SMA (Stone Matrix Asphalt)

Applications et développement récent des enrobés à matrice de pierre

par

Vince Aurilio OHMPARichard Parizeau, Terratech

Journée bitume Québec 25 mars 2003

SMA Performance History In Ontario

By

Vince Aurilio

SMA in the USA II WorkshopMarch 25, 2002

SMA; qu’est-ce que c’est?

l SMA= Stone Mastic Asphalt(enrobé à matrice de pierre) est un mélange à granulométrie discontinue résistant à l’orniérage

l Un mélange SMA est composé d’un squelette de granulats et d’un liant mastic comportant un volume important d’asphalte et de fibres ainsi qu’un haut pourcentage de filler.

Utilisation du SMA en Ontario

l Plus de 30 projets SMA ont été réalisés à ce jour par le MTO, le Toronto Transportation ainsi que le RMOC

l Approximativement 125,000 t sont en place en Ontario

l Le SMA demande plus d’attention pour sa production et sa mise en place

l Le SMA est considéré comme le standard par le Toronto Transportation pour définir le pavage à haute performance

AVANTAGES du SMA

l Résistance à l’orniéragel Résistance à la glissancel Durabilité accruel Résistance à la fatiguel Résistance à la fissurationl Réduction des éclaboussuresl Réduction du bruit

Con

ditio

ndu

pav

age

Durée de vie du pavage

Analyse du coût vs cycles de vie

Période d’analyse

40-50 ans

SMA – Meilleur coût basé sur une performance supérieure!

Selon le LCCA *du MTO le SMA dure 1.3 fois plus longtemps*LCCA=Life Cycle Cost Analysis

Application possible du SMA

l Nouvelle constructionl Resurfaçage:

– Routes très sollicitées (intersections)l Type de trafic & volume:

– trafic lourd (Hwy 401)– Trafic urbain (DVP, Lakeshore)– Devient intéressant pour routes rurales et

régionalesl Considérations Économiques

– Le SMA peut coûter 30-40 % de plus que le conventionnel

– Le coût initial peut être largement compensé par la durée de vie accrue du pavage

La Structure d’un SMA

l Plus riche en liant(asphalte liquide)l Squelette de pierre auto-porteurl Matrice composée de filler formant un mastic

semi-fluide sans vides.l Pour réduire la tendance au ’’draindown’’, on

utilise des fibres (asphalte +Visqueuse)

SMA DGM

Granulométrie d’un SMA

0

20

40

60

80

100

% Passant

0.075 2.36 12.54.750.6 9.5

8 - 12 % 16 - 24 % ?

Fraction granulaire grossièrePlus que 60-70 % ?

Moins que 30 % ?

Fabrication du SMAl Granulats:

– Bennes froides supplémentaires – Système de dosage pour le filler(10%)– Système de dosage pour les fibres– Tolérances très strictes– Manutentionnés et mis en pile avec précaution

l Cycle de malaxage:– Fibres: 10 - 20 sec. sec

+ 5 - 10 sec. Avec Asphaltel Température de malaxage:

– Typique 150-160 oC (ne pas surchauffer)

Les variations de dosages peuvent avoir des

conséquences négatives sur la qualité du pavage

Important:Calibration de l’usine

SMAMise en place et compaction

l Température de mise en place:– 140 - 150 oC (dépendant du type PG)

l Opération de la paveuse– Maintenir la paveuse en opération continue– Calibrer la vitesse de façon à maintenir les vis

sans fin en opération 85-90 % du temps– Minimiser le travail à la main

l Opérations de compaction– Commencer à cylindrer immédiatement– Rouleau vibrant à utiliser avec précaution– Rouleaux pneumatiques ne sont pas recommandés

Spécifications

Designing Stone Matrix AsphaltMixtures – NCHRP 9-8

Designing and Constructing SMA Mixtures – State-of-the PracticeQIS 122 (NAPA)

AASHTO Provisional Specification

SPECIFICATIONSPropriétés Toronto

Transportation

MTO RMOC

Vides (%) 2.0 - 4.0 3.0 - 4.0 4.0 ± 0.5

Liant (%) 5.0 – 7.0 6.0 min. 6.0 min

Granulométrie

16.0 mm - 100 -

13.2 mm 100 85 - 95 100

4.75 mm 26 - 38 20 - 28 70 – 76

75 µm 7 - 12 8 - 10 8 - 12

Critère de design

Granulométries typiques

1912.59.54.752.361.180.60.30.0750

20

40

60

80

100

Sieve Size Raised to Power 0.45

Pas

sant

(%)

Lake ShoreBoulevard(TorontoTransportation)

Highway 401(MTO)

TransitwayStation(RMOC)

TorontoTransportationSpecification

Projets réalisés en Ontario

Don Mills Rd. 1993 Pave-Al Batch Plant 60/70 Polymer Modified

Lake Shore Blvd.

1995 1996

Warren D.Crupi

Batch Plant Batch Plant

60/70 Polymer Modified 60/70 Polymer Modified

Don Valley Pkway

1996 1998

Warren Warren

Drum Plant Drum Plant

60/70 Polymer Modified PG 70-28 Polymer Modified

Highway 2A 1997 Miller Batch Plant PG 70-28

Warden Ave. 1999 D.Crupi Batch Plant PG 70-28

RMOC 8 SMA Projects Since 1997, PG 70-34 and 70-28

Hwy 2A

Lakeshore Blvd.

