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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
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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
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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
Ecole Suprieure Polytechnique de This
. ..
. .
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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-
:
Ecole Suprieure Polytechnique de This
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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
lve ingnieur en Gnie Civil
.. . ....
.
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II I
:.. .:
Ecole Suprieure Polytechnique de This
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Projet de fin d tudes:
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
-
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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
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lve
ingnieur en Gnie
Civil
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Projet de
in
d tudes :
Etude du comportement des bitumes utiliss en enrobs denses au Sngal
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
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Projet de fin d tudes:
Etude du comportement des bitumes utiliss en enrobs denses au Sngal
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
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Projet de fin d tudes:
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
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Projet de
fin
d tudes:
tudedu
omportement
des
itumes
utiliss en enrobs densesau ngal
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Projet de fin d tudes:
Etude du comportement des bitumes utiliss en enrobs denses au Sngal
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.
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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.
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rojet de in
d tudes
tudedu comportement des bitumes utilissen enrobsdenses a u ngal
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Projet de
fin
d'tudes :
Etude du comportement des bitumes utiliss en enrobs denses au Sngal
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.
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Projet de fin d tudes:
Etude du comportement des bitumes utiliss en enrobs denses au Sngal
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
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-.
:
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Projet de fin d tudes:
Etude du comportement des bitumes utiliss en enrobs denses au Sngal
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.
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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.
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d tudes:
Etude du comportement des bitumes utiliss en enrobs denses au Sngal
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 .
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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.
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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.
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.
MoussaSARR
lve ingnieur
eI
Gnie C.ivil
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Projet de fm
d tudes
Etude
du comportement des bitumes utiliss en enrobs denses au Sngal
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.
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MoussaSARR
lve ingnieur en Gnie Civil
-15 :
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1
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Projet de fm d tudes:
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
lve ingnieur en Gnie Civil
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Projet de fin
d tudes
Etude du comportement des bitumes utiliss en enrobs denses au Sngal
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
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. . ..... . >
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Projet de fin d tudes
Etude du comportement des bitumes utiliss en enrobs denses au Sngal
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
-
..
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Projet de fin
d tudes:
Etude du comportement des bitumes utiliss en enrobs denses au Sngal
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 .
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Projet de fin d tudes:
Etude du comportement des bitumes utiliss en enrobs denses au Sngal
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
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Projet de
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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
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Projetde in d tudes :
Etude du comportement des bitumes utiliss en enrobs denses au Sngal
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
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..
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Projet de fin d tudes :
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.
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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.
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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.
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Projet de fm d tudes:
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,
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Projet de fm d tudes:
Etude du comportement des bitumes utiliss en enrobs denses au Sngal
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.
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Projet de fin d tudes:
Etude du comportement des bitumes utiliss en enrobs denses au Sngal
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.
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Projet de fin d tudes:
. 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
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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- .
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Projet
de fin d tudes:
Etude du comportement des bitumes utiliss en enrobs denses au Sngal
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
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Projet de fm d tudes:
Etude
du
comportement des bitumes utiliss en enrobs denses au Sngal
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
lve ingnieur en Gnie Civil
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Projet de fm d'tudes :.
Etude du comportement des bitumes utiliss en enrobs denses au Sngal
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;>'
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Projet de fin d tudes
Etude du comportement des bitumes utiliss en enrobs denses au Sngal
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.
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Projet de find tudes
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P rojet de fin d tudes:
Etude du comportement des bitumes utiliss en enrobs denses au Sngal
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
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Projet de
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: .: . :
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Projet de fin d tudes:
Etude du comportement des bitumes utiliss en enrobs denses au Sngal
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
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; - .
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Etude du comportement des bitumes utiliss en enrobs denses au Sngal
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
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Etude du comportement des bitumes utiliss en enrobs denses au Sngal
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.
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..
: :
.
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tude
comportement des bitumes utiliss en enrobs denses au Sngal
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
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rro r
ue
un
0 etuues ;
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Etude du comportement des bitumes utiliss en enrobs denses au Sngal
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
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VALEURS DONNEES
PARLES
SPECIe1ATIONS
P ro je t de tm d etudes
Etude du comportement des bitumes utiliss en enrobs denses au Sngal
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
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:
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Etude du comportement des bitumes utiliss en enrobs denses au Sngal
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
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l v ~ i n n i ~ r en Gnie
Civil.
6
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Projet de fin d tudes :
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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
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Projet de fin d tudes:
Etude
du comportement des bitumes utiliss en enrobs denses au Sngal
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.
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Etude du comportement des bitumes utiliss en enrobs denses au Sngal
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
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Projet de fin d tudes :
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
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Projet de tm d etudes:
Etude du comportement des bitumes utiliss en enrobs denses au Sngal
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
lve ingnieur en Gnie Civil
-51-
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Projet de
ti n d tudes:
Etude du comportement des bitumes utiliss en enrobs denses au Sngal
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
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Projet de fin
d tudes:
Etude du comportement des bitumes utiliss en enrobs denses au Sngal
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
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Projet de fin d tudes:
Etude du comportement des bitumes utiliss en enrobs denses au Sngal
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
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Gnie
Civil
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Projet de fin d tudes:
Etude
du comportement des bitumes utiliss en enrobs denses au Sngal
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