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Manuel LPC d’aide à la formulation des enrobés Groupe de travail RST « Formulat

Manuel LPC d’aide à la formulation des enrobés Groupe de travail RST « Formulation des enrobés » Sous la direction de Jean-Luc DELORME, Chantal de la ROCHE, Louisette WENDLING Septembre 2007 Laboratoire Central des Ponts et Chaussées 58, bd Lefebvre, F 75732 Paris Cedex 15 Jean-Luc DELORME Laboratoire Régional des Ponts et Chaussées de l’Est Parisien Chantal de la ROCHE Laboratoire Central des Ponts et Chaussées Louisette WENDLING Laboratoire Régional des Ponts et Chaussées d’Autun Ce rapport a été établi d’après les documents et avec la participation du groupe de travail « Formulation des enrobés à chaud », animé par Jean-Luc DELORME Yves BROSSEAUD, Laboratoire Central des Ponts et Chaussées Yves GANGA, Laboratoire Régional des Ponts et Chaussées de Clermont-Ferrand René HIERNAUX, Laboratoire Régional des Ponts et Chaussées de Saint-Quentin Jean-François LAFON, Laboratoire Régional des Ponts et Chaussées de Toulouse Francis MOUTIER, Laboratoire Central des Ponts et Chaussées Claude ROGER, Laboratoire Régional des Ponts et Chaussées de Strasbourg Patrick VAN GREVENYNGHE, Laboratoire Régional des Ponts et Chaussées d’Aix- en-Provence Et la collaboration de Chantal DE LA ROCHE, Laboratoire Central des Ponts et Chaussées Florence PERNOT-MOREAU, Laboratoire Régional des Ponts et Chaussées de l’Est Parisien François TRAVERS, Laboratoire Central des Ponts et Chaussées Nicole VERCHERE, Laboratoire Régional des Ponts et Chaussées ce l’Est Parisien Louisette WENDLING, Laboratoire Régional des Ponts et Chaussées d’Autun Préface de Jean-Michel PIAU, Directeur Technique Chaussées, Laboratoire Central des Ponts et Chaussées Manuel LPC d’aide à la formulation des enrobés à chaud – Préface – - 3 - Préface Manuel LPC d’aide à la formulation des enrobés à chaud Jean-Michel PIAU Ce manuel est destiné à rassembler et expliciter les savoirs du Réseau Scientifique et Technique de l’Équipement (RST) en matière de formulation des enrobés bitumineux à chaud. Il décrit à la fois : ⎯ la méthode de formulation des enrobés utilisée par le Réseau ; ⎯ les règles et savoir-faire mis en œuvre dans les études de formulation, afin d’obtenir de façon efficace des matériaux répondant à un ensemble de spécifications prédéfinies. Ce document a été élaboré essentiellement dans un but pédagogique de transmission de connaissance et d’harmonisation des méthodes en vigueur dans les différents laboratoires des Ponts et Chaussées. Mais il est souhaitable qu’il puisse être enrichi à relativement court terme de la contribution des entreprises et servir de ferment à la rédaction d’une « Méthode française de formulation des matériaux routiers » couvrant l’ensemble des techniques mises en œuvre sur notre territoire et pouvant être partagée auprès de nos partenaires européens et internationaux. En guise d’introduction à ce manuel, il nous semble utile de rappeler les principaux objectifs des méthodes de formulation et d’en expliciter les principaux ingrédients sur la base d’un formalisme minimal. Il devient ainsi plus aisé d’appréhender les processus longs, complexes et souvent implicites d’élaboration de ces méthodes et de comprendre la diversité des méthodes développées de par le monde. La mise en évidence des enjeux et du large champ des possibles encore à explorer, justifie par ailleurs la permanence des efforts de recherche consentis pour l’amélioration et l’optimisation des méthodes de formulation. Dans le même esprit, on fait part plus loin de quelques considérations préalables sur l’autre facette de la « formulation », qui concerne les études de formulation à proprement parler. Manuel LPC d’aide à la formulation des enrobés à chaud – Préface – - 4 - Les objectifs d’une méthode de formulation de matériaux routiers en laboratoire sont principalement de trois ordres. Il s’agit d’une part d’obtenir et proposer des matériaux : ⎯ aptes à être mis correctement en œuvre sur chantier ⎯ aptes à résister aux sollicitations liées au reste de la construction de l’ouvrage ⎯ aptes à satisfaire les exigences de durabilité structurelles ou de qualité d’usage des chaussées, spécifiées par les maîtres d’ouvrage. La qualité et la pertinence des méthodes de formulation conditionnent ainsi pour une grande part la sécurité d’usage des infrastructures, leur durabilité et leurs coûts d’entretien. Mais elles sont également des outils précieux pour l’innovation, en fournissant des guides à l’élaboration et à l’amélioration de matériaux expérimentaux et en fournissant des moyens d’évaluation, précoces et relativement peu coûteux, de leurs performances. L’élaboration d’une méthode de formulation résulte d’un processus long et complexe, qui nécessite de nombreux allers-retours inscrits dans la durée entre terrain et laboratoire et qui plus largement s’inscrit dans le contexte (culturel) des méthodes de dimensionnement des chaussées et de classification