American Journal of Innovative Research and Applied Sciences.ISSN 2429-5396 Iwww.american-jiras.com
ORIGINAL ARTICLE
PLANCHE D’ESSAIS DU BÉTON BITUMINEUX SEMI-GRENU AVEC HUILE LOURDE DE TSIMIRORO
SEMI-GRANULAR ASPHALT CONCRETE TEST BOARD WITH TSIMIRORO HEAVY OIL
| Ratsifaherandahy Flemond Dolin 1*| Mamiharijaona Ramaroson 1 | Rajaonah Rabevala 1 | Ramaroson Jean De Dieu 2 | et | Randriamalala Tiana Richard 3 |
1. Université d’Antsiranana | Ecole Supérieur Polytechnique | Laboratoire de Métallurgie et Chimie | B.P. : O, 201| Antsiranana | Madagascar |
2. Centre National de Recherches Industrielle et Technologique | Département Matériaux et Génie Civil, BP 6294 | Antananarivo 101 Madagascar |
3. Laboratoire National des Travaux Publics et des Bâtiments | Département Recherche et Matériaux, B.P. 1151 | Antananarivo 101 Madagascar |
| Received November 20, 2022 | | Accepted November 27, 2022 | | Published November 30, 2022 | | ID Article | Dolin-Ref6-15ajiras221122 |
RESUMERESUMEContexte : Le béton bitumineux semi grenu BBSG avec huile lourde est destiné aux couches de roulements, connu par l’appellation BB 0/14. Il se prépare généralement en mélangeant deux composants : le blanc (granulats) et le bitume de l’huile lourde, selon une formulation qui prend en considération plusieurs critères liés d’une part aux granulats, à savoir : les caractéristiques mécaniques, la forme, et la propreté des gravillons, la valeur de bleu des fines, la granulométrie du mélange (% de passants), et d’autre part le choix de la classe du bitume et les performances mécaniques ainsi que la tenue à l’eau du béton bitumineux 0/14 utilisée dans ce travail. Objectif : L’objectif visé c’est de voir l’influence de l’effet de déchets plastiques dans le bitume de l’huile lourde sur les performances mécaniques notamment la stabilité Duriez, Marshall. Méthode : Les poudres de sachets plastiques fondus, refroidis et finement broyés sont mélangées au bitume pour avoir la stabilité Marshall du béton bitumineux qui y découle. Résultat : L’incorporation des poudres de déchets plastique jusqu’à un taux de 15% améliore la stabilité en Fluage. Concernant la stabilité Marshall : Le fluage du béton bitumineux diminue. La stabilité Marshall maximale est à 15% de la teneur en poudre de sachets plastiques fondus. Conclusion : on a constaté que la stabilité Marshal et fluage du béton bitumineux sont maximaux avec la teneur à 15% de déchets de sachets plastiques. Mots-clés : sachets plastiques, Formulation, Performances mécaniques, Stabilité Marshall, Bitume pur et déflexion
ABSTRACTABSTRACTContext: Semi-grained bituminous concrete BBSG with heavy oil is intended for wearing courses, known by the name BB 0/14. It is generally prepared by mixing two components: the white (aggregates) and the bitumen of the heavy oil, according to a formulation which takes into consideration several criteria linked on the one hand to the aggregates, namely: the mechanical characteristics, the shape, and the cleanliness of the gravel, the blue value of the fines, the granulometry of the mixture (% of passers-by), and on the other hand the choice of the class of the bitumen and the mechanical performance as well as the water resistance of the bituminous concrete 0/14 used in this work. Objective: The objective is to see the influence of the effect of plastic waste in the bitumen of the heavy oil on the mechanical performance, in particular the stability Duriez, Marshall. Method: The powder of melted, cooled and finely ground plastic bags is mixed with the bitumen to have the Marshall stability of the resulting bituminous concrete. Result: The incorporation of plastic waste powders up to a rate of 15% improves Creep stability. Regarding Marshall stability. Asphalt concrete creep decreases is good at 15% powder content of melted plastic bags. Conclusion: it was found that the Marshal stability and creep of bituminous concrete are maximal with the 15% content of waste plastic bags.Keywords: plastic bags, Formulation, Mechanical performance, Marshall Stability, Pure bitumen and deflection
