JTR2014 - Février 2014 Vincent GAUDEFROY, IFSTTAR - Département Matériaux Louisette WENDLING, CEREMA - Division Laboratoire d’Autun

1. JTR2014
Journées Techniques Routes 2014
Nantes – 11 & 12 février 2014
Point sur la caractérisation des Graves-émulsion
Comportement en relation avec les propriétés du liant
Vincent GAUDEFROY, IFSTTAR - Département Matériaux
Louisette WENDLING, CEREMA - Division Laboratoire d’Autun

2. JTR2014
• A froid et à l’émulsion
– Pas de chauffage
– Granulats, Bitume, Vides
– Eau provient de l’émulsion
et de l’eau ajout
Spécificités des matériaux à l’émulsion
Bitume
Phase
aqueuse
[IFSTTAR]
15 µm
Emulsion de bitume cationique
Gouttes de bitume

3. JTR2014
Spécificités des matériaux à l’émulsion
• Choix du liant
– Bitume de grade différent en
fonction du trafic
– Apport éventuel de fluxant
– Formulation de l’émulsion (dont
émulsifiant) en fonction du type de
granulat utilisé (méthodes LPC 74 et 75)
– Elaboration des produits à froid
nécessite de l’eau
Séchage du mélange
évaporation
écoulements
gravitaires
Rupture de l’émulsion
[IFSTTAR]

4. JTR2014
Spécificités des matériaux à l’émulsion
Rigidité
Prise
Murissement
Performance
nominale
Rn
tn
temps
Dégradation
tn tdtn
R
tm
• Evolutivité des mélanges à l’émulsion

5. JTR2014
Prise et murissement
[Source : SFERB]
Thèse Laure Boucard
(allocation IFSTTAR – Oct 2013)

6. JTR2014
Prise et murissement
Rupture de l’émulsion induite par des phénomènes se
produisant à l’interface du liant / granulat
Interaction
émulsifiant/substrat
Réaction chimique
entre l’acide de
l’émulsion et le
substrat
H+
Ca2+, Na+, K+,
Mg2+,…
granulat
Implications sur le liant et l’interaction liant / granulat
[thèse CIFRE CHARIER - L. Ziyani]

7. JTR2014
Prise et murissement
• Attaque acide sur la morphologie des granulats par MEB
Avant
remontée
de pH
Après
remontée
de pH
Gneiss Calcaire
Cavité
s
Diorite
Trous
Pas d’influence significative sur la morphologie
[thèse CIFRE CHARIER - L. Ziyani]

8. JTR2014
Prise et murissement
• Interaction Emulsion (phase aqueuse) /granulat
0
1
2
3
4
5
6
7
8
1 10 100 1000
Temps (min)
pH
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
[Ca2+](mg/kggranulat).
Gneiss Diorite Calcaire
Réactivité dépend de la minéralogie des granulats
[thèse CIFRE CHARIER - L. Ziyani]
[IFSTTAR]
Méthode LPC nº77

9. JTR2014
Prise et murissement
• Qualification de la rupture de l’émulsion par IREC modifié
0
20
40
60
80
100
120
140
160
Gneiss Diorite Calcaire
IREC
E1 E2 E3
Surface spécifique entre 0,2 et 0,3 m²/g
Conséquence sur la cohésion du mélange et la maniabilité
[thèse CIFRE CHARIER - L. Ziyani]
[IFSTTAR]
[IFSTTAR]

10. JTR2014
Cohésion / Maniabilité (mélange non compacté)
• Méthode LPC nº76
- essai de maniabilité
- mesure de couple
• Méthode de maniabilité en cours de
normalisation (prNF P 98-258-1)
50
100
150
200
250
300
350
0 5 10
Duréedemat
Force(N)
Durée de maturation (h)
Prise et murissement
[INYNAS]

