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SMA (Stone Matrix Asphalt) Applications et développement récent des enrobés à matrice de pierre par Vince Aurilio OHMPA Richard Parizeau, Terratech Journée bitume Québec 25 mars 2003
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.
