densit relative 25C

1,00 - 1,10

NFT 66-007

- Ramollissement OC

43 - 56

NFT 66-008

- la pntrabilit 25C, 100g, 5s

6 0 7 0 NFT 66-066

- Ductilit 25C (cm)

> 80

NFT 66-066

- Point clair

CCC

> 230 NFT 66-118

- Solubilit ( ) > 99,5

NFT 66-012

- Perte de masse au chauffage ( )

70 NFT 66-004

Fabrication d enrobs chaud pour :

- Construction routes neuves en micro-bton, en

bton bitumineux et en Sand-asphalt.

UTILISATIONS

- Routes grande circulation et autoroutes

- Les renforcements de chausses.

- Routes lourds trafics.

- fabrication d mulsions de bitumes.

Tableau 2 : Spcifications des bitumes 6 7

Moussa SARR


-39-



48/107

Projet de fin

d tudes:


Moussa SARR Ecole Suprieure Polytechnique de This

lve ingnieur en Gnie Civil 40

: .: :


49/107



Chapitre VI PROBLEMATIQUE DES BITUMES UTILISES EN ENROBES

DENSES AU SENEGAL

La qualit des bitumes est trs variable sur le march alors que le contrle est rendu

problmatique par la complexit physico - chimique de ces produits organiques.

Pour le cas du Sngal les moyens de contrle de la qualit des bitumes sont insuffisants

au moment o le march mondial est totalement inond de bitumes de mauvaise qualit;

ce qui constitue un handicap de taille pour la recherche de la qualit des revtements

bitumineux.

Dans cette partie nous allons tudier les principaux problmes des bitumes qui causent en

gnral la dgradation des couches de roulement faites en enrobs denses dans le cas du

Sngal.

Les problmes sont en gnral diffrs et se signalent pendant la priode de service des

tapis d enrobs.

Les faibles performances rsultent en gnral du choix des constituants de la mauvaise

formulation des mlanges et des conditions de fabrication qui ne respectent pas toujours les

limites d utilisation des produits.

Un autre problme vient du fait que le bitume utilis n e st pas toujours suffisamment

connu; la courbe rhologique permettant

d en apprcier le comportement sur un large

spectre de tempratures n est jamais presque tablie. La courbe rhologique permet aussi

de tenir compte de faon judicieuse de la vitesse de refroidissement des enrobs pour

organiser l agencement des ateliers de compactage.

L origine des bitumes est loin d tre matrise alors qu on sait qu un bitume peut en

fonction de son origine prsenter des caractristiques particulires.

Sans cette formalit il est hasardeux d appliquer la lettre les tempratures de mlange et

de mise en uvre qui sont prescrites dans les documents de marchs.

Moussa SARR


..

: :

.

.

41



50/107


tude


Les spcifications imposes dans les CPT aux enrobs et leurs composants ne sont pas

toujours exhaustives. D ailleurs mme si elles le sont les conditions ne sont pas runies

pour leur vrification et leur contrle effectifs au moment de l excution des travaux.

A titre d exemple l essai relatif la mesure du degr de vieillissement des bitumes ne peut

tre effectu dans aucun laboratoire au Sngal.

Un autre problme qui limite l amlioration de la qualit des revtements en enrobs

denses rside dans le fait que la plupart des grandes entreprises spcialises du secteur

routier ont leurs centrales enrobs installes Dakar ou dans ses environs. Il dcoule de

cette situation que le recours la technique du tapis roulant d enrobs ne peut tre envisag

qu des cots prohibitifs du moins pour les projets de taille moyenne localiss en dehors

du rayon d influence de ces centrales.

En outre un problme essentiel des enrobs vient du fait qu on ne se soucie pas trop de la

temprature de fabrication des enrobs qui se trouve tre entre 150 et 175C.

Au del de 180C le liant perd une partie de ses huiles et est ainsi dgrad. On fabrique

alors un enrob surchauff qui sera difficile mettre en uvre mcaniquement ou

manuellement et dlicat compacter.

Les enrobs brls vieillissent prmaturment et prsentent assez rapidement une trs

fcheuse tendance au dsenrobage.

Ainsi les plaques des gchs brles correspondent en gnral aux zones dgrades dont il

est difficile d expliquer les causes.

