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Recyclage des fraisats denrobés dans les bétons routiers. Vincent Mathias – Thierry Sedran – François de Larrard Laboratoire Central des Ponts et Chaussées.

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1 Recyclage des fraisats denrobés dans les bétons routiers. Vincent Mathias – Thierry Sedran – François de Larrard Laboratoire Central des Ponts et Chaussées – Centre de Nantes – France

2 15 septembre 2004Journée Technique du LAVOC2 Plan de la présentation Contexte et objectifs Le béton de fraisat –Caractérisation des bétons de fraisat –Modélisation Utilisation en matériau routier –Comportement en fatigue –Comportement vis-à-vis de la fissuration –Dimensionnement IntroductionLe béton de fraisatUtilisation en matériau routier ContexteObjectifsCaractérisationModélisationFatigueFissurationDimensionnement

3 15 septembre 2004Journée Technique du LAVOC3 Contexte de létude Production française annuelle de fraisats denrobés : 2 millions de tonnes. près de 50 % stockés ou mis en décharge. Part infime du recyclage avec un liant hydraulique, et toujours sous forme de graves traitées. résultats intéressants : –chute du module –baisse modérée de la résistance en fendage IntroductionLe béton de fraisatUtilisation en matériau routier ContexteObjectifsCaractérisationModélisationFatigueFissurationDimensionnement

4 15 septembre 2004Journée Technique du LAVOC4 Objectifs Intégration du matériau fraisat denrobés dans les chaussées en béton. Caractériser l'influence des fraisats sur les propriétés d'usage des bétons routiers (résistances en compression et fendage, module délasticité, comportement en fatigue et vis à vis du retrait et de la fissuration). Proposer une méthode de prise en compte des fraisats dans la formulation des bétons et dans le dimensionnement des structures routières incorporant des bétons avec fraisats. IntroductionLe béton de fraisatUtilisation en matériau routier ContexteObjectifsCaractérisationModélisationFatigueFissurationDimensionnement

5 15 septembre 2004Journée Technique du LAVOC5 Essais de caractérisation 2 types de béton : –Béton de couche de surface (dosé à 330 kg/m3) –Béton maigre dassise (dosé à 220 kg/m3) Pour chaque type de béton, 5 dosages différents en fraisat, de 0 à 90 % de la masse totale de granulats. Laffaissement est gardé constant en ajustant la quantité deau. Pour chaque mélange, essais de résistance en compression, en fendage ainsi que module élastique, à 28 jours et pour trois températures différentes (2°C, 20°C et 40°C). IntroductionLe béton de fraisatUtilisation en matériau routier ContexteObjectifsCaractérisationModélisationFatigueFissurationDimensionnement

6 15 septembre 2004Journée Technique du LAVOC6 Résistance en compression IntroductionLe béton de fraisatUtilisation en matériau routier ContexteObjectifsCaractérisationModélisationFatigueFissurationDimensionnement

7 15 septembre 2004Journée Technique du LAVOC7 Résistance en fendage IntroductionLe béton de fraisatUtilisation en matériau routier ContexteObjectifsCaractérisationModélisationFatigueFissurationDimensionnement

8 15 septembre 2004Journée Technique du LAVOC8 Module élastique IntroductionLe béton de fraisatUtilisation en matériau routier ContexteObjectifsCaractérisationModélisationFatigueFissurationDimensionnement

9 15 septembre 2004Journée Technique du LAVOC9 Notion dIQE IntroductionLe béton de fraisatUtilisation en matériau routier ContexteObjectifsCaractérisationModélisationFatigueFissurationDimensionnement

10 15 septembre 2004Journée Technique du LAVOC10 Interprétation en terme dIQE IntroductionLe béton de fraisatUtilisation en matériau routier ContexteObjectifsCaractérisationModélisationFatigueFissurationDimensionnement

11 15 septembre 2004Journée Technique du LAVOC11 2 approches pour la modélisation 1.Le fraisat est un granulat classique : il y a pellicule de bitume autour du granulat naturel 2.Le fraisat est un séparé en deux phases : le granulat dorigine est considéré sans bitume tandis que ce dernier se présente sous forme dinclusions souples dans la matrice cimentaire IntroductionLe béton de fraisatUtilisation en matériau routier ContexteObjectifsCaractérisationModélisationFatigueFissurationDimensionnement

12 15 septembre 2004Journée Technique du LAVOC12 Modèle de résistance en compression développé par le LCPC Bitume autour du granulat Bitume dans la matrice cimentaire IntroductionLe béton de fraisatUtilisation en matériau routier ContexteObjectifsCaractérisationModélisationFatigueFissurationDimensionnement

13 15 septembre 2004Journée Technique du LAVOC13 Comparaison des deux approches Lunité est égal à 1 MPa pour la résistance en compression, 0,1 MPa pour la résistance en fendage et 1 GPa pour le module élastique IntroductionLe béton de fraisatUtilisation en matériau routier ContexteObjectifsCaractérisationModélisationFatigueFissurationDimensionnement

14 15 septembre 2004Journée Technique du LAVOC14 Comportement en fatigue Essais réalisés au Laboratoire Régional des Ponts et Chaussées de Lille. Trois essais de fatigue réalisés sur des bétons dosés à 330 kg/m3 de ciment et comprenant 0, 50 et 90 % de fraisats. Deux essais réalisés sur béton de fraisat maigre et sur béton témoin maigre. IntroductionLe béton de fraisatUtilisation en matériau routier ContexteObjectifsCaractérisationModélisationFatigueFissurationDimensionnement