et normalisation des produits. Les méthodes de formulation s’appuient sur trois piliers principaux, fortement liés et interdépendants. Le premier concerne l’ensemble P de propriétés physiques, chimiques et mécaniques considéré comme nécessaire et suffisant à juger de l’aptitude des constituants et des mélanges à former des matériaux routiers. Le second est l’ensemble E des essais et méthodes d’essai, utilisées pour mesurer ces propriétés. Le troisième est l’ensemble V des valeurs seuils à atteindre ou à ne pas dépasser, en fonction des propriétés requises pour l’ensemble de l’ouvrage sur sa durée de vie, qui fait elle-même partie des spécifications des maîtres d’ouvrage. Parmi le premier ensemble, il est important de distinguer les grandeurs Pc s’appliquant aux constituants et celles Pm s’appliquant aux mélanges. Parmi ces dernières, on fera également la distinction entre les grandeurs Pv de type volumétrique, telles que module de richesse, teneurs en vide, etc, et les grandeurs mécaniques ou physiques performantielles, , Pf de types empirique ou intrinsèque, telles que résistance à l’orniérage, résistance à la fatigue, module de rigidité, etc. Historiquement, les méthodes se sont principalement appuyées à l’origine sur les propriétés de type Pc et Pv , les plus à même de fournir des règles directes et opérationnelles de formulation. Ces méthodes sont dites par « recette ». Les méthodes ont ensuite cherché sans se passer complètement des premières, à intégrer un nombre croissant de grandeurs performantielles, plus proches des propriétés directement représentatives du comportement des matériaux dans les ouvrages, mais plus difficiles et plus lourdes à évaluer et à prendre en compte dans les études de formulation. Aujourd’hui l’importance croissante des techniques de recyclage ou de ré-emploi des matériaux en construction et en entretien routiers, qui multiplie la diversité des Manuel LPC d’aide à la formulation des enrobés à chaud – Préface – - 5 - constituants, ne fait que renforcer le besoin en méthode de formulation performantielle opérant directement sur les mélanges. La sélection des essais et méthodes d’essais E associés à la mesure des paramètres P offre à nouveau un grand nombre de degrés de liberté dans la détermination des méthodes de formulation. Ceci d’autant plus que l’ensemble E inclut le choix des méthodes de préparation des corps d’épreuve, qui diffèrent souvent d’un pays à l’autre1. Il est à noter toutefois que pour les propriétés P relevant de la normalisation européenne, une étape importante a récemment été franchie en imposant des essais et méthodes d’essai uniques2. Le troisième volet de l’édifice est celui des fourchettes de valeurs admissibles V associées aux variables P , compte tenu des essais retenus E et de l’usage recherché des matériaux. Ce choix est une vaste question en elle-même. Il est en général issu de l’existence d’un référentiel acquis sur la durée et basé sur la confrontation entre observations de terrain et méthodes de dimensionnement. Pour les matériaux normalisés, l’ensemble V est structuré en classes de matériaux, qui regroupent de façon homogène et cohérente les spécifications souhaitées sur les différentes variables de l’ensemble P . L’emploi des normes produits correspondantes permet de simplifier les cahiers des charges des maîtres d’ouvrage. Signalons enfin ici que selon les besoins précis des études de formulation3, il est défini en général plusieurs niveaux d’application totale ou partielle des méthodes, correspondant à la mise en œuvre de sous-ensembles { } ' , ' , ' V E P pris au sein du triplet { } V E P , , . Les études de formulation s’inscrivent à l’intérieur du cadre fourni par les méthodes de formulation. Elles visent généralement à obtenir des matériaux satisfaisant à un ensemble de spécifications requis par le maître d’ouvrage, en jouant sur les variables de formulation des mélanges, à disposition de l’entreprise en charge du chantier. Mais bien d’autres situations peuvent nécessiter le recours à des épreuves de formulation. Dans le cas de la formulation d’un nouvel enrobé bitumineux à chaud, l’ensemble F des degrés de liberté du formulateur porte typiquement sur : ⎯ le choix plus ou moins large de la phase minérale de l’enrobé (filler, fines, sables, granulats), en fonction des contraintes et du lieu du chantier ⎯ le choix du liant (nature, dureté) ⎯ l’introduction éventuelle d’additifs (exemple, dope) ⎯ le choix de la courbe granulaire ⎯ la teneur en liant du mélange. 1 Exemple : on peut distinguer suivant les pays quatre grandes méthodes de préparation de corps d’épreuve ; par compacteur de plaques, par compaction à la PCG, par compaction par impact (dame) ou par vibration. 2 Hormis pour un certain nombre de propriétés pour lesquelles les essais correspondant sont jugés équivalents. 3 Formulation d’un nouveau matériau, vérification périodique de formule,… Manuel LPC uploads/Ingenierie_Lourd/ manuel-lpc-daide-a-la-formulation-des-en-pdf.pdf