Les enrobs brls sont marrons et ternes aulieu d tre noirs et brillants dgagent une

fume bleute et laissant chapper une odeur caractristique qui n est pas celle du bitume

chaud . [ 6 ]

Moussa S RR


-42-



51/107

rro r

ue

un

0 etuues ;

Etude comportement des bitumes utiliss en enrobs denses au Sngal

Moussa SARR


43



52/107



Chapitre VII : ETU ES EXPERIMENT LES

VII-1- CARACTERISTIQUES

D IDENTIFICATION

DES BITUMES

40

50

ET

60 70

VII-1- 1- Les essais de laboratoire utiliss

Les caractristiques des bitumes 40 / 50 et 60 / 70 ont t mesures par des essais

classiques tels que la pntrabilit, la temprature Bille Anneau point de ramollissement)

et la densit. Voir annexe 1.

VII-1-2 Les rsultats

Dans le tableau ci dessous est reprsent, les valeurs mesures au laboratoire, sur un

chantillon de bitume de type 40 / 50 provenant de ERES et un autre de type 60 / 70

provenant du chantier de route Fatick-Kaolack qui est entrain d tre ralis par Jean

LEFEBVRE SENEGAL.

Tableau 3 : Caractristiques des bitumes 4 5 ct 6 7

Moussa SARR


-44-



53/107

VALEURS DONNEES

PARLES

SPECIe1ATIONS

P ro je t de tm d etudes


L ensemble des rsultats obtenus sur le 40 50 et le 60 7 tester est compar aux

spcifications donnes pour ces deux types de bitumes.

Dans cette partie il s agit de contrler sommairement la qualit des bitumes utiliss pour la

fabrication des enrobs; contrles qui ont pour but principal de vrifier la concordance de

leurs caractristiques avec celles donnes par leurs spcifications.

Les valeurs numriques sont prsentes dans le tableau

suivant

PENETRATION

RAMOLLISSEMENT

Bille et Anneau

DENSITE

Mi n

Mes

Max

Mi n

Mes

Max

Mi n

Me s

Max

46

54

1 063

61

50

1 021

40

50

47

60

1 00

1 10

60

70

43

56

1 00

1 10

ableau 4 : onformit des caractristiques des bitumes aux spcifications

MoussaSARR


-45-


:


54/107



VII-2- ETUDE DE LA VARIATION DE LA PENE TRABI LITE EN FONCTION

DE LA TEMPERATURE

VII-2-1- Essais

effectuer

Pour dfinir la susceptibilit thermique des bitumes on est amen effectuer des essais de

pntrabilit diffrentes tempratures. Ces essais permettent en effet de tracer une courbe

de pntrabilit en fonction de la temprature; courbe trs utile pour avoir une ide de la

susceptibilit thermique.

En ce qui nous concerne nous allons tudier cette variation de pntrabilit sur une large

plage de tempratures adquate notre

climat

c est

dire entre 20 et 60C.

Voir annexe 2.

VII-2-2- Rsultats de l tude

Pour les deux types de bitumes qu on a eu tudier la variation de leur pntrabilit en

fonction de la temprature les rsultats sont donns sous forme de tableaux et de courbes

donns ci-dessous:

FDNCTIDNiDE T

B itu me 60 / 70

20 37 38

30

68 86

40 184 197

50 233

244

60

248 256

ableau 5 : ariation de lapntration enfonction de la temprature

Moussa SARR

l v ~ i n n i ~ r en Gnie

Civil.

6



55/107



PENETRATION =F(T)

itume

40-50)

300

250

c

200

0

4:

40 50

150

GI

C

GI

100

.

50

0

0 20 40 60 80

Temprature T OC

Figure 1 : Variation de la pntration en fonction de la temprature pour le bitume 40

5

PENETRATION =F(T)

itume

60-70)

100

150

300

250

S 200

4:

l

C

GI

D.

50

o

o

20 40 60

Temprature T

OC

80

60 70

Figure 2 : Variation de la pntration en fonction de la temprature pour le bitume 60 7

Moussa SARR


-47-



56/107


Etude


VII-3- ETUDE DE LA SUSCEPTI ILITE

THERMIQUE

DES DEUX

TYPES DE BITUMES

VII-3-1- Procdure

Cette caractristique marquant l aptitude d un bitume varier plus ou moins de consistance

pour une variation dtermine de la temprature ne peut tre dtermine sans les essais de

pntrabilit qu on vient de faire sur un large spectre de temprature.