15 15 septembre 2004Journée Technique du LAVOC15 Résultats des essais de fatigue IntroductionLe béton de fraisatUtilisation en matériau routier ContexteObjectifsCaractérisationModélisationFatigueFissurationDimensionnement

16 15 septembre 2004Journée Technique du LAVOC16 Analyses des résultats Cohérence des résultats entre les deux types de béton : augmentation du taux de fraisat baisse de lendurance Faible dispersion des résultats pour tous les bétons avec fraisat. Résultats surprenants entre bétons riches et maigres : résistance plus élevée endurance plus faible IntroductionLe béton de fraisatUtilisation en matériau routier ContexteObjectifsCaractérisationModélisationFatigueFissurationDimensionnement

17 15 septembre 2004Journée Technique du LAVOC17 Comportement en fissuration La fissuration du béton provient : –Des retraits hydriques et thermique qui laffectent –De sa rigidité qui entraîne des contraintes de traction importantes suite aux déformations induites par le retrait Nous avons mesuré les différents retraits pour le béton de fraisat comparé au témoin : le retrait hydrique augmente avec la hausse du taux de fraisat tandis que le retrait thermique est identique. résultats difficiles à quantifier en terme de fissuration Nous avons simulé le comportement dune section de chaussée en BAC IntroductionLe béton de fraisatUtilisation en matériau routier ContexteObjectifsCaractérisationModélisationFatigueFissurationDimensionnement

18 15 septembre 2004Journée Technique du LAVOC18 Essais de retrait empêché : schéma du montage IntroductionLe béton de fraisatUtilisation en matériau routier ContexteObjectifsCaractérisationModélisationFatigueFissurationDimensionnement

19 15 septembre 2004Journée Technique du LAVOC19 Essais réalisés Choix du béton à 50 % de fraisats comparé au béton témoin. Deux essais réalisés sur des structures BAC mécaniquement équivalentes : –Même dosage en ciment (330 kg/m3) et surépaisseur de 25 % pour le béton de fraisat. –Même épaisseur et surdosage en ciment de 25 % pour le béton de fraisat, avec un superplastifiant pour obtenir le même IQE. IntroductionLe béton de fraisatUtilisation en matériau routier ContexteObjectifsCaractérisationModélisationFatigueFissurationDimensionnement

20 15 septembre 2004Journée Technique du LAVOC20 Résultats Premier essai : résultats similaires sur les deux barreaux (3 fissures). Deuxième essai terminé : une seule fissure (au même endroit) sur chaque éprouvette. IntroductionLe béton de fraisatUtilisation en matériau routier ContexteObjectifsCaractérisationModélisationFatigueFissurationDimensionnement

21 15 septembre 2004Journée Technique du LAVOC21 Méthode de dimensionnement Le dimensionnement consiste à comparer la contrainte calculée dans la couche à une contrainte admissible : adm = 6.(N / 10 6 ) b.k r.k d.k s.k c 6 est la contrainte de rupture à 1 million de cycles et b la pente de fatigue, toutes deux déterminées par lessai de fatigue. N est le nombre de chargements sur la durée de vie. k r, k d, k s et k c sont des coefficients modérateurs. Matériau différent dun béton classique évolution des paramètres de dimensionnement. IntroductionLe béton de fraisatUtilisation en matériau routier ContexteObjectifsCaractérisationModélisationFatigueFissurationDimensionnement

22 15 septembre 2004Journée Technique du LAVOC22 Application de la méthode aux bétons de fraisat Lessai de fatigue montre un comportement différent des bétons de fraisat : baisse de 6 et b défavorable au béton de fraisat. k r évolue en fonction de b et SN. La baisse importante de SN entraîne une augmentation de kr favorable au béton de fraisat. Le coefficient de discontinuités, k d, peut être gardé constant dans la mesure où il ne semble pas y avoir deffets discriminants des fraisats sur la fissuration. De plus, le coefficient de dilation thermique du béton nest pas sensible à la présence de bitume. La question se pose sur le choix du coefficient de calage, k c, dans la mesure où lon na pas de réalisation réelle de chaussée en béton de fraisat a priori, lhypothèse de départ consiste à conserver la valeur de k c. IntroductionLe béton de fraisatUtilisation en matériau routier ContexteObjectifsCaractérisationModélisationFatigueFissurationDimensionnement

23 15 septembre 2004Journée Technique du LAVOC23 Simulation de dimensionnement (1) Le coût estimé des matériaux est de 80 /t pour le ciment et 8/t pour les granulats. Les fraisats sont supposés avoir un coût nul. 14,2 /m 2 13,0 /m 2 12,1 /m % - 7 % IntroductionLe béton de fraisatUtilisation en matériau routier ContexteObjectifsCaractérisationModélisationFatigueFissurationDimensionnement

24 15 septembre 2004Journée Technique du LAVOC24 Simulation de dimensionnement (2) Le coût estimé de lacier est de 750 /t 21,4 /m 2 20,4 /m % IntroductionLe béton de fraisatUtilisation en matériau routier ContexteObjectifsCaractérisationModélisationFatigueFissurationDimensionnement

25 15 septembre 2004Journée Technique du LAVOC25 Conclusions générales Les différentes approches de modélisation permettent dappréhender de façon rationnelle lintroduction des fraisats dans le béton. Les comportements en terme de fissuration et de fatigue permettent une meilleure connaissance du matériau béton de fraisat Les bases du dimensionnement des chaussées incorporant du béton de fraisat sont posées. Lintérêt économique du recyclage des fraisats dans les bétons se confirme. IntroductionLe béton de fraisatUtilisation en matériau routier ContexteObjectifsCaractérisationModélisationFatigueFissurationDimensionnement


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