Chap VI : Retraitement des matériaux bitumineux

Sommaire

II. Retraitement en place à froid

I. Principaux mécanismes de dégradation des chaussées

III. Retraitement à froid en centrale

IV. Retraitement à chaud en centrale

V. Thermorecyclage

I. Principaux mécanismes de dégradation des chaussées1) Rappel des sollicitations de la chaussée

Sollicitations mécaniques

→ Les effets du trafic peuvent se traduire par différents types dedégradation : usure, fluage ou rupture par fatigue. Ils se traduisentpar :

→ Les chargements se traduisent par:

• un effort vertical égal au poids exercé sur la roue,• un effort horizontal lié aux frottements entre le pneumatiqueet le revêtement.

• des sollicitations de traction par flexion du matériau pour leschaussées épaisses• des sollicitations de compression par flexion du matériaupour les chaussées souples.

� Contraintes répétées de traction par flexion aux interfaces

� Contraintes répétées de compression verticales sous les charges

� Endommagement par fatigue� Fissuration évolutive vers la surface (remontée)

� Déformations permanentes (irréversibles) par plastification : orniérage du support

Sollicitations climatiques→ L’eau: diminue les facultés d’adhésivité du bitume (les liaisonsentre bitumes et granulats).

→ L’air: contribue à l’évaporation des solvants et à l’oxydation dubitume.

→ La lumière: favorise l’oxydation du bitume.

→ La température: influe sur les propriétés mécaniques dubitume.

→ Les sels de déverglaçage: peuvent engendrer de lafissuration due aux chocs thermiques développés par la fusion dela glace.

→ Le gel: fragilise le bitume et peut entraîner de la fissuration.

2) Type de dégradations

2-1 Dégradations structurelles

→ Elles apparaissent dans le corps de chaussée ou dans sonsupport et sont généralement graves.

→ Elles se traduisent par l’apparition de différentes formes defissuration ou de déformations d’orniérage selon le type destructure. Elles nécessitent souvent des interventions lourdes derenforcement, voire de reconstruction de la chaussée.

→ Elle est associée à des contraintes de traction excessives sousl’action répétée du trafic lourd principalement.

Fatigue

Fissuration longitudinale Fissuration transversale

Faïençage à mailles fines (assise souple)

Déformations permanentes

→ Les ornières à grand rayon se produisent principalement sur:

Ornières à grand rayon

• des structures souples sous-dimensionnées (épaisseurinsuffisante d’enrobés bitumineux)• des structures réalisées sur un sol support de faible portanceou mal drainé.

2-2 Dégradations superficielles

→ Elles affectent uniquement la couche de roulement et sescaractéristiques de surface.

→ Se produit essentiellement sur des sitesfortement sollicités par le trafic poids lourdcanalisé, à vitesse lente et exposés auxtempératures élevées en période chaude.

Orniérage par fluage des couches bitumineuses

→ Elles posent principalement des problèmes de sécurité, deconfort des usagers et d’intégrité de la couche de surface, sansremettre en cause la structure de la chaussée.

→ Peut être du à un emploi de bitume deconsistance trop faible à haute températureou trop susceptible aux variations detempérature.

Vieillissement par fatigue thermique

→ Il se produit par une fissuration typique en étoile évoluant versun faïençage qui autorise les infiltrations d’eau, ce qui aggrave lesdégradations.

Fissuration en étoile

→ Appelée fissuration « par le haut » des enrobés bitumineux desurface, elle est principalement due à un phénomène de fatiguethermique des enrobés sous l’effet de gradients de température.

Arrachements divers

→Pelade : elle survient par un arrachement en plaques de la couche de roulement.

Exemple de pelade

Elle peut provenir de plusieurs causes : • épaisseur trop faible, • formulation mal adaptée au trafic, • défaut de collage au support par suite d’un support trop déformable, • dosage insuffisant de couche d’accrochage.

→Nids de poule : il s’agit de cavités dues à des départs localisés de matériaux.

Exemple de nid de poule

Ils peuvent avoir pour origine des défauts ponctuels de la couche de surface, de portance du support, d’interface et des ruptures par fatigue de la couche de support.

Désenrobage→ Correspond à des départs de mastic autour des granulats quiconduisent à des arrachements évolutifs en pelade, sous trafic.

→ Peut être du à:

Exemple de désenrobage

• une stagnation d’eau sur la chaussée, • une adhésivité insuffisante liants/granulats, • un vieillissement excessif du liant, • à l’action des sels de déverglaçage et des solvants des bitumes,

Usure→ Sous l’effet du trafic, les granulats se polissent et les couchesde roulement s’usent ⇒ réduction des caractéristiquesd’adhérence pour les usagers.