11. JTR2014
Murissement et performances nominales
• Caractère évolutif des matériaux
à l’émulsion (y compris après
compactage)
• Choix d’indicateurs de suivi
– Rigidité du mélange granulaire
– Consistance du liant extrait
• Protocoles de mûrissement pour simuler cette évolution en
laboratoire (temps, température et hygrométrie) et sur des corps
d’épreuve différent (géométrie, …) soumis à des essais
mécaniques

12. JTR2014
• Comportement des mélanges à l’émulsion (GE) sur site
Prelèvement, carottage et sciage pour évaluer les caractéristriques
des liants et les performances de l’enrobé (EN 12697-26)
en fonction du temps du murissement in-situ
Murissement et performances nominales

13. JTR2014
• Evolution du module in situ par type d’essai de 10 à 30 mois
Teneur en vide : 12 à 14 %
Murissement et performances nominales

14. JTR2014
1E+04
1E+06
1E+08
0,01 0,1 1 10 100
|G*|(Pa)
Feq (Hz)
BITUME pur (B1)
Chantier "GE fraiche" (B4)
Chantier 10 mois (B13)
Chantier 16 mois (B14)
Chantier 21 mois (B18)
Murissement et performances nominales
Rigidification du liant (consistance : pene-TBA et rhéologie : G*)
• Evolution des caractéristiques du liant extrait
Temps de
murissement
Temps de
murissement

15. JTR2014
• Comparaison chantier - laboratoire (14 jours 35ºC 20 % HR)
Teneur en vide : 12 à 14 % sur chantier et 16 à 20 % en laboratoire
Murissement et performances nominales
Murissement en laboratoire 14 jrs à 35ºC 20% HR insuffisant

16. JTR2014
46,5
48,5
50,5
52,5
54,5
56,5
58,5
60,5
10 100
TBA(°C)
Log Pene (1/10 mm)
468j
685j
866j
1012j
313j
468j
685j
866j
30 40 50 60 70
28 j
14 j
7 j
3 j
20
Chantier
Laboratoire
Mise en
oeuvre
90 j
Murissement et performances nominales
Etat de vieillissement minimisé en laboratoire : Etude à poursuivre !
• Evolution des caractéristiques du liant extrait
Temps de
murissement

17. JTR2014
• Les sections tests
ne sont pas revetues et ….
• il n’y a pas de dégradation de
surface (quelques micro-fissures)
• ni de déformation permanente
• Evaluation en laboratoire de la durée
de vie selon l’essai de fatigue
Micro fissures après épisode pluvieux
Dégradation – Fin de vie

18. JTR2014
• Chantiers RD 44 (e6  45.10-6) et RD 20 (ci-dessous)
• Faible écart de déformation conduit à des différences de durée de vie
• Pente de droite de fatigue diminue avec augmentation du murissement
• Modalité de murissement M2 et M3 : résultats de GB cl2 (15% vide)
Dégradation – Fin de vie
[USIRF]

19. JTR2014
• Elaboration d’un critère de fatigue
de laboratoire adaptée à la GE
• Mécanisme de ruine sur site
à définir (spécificité des GE)
et prise en compte de la
cohésion du mélange
• Poursuivre les évaluations sur sites
• Chantier fusible sous fort trafic souhaité
Dégradation – Fin de vie
[USIRF]
[IFSTTAR]

20. JTR2014
Faits marquants et productions
• Articles RGRA (de Sept 2011 à Juin 2012)
et édition du spécial « bilingue » pour Eurobitume 2012
• Présentations à des congres internationaux)
• Articles scientifiques dans Journaux internationaux
Actions en cours associées aux travaux de recherche
• Révision des normes françaises GE et BB à l’émulsion
• Premiers drafts pour une normalisation européenne
• Guide IDRRIM « Matériaux fabriqués en centrale à
l’émulsion ou à la mousse de bitume »

21. JTR2014
Merci pour votre attention !
vincent.gaudefroy@ifsttar.fr
louisette.wendling@cerema.fr