1. INTRODUCTION1. INTRODUCTIONLes granulats utilisés dans les couches de roulement au pk 23+200 sur la RN5a au nord de Madagascar possèdent des résistances aux chocs ou à l’attrition dépassant largement les valeurs requises par les spécifications en vigueur (CTTP, 2004). Les essais de formulation du béton bitumineux avec des granulats (classes : 0/3 – 3/8 – 8/15) ont été effectués sans ajout de poudre de déchets plastiques afin de comparer leurs performances mécaniques (stabilité Duriez et Marshall) à celles obtenues avec des enrobés bitumineux issus de formulations contenant de poudres de déchets plastiques. Cette procédure s’avère très utile en vue de mettre en évidence la possibilité de l’exploitation des poudres de déchets plastiques dans la construction routière. L’étude met en évidence une valeur optimale d’ajout de fondu de déchets plastiques. Les études antérieures ont permis de démontrer la valorisation des matériaux locaux comme tuf et sable de dunes en construction routière Saharienne [1,2]. D’autres chercheurs [3,4] ont essayé de montrer la valorisation des déchets d’emballages plastiques dans les matériaux de construction. C’est un récent progrès en Génie des Procédés, n° 92-2005. Editions SFGP, Paris (France). D’autres chercheurs se sont consacrés à l’étude de l’amélioration des performances mécaniques du Béton Bitumineux Semi-Grenu (BBSG) par ajout de sable de dunes [5,6]. Par ailleurs, il a été mis en exergue la possibilité d’utiliser l’huile lourde et les poudres de déchets plastiques pour améliorer les performances mécaniques du béton bitumineux semi-grenu BBSG [7 ,8].
2. MATÉRIELS ET MÉTHODES2. MATÉRIELS ET MÉTHODES
2.1. Matériaux utilisés2.1. Matériaux utilisés
2.1.1. Rappel de formulation de l’ac-16c 0/16 : L'étude a été menée avec les échantillons de granulats de classe 0/4; 4/6; 6/10 ; 10/16 et bitume avec le dope, ainsi que des fillers d'apport (Ciment). 2.1.1. Rappel de formulation de l’ac-16c 0/16 : L'étude a été menée avec les échantillons de granulats de classe 0/4; 4/6; 6/10 ; 10/16 et bitume avec le dope, ainsi que des fillers d'apport (Ciment).
2.1.2. Identification des constituants2.1.2. Identification des constituantsIdentification des concassésTableau 1 : Le tableau montre l’identification des concassés.Caractéristiques0/44/66/1010/16
Caractéristiques----
Indice d'écrasement (%)---13,6
Los Angeles (LA)---17,5
équivalent de sable (%)90---
Densité spécifique (T/m3)2,7652,7302,7702,802
Densité apparente (T/m3)1,5531,3601,4071,324
Caractéristiques--0,30,2
Figure 1 : Le figure montre les courbes granulométriques des granulats.Caractéristiques du Bitume : Les essais réalisés sur l'échantillon de bitume 40/50 reçu ont permis d’obtenir les résultats suivants :Tableau 2 : Le tableau montre les caractéristiques du Bitume.EssaiUnitéRésultatsSpécification
Pénétrabilité de ramollissement0,1mm6060-80
Point de ramollissement°C50,2>45
Ductilité a 15°ccm100>100
Pénétrabilité restante après durcissement à 25°C%68,5>63
Ductilité restante après durcissement a 10°ccm4,3>4
D'après les caractéristiques d'identification, le bitume utilisé est de la classe 50/70 ; Caractéristiques des Poudres de déchets plastiquesTableau 3 : Le tableau montre caractéristiques des déchets plastiques utilisés.Caractéristiques Poudres de plastiqueFibres plastiques
Longueur (cm) -3
Diamètre (mm) 0,30840
Masse volumique apparente (kg/m3) 0,350,95
Masse volumique absolue (kg/m3 ) 0,871,23
Figure 2a : Gravillons. Figure 2b : Sable. Figure 2C : huile lourde. Figure 2d : Echantillons.2.2. Matériels de mise en œuvreLes matériels utilisés sont ceux prescrits par la norme NF-EN 1426 comportant en substance :Finisher : Marque : XCMG RP 753 avec Vitesse d’avancement : maxi 4 ml / mn ; Compacteur pneumatique. Marque : XCMG XP 303 K (Nombre de pneus = 9, dont 5 AV et 4 AR et Largeurs : 2,750 M, Poids Totale : 15000 kg);Compacteur à rouleau lisse Tandem avec vibrante (Marque : XCMG XD 133, Largeurs : 2,130 M et Charge 13 tonnes) ;Un thermomètre à tige, de portée 0 à 200 °C, pour le suivi de la température de la coupole témoin, en vue de son maintien à la valeur constante égale à 25°C ; Centrale enrobésCamions Benz de 30M3Ordinateur ;Figure 3a : Pupitre de Commande. Figure 3b : Centrale d'enrobage. Figure 3C : Carottage de l'AC-16C.
