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Sensibilité à l’eau
des enrobés bitumineux
Dr. Stefan Vansteenkiste Centre de Recherches Routières (CRR)
Journée d’échange Project National MURE:
Sensibilité à l’eau & adhésivité – 12 octobre 2015
INDURA – Lyon
2
Journée d’échange MURE: sensibilité à l’eau & adhésivité, Lyon 12 Octobre 2015
Au menu
Facteurs à l’origine des dégradations
Essais pour déterminer la sensibilité à l’eau
Expériences avec l’essai de sensibilité à l’eau par traction
indirecte (ITS-R)
Perspectives
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Journée d’échange MURE: sensibilité à l’eau & adhésivité, Lyon 12 Octobre 2015
Sollicitations induites et facteurs à l’origine de
dégradations
O2
O2 O2
T+/- NaCl
L’eau
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Journée d’échange MURE: sensibilité à l’eau & adhésivité, Lyon 12 Octobre 2015
Dégradations suite à l’action de l’eau
Sensibilité à l’eau associée à la perte de résistance et de
durabilité importante caractéristique performantielle des
enrobés (obligatoire dans étude préalable ou ITT)
Lien avec adhésion entre le liant bitumineux (ou le mastic)
et les granulats (énergie de surface)
Dégradations de la route – diverses formes,
telles que:
‘Stripping’ ou désenrobage
Plumage
Nid de poule
Infiltration de l’eau par fissuration + action gel-dégel
Etc…
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Journée d’échange MURE: sensibilité à l’eau & adhésivité, Lyon 12 Octobre 2015
Dégradations suite à l’action de l’eau
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Journée d’échange MURE: sensibilité à l’eau & adhésivité, Lyon 12 Octobre 2015
Essais pour déterminer la sensibilité à l’eau
Trois options:
méthode A: par traction indirecte (EN 12697-23)
méthode B: par compression (essais Duriez) – uniquement en France!
méthode C: ‘Static immersion test using soft asphalt’ – pas
d’expérience
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Journée d’échange MURE: sensibilité à l’eau & adhésivité, Lyon 12 Octobre 2015
Principe:
Basé sur la diminution de la résistance des carottes giratoires*
suite à leur conditionnement:
Sensibilité à l’eau par traction indirecte
72 h dans de l’eau à 40 °C
*note: carottes « faiblement » compactées (jusqu’à 25 girations) pour un effet maximal du conditionnement
Saturation sous vide
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Journée d’échange MURE: sensibilité à l’eau & adhésivité, Lyon 12 Octobre 2015
Sensibilité à l’eau par traction indirecte
Détermination de la résistance à la traction indirecte des éprouvettes
bitumineuses (EN 12697-23):
Conditions d’essai:
Vitesse de déplacement: 50 mm/min
Température d’essai: 15°C
(EN 13108-20)
L’ITS est mesurée sur 6 éprouvettes
3 non conditionnées (série “sèche”)
3 conditionnées selon la EN 12697-12 (série “humide”)
ITS: Résistance à la traction indirecte
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Journée d’échange MURE: sensibilité à l’eau & adhésivité, Lyon 12 Octobre 2015
Sensibilité à l’eau par traction indirecte
Splijtsterkteproef :