Comme indiqu plus haut la susceptibilit thermique

d un

bitume est la valeur de la

drive de la fonction considre par rapport la temprature. C est en effet la valeur

absolue de la tangente angulaire la temprature considre de l angle que fait la courbe

de pntrabilit avec l axe des tempratures.

Cependant comme nous l avons vu prcdemment les courbes de pntrabilit en

fonction de la temprature ne sont pas en ralit des droites.

Ainsi pour tudier la susceptibilit thermique des bitumes il est ncessaire de faire la

rgression linaire de ces courbes jusqu ce que l on ait rellement des droites. Pour une

bonne rgression il faut que le coefficient de rgression R

2

soit proche de 1

A partir de ce moment il ne restera qu dterminer la valeur absolue de la drive de la

fonction considre ou autrement dterminer la tangente angulaire la temprature

considre de l angle que fait la courbe de pntrabilit avec l axe des tempratures; pour

ainsi connatre la susceptibilit thermique.

VII-3-2- Rsultats

Aprs rgression linaire des courbes de pntrabilit en fonction de la temprature nous

avons obtenu pour chaque type de bitume les droites ci-dessous; droites trs utiles pour

avoir une ide de la susceptibilit des bitumes.

Moussa SARR


-48-



57/107



Pour le bitume 40 / 50

PENETRATION

=

F T

Bitume 40

150

300

250

40-50

c

200

-L ina i r

III

e

40-

150

i

c

C l

100

0-

50

P =5,87.T - 80,8

R

2

=0,9297

0

0

20

40 60 80

Temprature T

OC

Figure 3 : Courbe de tendancede la pntration en fonction de la temprature du bitume 40150

D aprs la courbe ci-dessus, la fonction reprsentant la variation de la pntration du

bitume 40/50 en fonction de la temprature est la suivante:

P==5 87T

Q

La susceptibilit p du bitume 40 / 50 sera

donc:

~

d 5 87 T -80 8

d1

j p

5,87

Moussa SARR

lve ingnieur en Gnie Civil -49-



58/107


tu e du comportement des bitumes utiliss en enrobs denses au Sngal

Pour le bitume 60 / 70

PENETRATION

=

F T

Bitume 60 17

60-70

inai re

60-70)

80

0

0

~ ~

~

o

300

250

5

200

:;:l

J

l 150

s

100

D

Temprature T

oC)

Figure 4 : Courbe de tendance de la pntration en fonction de la temprature du bitume 6 7

D aprs la courbe ci-dessus, la fonction reprsentant la variation de la pntration du

bitume 60/70 en fonction de la temprature est la suivante:

P=5 9 T 7 ~

La susceptibilit

Y

p

du bitume 60 / 70 sera donc:

p

= = d 5 94 -

73 4

d dT

a =

5,94

Moussa SARR


-50-

Ecole Suprieure Polytechnique deThis


59/107

Projet de tm d etudes:


VII-4- STABILITE ET FLUAGE DES ENROBES DENSES REALISES

AVEC LE S BITUMES 40 / 50

ET

60 / 70

VII-4-1- Conformit des matriaux aux spcifications

On a dj vu au tableau 4 de la section VI-1-2 que les deux bitumes utiliser sont

conformes aux spcifications; ceci par rapport seulement aux essais qu on a pu faire.

Par contre pour les granulats, leur conformit aux spcifications et leur bonne qualit

seront vrifies aux sections suivantes:

VII 4 l l Granulomtrie

On a utilis comme granulat un mlange de 0/3, de 3/8 et de 8/16 des proportions bien

dtermines.

Pour le choix du pourcentage de chaque classe granulaire, on s est bas essentiellement sur

le rendement des anciennes routes similaires.

C est ainsi qu on a choisi la formulation de la route Guoul-Baral dont les pourcentages

sont les suivants:

45

de 0/3 ;

30

de 3/8 ;

25 de 8/16.

Les rsultats de la granulomtrie partielle de chaque classe granulaire, et ceux de la

granulomtrie pratique du mlange sont donns en annexe 3.

La granulomtrie partielle nous a permis de voir que les granulats utiliss sont rellement

du 0/3, du 3/8 et du 8/16.

Pour que le pourcentage de chaque classe granulaire soit acceptable, il faut que la courbe

granulomtrique du mlange rentre bien dans le fuseau granulaire

Moussa SARR


-51-



60/107

Projet de

ti n d tudes:


Dans notre cas, la courbe granulomtrique du mlange de ces trois classes granulaires aux

pourcentages dfinis prcdemment rentre bien dans le fuseau voir annexes 3 ).