PERFORMANCE des projets de TORONTO

Route Compaction

(%)

Ornière Fissure Cracks

British Pendulum Number

Don Mills 93 Non Très peu -

Lake Shore Blvd.

98 Non Très peu 53

Highway 2A

100 Non Non -

MTO – Hwy 401

l Construit en 1996l 22,000 tonnes de SMA,

11 km longl JMA de 80,000, 20 % de camionsl PG 85/100 Conventionnell Garantie de 3 anslAucune réclamation sous garantie

Ornière de moins de 5 mmMoins de propagation de fissures que la section contrôle

Intersection Burlington Street

ü Démonstration de la performance SMA sous un trafic de camions extrême

ü Permis d’évaluer la production et la mise en place du SMA avec partenaires locaux

ü Permis d’évaluer le SMA pour le resurfaçage d’une autoroute locale

Importance d’une

planche d’essai

AVANT

APRÈS

Performance à ce jour

ü La performance après 4 ans montre une excellente résistance à l’orniérage et à la glissance

ü Le SMA est le pavage à recommander pour la réhabilitation des intersections avec fort volume de camions

Regional Road 57JMA de 6000 , 25 % camions

Construit en 1999

Selected Mix DesignProperties Specification Job Mix

Air Voids (%) 4.0 (recommended) 3.8

VCA (mix) (%) Less than VCA (dry) 38.5 < 42.5

TSR (%) 70 min. 78.0 VMA (%) 17.0 17.1

Draindown (%) 0.30 max 0.01 @ 157°C 0.02 @ 172°C

Aggregate Gb 2.888 % Asphalt Cement Based on

Aggregate Gb 5.70

Projet Spécial # 1

l Pavage SMA, utilisant les bardeaux d’asphalte(source de fibre et d’asphalte) MTO-Hwy 401, 10,000 tonnes, Juillet 2001.

l Pavage SMA, utilisant les bardeaux d’asphalte(source de fibre et d’asphalte) City of Toronto-DVP, 3,000 tonnes, Sept 2001.

Don Valley Parkway

Projet Spécial # 2

l Huron Church Avenue, Windsor, projet de resurfaçage

l Trafic de camions le plus élevé au Canada (Frontière Ambassador Bridge)

l Menace du béton assez présente à Windsorl Défi SMA = Succès d’un travail d’équipe

L’autre alternative

L’autre alternative

Défi Huron Church, Windsor

l Construire un pavage pour résister au trafic élevé de camions ‘’stop & go’’ JMA 30,000 (30% camion)

l Formulationl Planification de la construction

– Planche d’essais– Meulage et pavage

l QC/QA

Formulation

l Spécification AASHTOl Formulé par l Valider par Asphalt Institute avec

l’ analyseur de pavagel Utilisation du PG 70-28l 100 mm en 2 couches de SMA 12.5mm

sur une base de bétonl Granulats (fins et gros) type Trap Rock

Granulométrie du mélange

Granulométrie du mélange

Mélange AASHTO spécification19.0 mm 100 10012.5 mm 95.2 90 - 999.5 mm 72.5 50 - 854.75 mm 25.4 20 - 402.36 mm 20.2 16 - 280.075 mm 9.4 8 - 11

Passant (%)Tamis

Propriété du mélange

Mélange SpécificationVides 4.0 3 - 5

VAM (%) 17.4 17.0 min.TSR (%) 82.0 70.0 min.

Draindown (%) 0.03 0.3 max.

Liant 5.7 %

Planche d’essai

l IMPORTANT pour établir les protocoles– Mise en place– Température– Ajustement de formulation– Ajustement de l’usine– Compactage

l Séquence de roulagel Calibration du nucléodensimètre

– Échantillonnage

Planche d’essai

Planche d’essai

Planche d’essai

Planche d’essai

Construction

l Pavage effectué le 24 mai 2002

l Approximativement 3,500 tonnes de SMA furent placées en 17 heures

Construction

Construction

Construction

Construction

Construction

Construction

Construction

Construction

Résultat final

Résultat final

Opinion du MTO face au SMA

l Le SMA deviendra le mélange de surface préféré (DFC à haute performance)

l Le coût initial est supérieur, mais les études démontrent les meilleures performances et la durabilité accrue

l Les entrepreneurs doivent donc apprendre à travailler avec ce type de mélanges

l La formation sera disponible

CONCLUSIONS

l La technologie du SMA est développée et utilisée avec succès en Ontario

l Le pavage SMA est rentable pour les routes requérant un pavage à haute performance

l Le pavage SMA peut être produit et placé avec l’équipement conventionnel et en suivant les bonnes pratiques de mise en place

l Le mise en place du pavage SMA requiert plus d’attention que le pavage conventionnel, mais une fois en place, offre une performance supérieure ainsi qu’une vie utile plus longue.

Merci de votre attention!Questions?

Richard Parizeau

Ing., M.Sc.A., M.B.A.