3. MÉTHODES3. MÉTHODES3.1. Élaboration du liant : poudre de sachets plastiquesL’élaboration du nouveau liant bitumineux consiste à faire fondre, à environ 300 °C, les déchets de sachets plastiques dans un récipient métallique approprié. Le liquide obtenu est ensuite refroidi à l’air ambiant (température : 28-31°C), puis le solide découlant est finement broyé en poudre et tamisé au tamis 0,160 mm.3.2. Réalisation des mélanges bitumineux Les mélanges bitumineux ont été élaborés. Il contient des pourcentages en masse de déchets de sachets plastiques fondus, refroidis et réduits en poudre de 15% en quantité dans le bitume de l’huile lourde, en substitution partielle au bitume. L’opération de mélange, de la poudre de sachets plastiques et bitume de l’huile lourde, est effectuée à chaud dans la centrale enrobée à environ 170°C et la température de mise en œuvre est de 165°C.4. RÉSULTATS ET DISCUSSIONS4.1. DéformabilitéAvant la mise en œuvre du béton bitumineux, des mesures de déflexions ont été effectuées sur l’ancienne Chaussée, à l’aide d’une poutre Benkelman sous un essieu arrière de 13 tonnes. Les résultats obtenus sont récapitulés ci-après :Tableau 4 : Le tableau montre les mesures de déflexion sur la couche de base avec couche de scellement (avant la pause EDC 0/16).couche de base avec couche de scellement
points kilométriquesPosition
Côté gauche AxeCôté droit
135+460726664
135+470706454
135+480686466
135+490586866
135+500667254
135+510686872
135+520625470
135+530606662
135+540586658
135+550525660
135+560505656
135+570626442
135+580526250
135+590566054
135+600564458
135+610586456
moyenne60,5062,1358,88
écart type6,756,837,69
D98747674
Moyenne D9874,66
Les résultats des mesures de déflexion D98 de la couche de base varient de 84 à 98. 1/100 mm pour le tronçon de cette deuxième planche d’essai.4.2. Formule de l’Enrobée AC-16C validée lors de l’étudeTableau 5 : Le tableau montre la formule de l’enrobée AC-16C validée lors de l’étude est récapitulée ci-après.Constituantsproportion en liant (%)Résultats Des Études
Essais Marshall
Densité MarshallPoids spécifiqueStabilité Marshall en knFluage
Sable 0 – 4322,5022,60219,703,80
Concassée 4/618
Concassée 6/1013
Concassée 10/1623
Filler24
Teneur en liant2
Spécifications4,5˃52 à 4,5
4.3. FormuleTableau 6 : Le tableau montre la formule de l’Enrobée AC-16C adoptée lors de la planche d’essai est récapitulée ci-après.DésignationsSable 0 – 4(%)Concasser 4/6 (%)Concasser 6/10 (%)Concasser 10/16 (%)Filler (Ciment) (%)Bitume (%)
Composition (%)3318232424,70
Le pourcentage en bitume obtenu lors de la formulation était de 4,5 % (pourcentage exprimé par rapport aux granulats).4.4. Planche d'essai : La planche d'essai a été réalisée entre PK 135+460 au 135+610 de la RNS5A.4.4.1. Planche d’essai proprement dite : La planche d'essai a été divisée en trois (03) zones pour recevoir des énergies de compactage différentes.Longueur de la planche : 150,00 m et la largeur totale : 6,50 mÉpaisseur foisonnée : 7,5 cm environ, Épaisseur compactée prévue 5cm avec Vitesse d'avancement du Finisher : 3m/mm. La répartition des nombres de passes par zone est comme suivie :Tableau 7 : Le tableau montre répartition des nombres de passes par zone. PK 135+460 cotes Vohemar1L+3V+8P2L+6P+2V2L+4P+3VPK 135+610 cotes Daraina
NOTA : 1 passe= 1 aller et 1 retour simple de l’engin compacteur ; L= compacteur à jante, lisse non vibrée; V= compacteur à jante, lisse vibrée ; P= compacteur pneumatique.4.4.2. Résultats des essais :Température : Les contrôles des températures de l’enrobé AC-16C produit et mis en place durant cette planche d’essai sont récapitulés dans le tableau ci-après :Tableau 8 : Le tableau montre le contrôle des températures de l’enrobée AC-16C.N°CamionHeure Arr. CamionT° au Camion (°C)Heure Début CompactageT° Début Compactage (°C)Heure Fin CompactageT° Fin Compactage (°C)Localisation