___ niet geconditioneerd / --- geconditioneerd.
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
22
24
26
28
30
32
34
36
0 1 2 3 4 5
Verplaatsing (mm)
Kra
ch
t (k
N)
58-9
58-11
58-14
58-10
58-12
58-13
Déplacement (mm)
Forc
e (
kN
)
3 éprouvettes sèches
3 éprouvettes humides
%100.(%)secITS
ITSITSR humide
Résultat d’essai (ITS-R):
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Journée d’échange MURE: sensibilité à l’eau & adhésivité, Lyon 12 Octobre 2015
Expériences avec l’essai ITS-R
Précision de l’essai:
Répétabilité: r = 15% ( 5%)
Reproductibilité: R = 23% ( 8%)
Basé sur des essais croisés aux Etats-Unis dans le passé
Une valeur de R = 23%: assez élevée
Le pouvoir discriminant de l’essai est limité
Problème de définir des classes (actuellement par 10%)
Problème pour imposer des critères (par l’administration)
Des résultats divergent entre différents laboratoires
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Journée d’échange MURE: sensibilité à l’eau & adhésivité, Lyon 12 Octobre 2015
Expériences avec l’essai ITS-R
Impact des constituants – influence du type de bitume sur la
sensibilité à l’eau d’un enrobé SMA10
50
55
60
65
70
75
80
85
90
95
100
bm1 bm2
bindmiddeltype
ITS
-R (
%)
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
HR
(%
)ITS-R
HR
Vides (%)
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Journée d’échange MURE: sensibilité à l’eau & adhésivité, Lyon 12 Octobre 2015
Expériences avec l’essai ITS-R
Impact des constituants – influence du type de pierres sur la
sensibilité à l’eau d’un enrobé SMA10
50
55
60
65
70
75
80
85
90
95
100
grind porfier
steensoort
ITS
-R (
%)
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
HR
(%
)
ITS-R
HR
gravier porphyre
Vides (%)
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Journée d’échange MURE: sensibilité à l’eau & adhésivité, Lyon 12 Octobre 2015
Expériences avec l’essai ITS-R
Impact des constituants – influence du type de filler (ajout
de chaux hydratée) sur la sensibilité à l’eau d’un enrobé
SMA10
50
55
60
65
70
75
80
85
90
95
100
IIa Ka5 Ka20 Ib
vulstoftype
ITS
-R (
%)
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
HR
(%
)
ITS-R
HRType filler Filler
composite
Vides (%)
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Journée d’échange MURE: sensibilité à l’eau & adhésivité, Lyon 12 Octobre 2015
Expériences avec l’essai ITS-R
Effet du recyclage – variantes EME de planches
expérimentales à Kontich (E19 Bruxelles – Anvers)
Aucune influence négative, souvent une augmentation
valeur ITSR > 100% Explication?
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Journée d’échange MURE: sensibilité à l’eau & adhésivité, Lyon 12 Octobre 2015
Expériences avec l’essai ITS-R
Enrobés tièdes (technique de mousse bitume) – variantes
planches expérimentales à Anvers (2015)
Eprouvettes giratoires (25 girations) à partir de vrac produit
en centrale d’enrobage
Enrobés tièdes ITS avant conditionnement
(MPa)
ITS après conditionnement
(MPa) ITS-R (%)
AC10 surf + 20% recyclage 2,45 1,76 72 ± 3
SMA10 1,16 0,80 69 ± 2
AC20 sous-couche 2,19 1,28 58 ± 3
AC20 sous-couche
+ 50% recyclage 2,30 1,13 49 ± 5
EME 2,69 1,90 71 ± 4
EME + 20% recyclage
(B15/25) 2,62 2,59 99 ± 8
EME + 20% recyclage
(B35/50) 2,15 2,24 104 ± 4
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Journée d’échange MURE: sensibilité à l’eau & adhésivité, Lyon 12 Octobre 2015
Expériences avec l’essai ITS-R
Validation du résultat de l’essai – expériences in situ
L’étude comprend 15 chantiers routiers 22 sections
SMA10 ou SMA 6,3, en général bitume PmB (exception
pour deux cas)
Construction entre mars 2004 et août 2009
Certains chantiers comprennent variantes de SMA