Notre mlange d agrgats a donc une bonne granularit ; aussi, la grosseur maximale des

particules d agrgats ne dpasse pas 25,4 mm; elle est de 16 mm.

VII-4-l-2- Densit relative

La densit relative des agrgats est ordinairement dtermine pour deux raisons:

1- pour permettre le calcul des vides dans les enrobs l tat compact ;

2- pour ajuster les quantits des fractions constituantes de l agrgat dans

l enrob, lorsque la densit relative de ces fractions constituantes vane

sensiblement.

Le tableau 6 suivant donne les densits relatives de chacune des trois classes granulaires.

1

~ ; L A S ~ E

1\

0

/

3 3

/

8 8

/ 1

6

\\

G ~ U l R

~ N S ~ r E :

2

95

6

1

2

9

4 2

9

4

R E L A q y ~ i ~ ~ ; ; ; ;

1

ableau

6 :

ensit relative

D aprs le tableau, on voit que la densit ne varie presque pas en fonction de la classe

granulaire. On prendra donc pour les agrgats, une densit relative brute moyenne de 2,94.

VII-4-l-3- Coefficient de forme ou d aplatissement

Il caractrise la forme du granulat. Un coefficient de forme faible correspond un granulat

prsentant un certain nombre de plats, clats et aiguilles. D aprs les spcifications des

granulats pour enrobs, ce coefficient doit tre infrieur ou gal 25.

Moussa SARR


-52-



61/107

Projet de fin

d tudes:


Dans notre cas les coefficients d aplatissement A des granulats utiliss sont donns au

tableau 7 ci-dessous.

Type de granulats

8

8 / 1 6

Coefficient de Forme

25 16

Tableau 7 : oefficient de forme des granulats

Le coefficient d aplatissement est donc conforme aux spcifications.

VII-4-1-4- Essai Los Angeles

Il permet de caractriser la rsistance des granulats aux chocs. Plus un matriau est dur

plus son coefficient Los Angeles est faible. D aprs les spcifications des granulats pour

enrobs ce coefficient doit tre infrieur ou gal

15.

Les rsultats de cet essai sur le granulat 8 / 16 sont donns au tableau 8 ci-dessous.

1

12 32

12 21

12 10

Tableau 8 : oefficient Los ngeles des granulats

Le coefficient Los Angeles est donc conforme aux spcifications.

VII-4-1-5- Essai Micro Deval

Il permet de mesurer la rsistance l usure par frottements rciproques des lments

d un

granulat une charge abrasive. Plus un matriau est dur plus son coefficient micro Deval

est faible.

D aprs

les spcifications ce coefficient doit tre infrieur ou gal 15.

Les rsultats de cet essai sont consigns dans le tableau 9 ci-dessous.

II 59

II 58

2

II 57

Tableau 9 : oefficient Micro Deval

Le coefficient Micro Deval est donc conforme aux spcifications.

Moussa

SARR

.. . lve inznieuren Gnie Civil.

5



62/107



VII-4-2- Rsultats essais de fluage et de stabilt

MARSHALL

Les essais ont t faits sur les deux types de bitumes ( 40 /

50

et 60 / 70 ) avec la mme

formulation d agrgats:

45

de 0/3 ;

30 de 3/8 ;

25

de 8/16.

Feuilles d essais Marshall voir annexe 4 ).

VII-4-2-1- Avec le bitume 40

/50

Les essais de Marshall sur le bitume 40 / 50 ont donn les rsultats suivants prsents sous

forme de tableaux et de courbes:

4,5

5,5

6,5

1967

1803

1780

4,5

5,5

6,5

2,507

2,56

2,543

4,5

5,5

6,5

92,1

94,3

96,4

4,5

5,5

6,5

2,3

2,7

2,8

Tableau : Rsultats essais Marshall sur le bitume 4 5

Moussa SARR

lve ingnieur en

Gnie

Civil

-54-



63/107


Etude


VARIATION DELAD.A.EN FONCTION DUTAUXDE BITUME

5,0

;-

e 2,58

~

2,56 iffiffijffiftffijffift

-

Z

2,54

e ~ M i j ~ l

WW

c

2,52

a: 2,5

- l = ~ = = T = =

e 4,5

5,5

BITUME

6,0

6,5

7,0

V ~ T I O N D E C O M A C n E

bitumes comportement

Documents