112h5214913h1813114h1075Pk 135+460
213h5315213h3214414h3268Pk 135+510
314h5414013h5912815h0562Pk 135+610
Les températures à la sortie du malaxeur varient de 157°C à 168 °C.Essais de laboratoire:Des essais de laboratoire sur chantier et au siège ont été réalisés pour le 1er camion et le 3ème camion.En général, les résultats obtenus sont acceptables par rapport aux spécifications4.4.3. Courbe granulométrique de la mise en œuvre:Figure 4: La Courbe granulométrique de la planche d'essai s'inscrit bien dans le fuseau de référence de l'AC-1.4.4.4. Mesures de déflexion après mise en œuvre de l’EDC 0/16 : Des mesures de déflexions ont effectuées après la mise en œuvre du béton bitumineux. Les résultats obtenus sont récapitulés dans le tableau ci - après : Déflexion Dq (1/100ème).L’observation la plus intéressante réside toutefois dans le fait que les déflexions sont faibles à l’axe de la chaussée, par contre les déflexions aux rives de la chaussée sont importantes. Le tableau ci-après récapitule les résultats des essais de laboratoire pour les échantillons d’enrobé prélevés durant la planche d’essai.Tableau 10 : le tableau montre les résultats des essais de laboratoire pour les échantillons d’enrobé prélevés durant la planche d’essai.Laboratoire sur chanterÉtudes au LNTPB
Caractéristique Marshall1er Camion 2em Camion 3em Camion
Densité T/m32,5572,5162,5432,33
Compacité97,6096,0397,0693,9
Stabilité kN25,3522,8425,4112,20
Fluage28,20/1025,90/1023,8/1033/10
Extraction
% Liant5,44,14,75,3
Module de richesse--3,173,83
Surface spécifique (m²/kg)--7,90 -
LNTPB : Laboratoire national des Travaux Publics et des Bâtiments.4.4.5. Résultats sur les carottes de l’AC-16C : Des prélèvements destructifs par carottage ont été effectués sur les différentes bandes de la planche d'essai. Les résultats obtenus sont récapitulés dans le tableau ci-après:Tableau 11: le tableau montre les résultats des essais destructifs.LocalisationNombre de passeN° carotteÉpaisseur [cm]MVA de la carotteCompacité (%)
Pk 135+360 AU Pk 135+4101L + 3V + 8P15,02,50698,01
25,52,48797,26
Pk 135+410 AU Pk 135+4602L + 2V + 6P35,92,527100,44
45,02,518100,08
Pk 135+460 AU Pk 135+5102L + 3V + 4P54,802,39494,14
Moyenne5,242,48697,99
Les épaisseurs des carottes varient de 4,8 cm à 5,9 cm avec une moyenne de 5,24 cm. Les compacités correspondantes varient de 94,14 à 100,44% avec une moyenne de 97,99% par rapport au MVA MARSHALL de l’étude effectuée. Les résultats sont satisfaisants.4.4.6. Déflexions de la couche de base avec couche de scellement et couche de l’Enrobée Dense à chaud : La mesure de déflexion de la couche de Base et couche de roulement de travaux de réhabilitation et de bitumage de la route nationale n°5a reliant Ambilobe et Vohémar a un tronçon de 150,00m de long a été effectuée. Nous avons fait la mesure de déflexion sur l’axe et sur les rives de chaussée tous les 10 m avec Essieu de 13 tonnes. Les résultats obtenus sont : Pour la couche de base avec couche de scellement : Nombre de mesure 16, mesure Minimale 42, mesure Maximale 72, la moyenne de mesure 58,67 (Figure 5), Écart-type 8,74 et D98 = 76. Pour la couche de roulement en enrobé Bitumineux : Nombre de mesure 16, mesure Minimale 40, mesure maximale 60, la mesure moyenne 54,67(Figure 6), Écart-type 2,62 (Figure 7), mesure moyenne (Figure 8) et D98 = 58,44.