évaluation de l’effet d’un filler modifié avec de la chaux hydratée
Essais de sensibilité à l’eau a posteriori sur des carottes
Observation des dégradations par inspection visuelle
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Journée d’échange MURE: sensibilité à l’eau & adhésivité, Lyon 12 Octobre 2015
Expériences avec l’essai ITS-R
Route Filler vides
(%)
%
bitume
ITSR (%)
(15°C)
Observations (2014)
E17 V38/45 4,9 1,6 n.d. 68 6 Aucune dégradation
E19 V38/45 6,9 0,9 6,7 92 3 Aucune dégradation
A2 V38/45 5,7 0,7 7,0 87 4 Aucune dégradation
E19 V38/45 5,3 0,4 6,9 91 2 Probèmes d’orniérage couches de
base
N760 V38/45 4,1 0,8 6,6 94 8 Aucune dégradation
N76 V38/45 2.3 0.8 6,9 88 3 Aucune dégradation
N358 V38/45 5,3 2,8 7,4 82 18 Nids de poule quelques mois après la
construction; plumage progressif dans
les années qui ont suivi réparations
en 2012
R23 Ka20 0,9 0,2 6,6 91 2 Ressuage du liant faible teneur en air
R8 Ka20 4,6 1,9 6,4 100 4 Aucune dégradation
E40 V38/45 2,3 0,3 7,2 101 5 Ressuage du liant faible teneur en air
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Journée d’échange MURE: sensibilité à l’eau & adhésivité, Lyon 12 Octobre 2015
Expériences avec l’essai ITS-R
Route Filler vides
(%)
%
Bitume
ITSR
(%)
(15°C)
Observations
E17 Ka20 9,7 0,8 6,6 100 16 Texture superficielle ouverte due à un
compactage insuffisant, corrections
effectuées pour améliorer l’uni
N132
RL km 9.700 V38/45 3,5 0,3 6,4 90 5 Aucune différence entre les variantes
de SMA contenant des fillers Ka20 ou
V38/45;
Aucune section ne présente de
dégradations
RL km 9.805 V38/45 6,0 0,3 6,4 78 1
LL km 9.700 Ka20 8,3 0,4 6,5 87 2
R25
Ref. section V38/45 6,1 0,3 6,6 90 3 Aucune différence entre les variantes
de SMA contenant des fillers Ka5 ou
V38/45;
Aucune section ne présente de
dégradations
Test section Ka5 2,6 0,4 6,7 88 2
Une grande majorité des mélanges SMA est caractérisée par une faible
sensibilité à l’eau. Les exceptions peuvent être reliées à des dégradations
telles que du plumage ou du désenrobage
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Journée d’échange MURE: sensibilité à l’eau & adhésivité, Lyon 12 Octobre 2015
Expériences avec l’essai ITS-R
Validation in situ - expérience aux Etats-Unis
PDI = pavement distress
index
Kanitpong et al., Int. J.
Pav. Eng (2008)
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Journée d’échange MURE: sensibilité à l’eau & adhésivité, Lyon 12 Octobre 2015
Expériences avec l’essai ITS-R
Validation in situ - expérience aux Etats-Unis
Réf. Bitval report (2006)
http://bitval.fehrl.org/fileadmin/bitval/BitVal_final_report.pdf
En général: de nombreux points d’interrogation
concernant les essais de sensibilité à l’eau
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Journée d’échange MURE: sensibilité à l’eau & adhésivité, Lyon 12 Octobre 2015
Perspectives
Il est nécessaire de rendre l’essai plus discriminant:
Faire varier T et le temps de conditionnement
Ajouter des sels (déverglaçage)
Cycles gel-dégel additionnels (exemple des Etats-Unis)
Nouveaux tests/essais:
MIST (‘Moisture Induced Sensitivity Tester’)
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Journée d’échange MURE: sensibilité à l’eau & adhésivité, Lyon 12 Octobre 2015
Perspectives
MIST (‘Moisture Induced Sensitivity Tester’)
• Simulation de l’effet de pompage
(trafic) pression interstitielle
• Distinction entre les effets à court et
à long terme (cinétique de diffusion
de l’eau)
• Recherche académique (Varveri et
al, TRB 2014, Delft Univ. Of
Technology)
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Journée d’échange MURE: sensibilité à l’eau & adhésivité, Lyon 12 Octobre 2015
Merci pour votre attention!