II. Retraitement en place à froid

1) Principe

FRAISER

FRAGMENTER

MALAXAGE

APPLICATION

COMPACTAGE

LIANT BITUMINEUX

EMULSION

MOUSSE DE BITUME

• Elle est généralement préparée en usine et livrée sur le chantier→→→→ Émulsion de bitume:

• Les épaisseurs traitées habituelles sont comprises entre 5 à 12cm pour des enrobés et inférieures à 25 cm pour des matériauxgranulaires. (évaporation de l’eau)

→→→→ Mousse de bitume• Elle est produite sur place par un dispositif intégré au malaxeur.• Le processus consiste à injecter une petite quantité d'eau(environ 2 à 3%) et d’air dans le bitume chaud à une températured’environ 170 °C.

• Les épaisseurs traitées habituelles peuvent aller jusqu'à 15 cmpour des enrobés et 30 cm pour des matériaux granulaires.

Processus de fabrication de la mousse de bitume

2) Matériels

Train de machines séparées

Fraisage et malaxage + Répandage

Malaxage + Répandage

Fragmentation + malaxage et une machine de répandage

Fraisage +

Malaxage Répandage

Addition granulats

Compactage

Addition fluide

Machine unique : fragmentation + malaxage + mise en oeuvre

AVANTAGES

3) Avantages et limites d’utilisation

• Économie matériaux nouveaux

• Réduction énergétique (pas de chauffage ni séchage commecela est nécessaire pour un recyclage en centrale dans unmélange bitumineux à chaud)

• Réduction des transports

• Limitation travaux annexes (ajustement des seuils,rehaussement des trottoirs, accès…)

• Rétablissement circulation rapide

• Coût

LIMITES d’UTILISATION

• Caractéristiques inadaptés des matériaux (Pavés, blocs,géotextiles…)

• Faible portance du support

• Condition climatique (température trop basse, précipitationsfréquentes)

• Caractéristiques inférieures à celles obtenues avec lesmélanges bitumineux chauds : en général, quand on utilise desmélanges recyclés à froid, il faut multiplier l'épaisseur par 2,5pour réaliser la même capacité portante.

+ avec l'émulsion, le besoin d’évacuation de l'eau résiduellelimite l'épaisseur maximum des couches retraitées à l'émulsionde bitume.

⇒⇒⇒⇒Limitent l'utilisation de la technique à des routes à faible trafic.

III. Retraitement à chaud en centrale

FRAISAGE = Récupération des enrobés

STOCKAGE / CONCASSAGE

MELANGE FRAISATS-GRANULATS VIERGES

SÉCHAGE

CHAUFFAGE

MISE EN OEUVRE

RECYCLAGE A FORT TAUX ≥ 20% RECYCLAGE A FAIBLE TAUX ≤ 20%

1) Principe

Liant

→ Le liant de régénération est :• soit un bitume classique lorsque le liant des matériaux à recycler est peu vieilli et/ou le taux de recyclage est faible,• soit un liant spécifique dans le cas contraire.

→ Le vieil enrobé est ajouté à de l'enrobé neuf, dans desquantités allant de 20 à 80 %, voir 100 % (sans matériau neuf,centrales hollandaises).

→ Avec les enrobés de recyclage produits à chaud en centrale, onaboutit à la même capacité portante qu’un enrobé classique(contrairement au recyclage à froid…).

→ Attention à la pollution par d’anciens goudrons : réutilisation dematériaux pollués par du goudron est interdite car dégagementsde HAP (Halogénures Polycycliques Aromatiques) cancérigènes.

2) Matériels

→ Centrale d’enrobés classiques + équipements parallèles pourle recylage.

→ On distingue:

• 2- Les centrales discontinues avec un tambour de chauffageséparé aussi appelé tambour parallèle (addition chaude),

• 1- Les centrales sans tambour de chauffage séparé (additionfroide),

• 3- Les tambours-mélangeurs.

→ 1 : granulats recyclés froid ajouté directement aux matériauxvierges surchauffés (jusqu'à 275 ° C)⇒ limite le taux de recyclage(<20%)

Addition discontinue

Addition continue

→ 2 : granulats recyclés chauffés dans un tambour en parallèle ⇒

forts taux de recyclage possible (jusqu’à 80%)

→ Séchage et préchauffage des recyclats d'enrobés à 130°C.Puis mélangés aux granulats neufs légèrement surchauffés ⇒

température finale d’environ 160°C.

→ 3 : En général, recyclats d'enrobés ajoutés au milieu dutambour, en dehors de l'influence de l’élément réchauffeur, pourempêcher de brûler le bitume contenu dans le granulat derecyclats d'enrobés.Taux de recyclage maxi : 50%.

Tambour sécheur-enrobeur : chauffage du recyclats d'enrobés en même temps que les granulats : ajout avec les granulats (1) ou au milieu du tambour

de séchage (2).

3) Bilan technique

→ Économie de 5% à 12% + Protection environnement

→ Bonne homogénéité

→ Mise en œuvre classique

→ Pas de vieillissement marqué du liant imputable au processusde fabrication

→ Bonne macrorugosité

→ L’emploi en couche de roulement est possible sauf dans le casd’utilisation de fraisats tout-venant.