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Figure 5 : la figure montre les valeurs de déflexions de la couche de base avec couche de scellement.
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Figure 6 : la figure montre les valeurs de déflexions de la couche de l’Enrobée Dense à chaud.Les écarts observés entre deux déflexions successives sont significatifs : en rive, par exemple, leur moyenne, en valeur absolue, atteint 3 centièmes de millimètre, soit 8 % en moyenne relative. Or, plus l’intervalle de temps séparant les deux mesures est grand, plus la déflexion donnée par la seconde mesure est proche, voire même inférieure, à celle issue de la première mesure. Ceci conforte le constat fait sur la figure 7 suivante :
(
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Figure 7: la figure montre les valeurs des Écarts Types de déflexions de la couche de l’Enrobée Dense à chaud.On a remarqué que la déflexion dépend essentiellement du trafic de dimensionnement retenu pour la conception de la chaussée. Ainsi que la déflexion de rive et à l’axe est quasiment la même figure 8.
(
)
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Figure 8 : la figure montre les valeurs de déflexions moyennes.
5. mise en œuvre de la couche de scellement 5. mise en œuvre de la couche de scellement
Figure 9 : les photos montrent les couches de Roulement en Béton bitumineux Semi-Grenu au PK 6+450 - PK 7+600.
6. CONCLUSION6. CONCLUSIONLa planche d’essai de l’enrobé AC-16C, effectuée entre les PK 135+460- PK 135+610. Le 27 avril 2022 a permis de tirer les conclusions suivantes :L’enrobé AC.16C est conforme suivant les spécifications ;Toutefois, la teneur en liant doit être toujours maintenue aux environs de 4,7% ;Les caractéristiques du béton bitumineux mis en place durant la planche d'essai sont : nombre de passes recommandés : 1 passe du rouleau lisse + 3 passes du rouleau lisse vibré ensuite 8passes du compacteur pneumatique ;L’Épaisseur mise en place obtenue : une moyenne de 5,24 cm, Densité en place obtenue : 2,575.Pour la température de mise en œuvre d’EDC, les limites des températures à respecter sont :Température de sortie-malaxeur : 163 à 165 °C ;Température minimale de répandage : > 150 °C ;La production et la mise en œuvre de l’enrobe AC-16C pourrait être entamée avec les caractéristiques et recommandations ci-dessus.Remerciements : Les auteurs tiennent à remercier Laboratoire Nationale et des Travaux Publics Madagascar (LNTPB) et China Road And Bridge Corporation (CRBC) à Madagascar et la Société COLAS Madagascar pour la mise à disposition des matériels à la réalisation de ce travail.
8.RÉFÉRENCES8.RÉFÉRENCES[1] CTTP Alger (2004). Recommandations sur l’utilisation des bitumes et des enrobés bitumineux à chaud, fascicule 2 (La formulation), Février 2004, 37 pages. [2] Akacem M., (2017), « Valorisation des matériaux locaux : tuf et sable de dunes en construction routière Saharienne » (Thèse de doctorat). UST Oran – Algérie. [3] Akacem M., Bouteldja M., Veronique C., and Hachichi A. A method to use local low performances aggregates in asphalt pavements – An Algerian case study. Construction and Building Materials. October 2016; 125(30): 290–298.[4] Yazoghli-Marzouk O., Dheilly R.M. and Queneudec M. Valorisation des déchets d’emballages plastiques dans les matériaux de construction. Récent Progrès en Génie des Procédés, n° 92-2005. Editions SFGP, Paris (France). ISBN 2-910239-66-7. [5] Kapil S., and Punjabi K.K. Improving the Performance of Bituminous Concrete Mix by Waste Plastic. Int. Journal of Engineering Research and Applications. 2013 ; 3(5): 863-868. [6] EN 12697–34, bituminous mixtures – test methods for hot mix asphalt – Part34: Marshall test, 2012. [7] VERMA S.S. Roads from Plastic Waste. The Indian Concrete Journal. 2008; 43-44. [8] Akacem Mustapha, Moulay Omar Hassan, Abbou Mohamed, Khelafi Hamid.Amélioration des performances mécaniques du béton bitumineux semi-grenu BBSG par ajout de sable de dune At: 2ème Séminaire Internationale de Génie Civil 2018 (SIGC2018) » ENPOran 27 et 28 Novembre 2018 - Algérie