Performances mécaniques
des enrobés drainants
Journée technique du LAVOC 2005
Michel PITTET LAVOC - EPFL
2 Structure de la présentation
• Introduction
• Historique de la normalisation SN et EN
• Propriétés et performances visées en Suisse
• Optimisation d’un DRA pour SR-RN-VD
• Recherche VSS 1999/280
• Développement d’une nouvelle méthode
• Conclusions et perspectives
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3 Introduction
• Les enrobés drainants ont été développés à partir
des années 80
• La Suisse s’est rapidement intéressée à cette
nouvelle technologie prometteuse
• Définition d’un cadre technique pour faciliter
l’accès à cette technologie des enrobés drainants
Normalisation
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4 Historique de la normalisation SN et EN
• Norme VSS SN 640 433 juin 1990
– DRA couche de roulement
– Granulats durs
– PSV 50 minimum
– Liants polymères ou avec ajouts
– Vides Marshall en laboratoire minimum 16%
– Vides minimum en place 18%
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5 Historique de la normalisation SN et EN
• Norme VSS SN 640 433a novembre 1996
– DRA couche de roulement
– Granulats durs
– PSV 50 minimum
– Liants polymères ou avec ajouts
– Vides Marshall en laboratoire minimum 22%
– Vides communicants minimum 15%
– Degré de compactage ≥ 98%
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6 Historique de la normalisation SN et EN
• Norme VSS SN 640 433b janvier 2001
– DRA couche de roulement
– Granulats durs
– PSV 50 minimum
– Liants polymères ou avec ajouts
– Vides Marshall en laboratoire minimum 22%
– Vides communicants minimum 15%
– Degré de compactage ≥ 98%
– DRA couche de roulement, couche de base et couche drainante
– Compactage Marshall et/ou compactage PCG 40 girations
– Essai de sensibilité à l’eau (prEN 12697-12)
– Essai de perte de matériaux CANTABRO (prEN 12697-17)
– Essai de drainabilité in situ au drainomètre d’Yverdon avec débit
minimum fixé
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7 Historique de la normalisation SN et EN
• Norme EN 13108-7 VSS SN 640 431-7NA janvier 2005
– PA Porous Asphalt (Asphalte poreux) couche de roulement, couche de
liaison et couche de drainage
– Granulats durs, Résistance à la fragmentation = LA 20/25 (18/20 SN)
(seuil plus élevé durcissement de l’essai)
– Grains concassés classe C95/1
(95 = entièrement concassés ou semi concassés, 1 = entièrement roulé)
– PSV 50 minimum
– Liants polymères ou liants spéciaux et/ou avec ajouts
– Vides Marshall en laboratoire minimum 22% / PA11 et 20% / PA8
(Compactage Marshall avec énergie 2x25 coups - SN 640 431-20 Epreuve-type)
– Essai de sensibilité à l’eau à 22°C (ratio ITSR selon EN 12697-12)
– Egouttage du liant selon EN 12697-18 (pas d’exigences)
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8 Historique de la normalisation SN et EN
• Norme EN 13108-7 VSS SN 640 431-7NA janvier 2005
Exigences pour matériaux posés selon SN 640 430a
– couches de roulement vides moyens 19% à 29%
– couches de liaison vides moyens 14% à 22%
– Degré de compactage ≥ 98%
– Essai de perméabilité in situ avec drainomètre d’Yverdon, débit
minimum fixé
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9 Historique de la normalisation SN et EN
• Norme EN 13108-7 VSS SN 640 431-7NA janvier 2005
Pas d’évaluation de performances
mécaniques
Essai de sensibilité à l’eau avec exigences sur le ratio
(rapport de contraintes)
Les enrobé drainants sont pas/peu susceptibles aux
déformations permanentes (orniérage)
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10 Propriétés et performances visées en Suisse
• Bonne drainabilité (bruit, sécurité)
- vides élevés
• Résistance à l’eau, aux produits de déverglaçage, aux chocs
thermiques et aux rayonnements
- très bonne adhésivité liant/granulat
- épaisseur du film de liant élevée
- liant peu sensible au vieillissement
• Performances mécaniques élevées
- liant performant, performances élastiques élevées à hautes et à basses
températures, susceptibilité thermique faible
- granulat performant
- formulation optimisée
-cohésion liant/granulat élevée pour lutter contre les fortes sollicitations dues aux
contraintes tangentielles
• Durabilité
Dépendante de tous les paramètres et du trafic
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11 Optimisation et application d’un DRA11 pour SR-RN-VD
Mise au point et application d’un enrobé drainant au bitume caoutchouc sur
l’A5 Yverdon-Neuchâtel (avant les tunnels de Concise)
Méthodologie appliquée :
• Etude de formulation
- Choix de granulats très performants, durs, CPA élevé (grès de FAMSA-Choëx)
- Choix d’un liant très performant, bitume-caoutchouc dont la particularité est de former un réseau
tridimensionnel de liaisons qui donne à ce bitume son caractère élastomère, une haute viscosité aux
températures élevées et une très bonne flexibilité à basse température (anti-oxydant et anti-ozonant)
- Etude de formulation avec 2 courbes granulométriques et 4 teneurs en liant
- Vides géométriques et communicants
- Sensibilité à l’eau
- Essai de perte de matériaux Cantabro à -10°C et 25°C
• Vérification des matériaux posés
- Vides géométriques et communicants
- Sensibilité à l’eau
- Essai de perte de matériaux Cantabro à -10°C et 25° (compactage 2x25 et 2x50 coups Marshall, PCG à 40
girations)
• Analyse des éprouvettes prélevées in situ
- Vides géométriques et communicants
- Perméabilité verticale sur éprouvettes prélevées in situ
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12 Optimisation et application d’un DRA11 pour SR-RN-VD
Etude de formulation – Recette A avec 13% de sable et 4.8% de filler (VD5)
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13 Optimisation et application d’un DRA11 pour SR-RN-VD
Etude de formulation – Recette B avec 10% de sable et 3.5% de filler
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14 Optimisation et application d’un DRA11 pour SR-RN-VD
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15 Optimisation et application d’un DRA11 pour SR-RN-VD
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16 Optimisation et application d’un DRA11 pour SR-RN-VD
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17 Optimisation et application d’un DRA11 pour SR-RN-VD
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18 Optimisation et application d’un DRA11 pour SR-RN-VD
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19 Optimisation et application d’un DRA11 pour SR-RN-VD
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20 Recherche VSS 1999/280
Mandat de recherche VSS 1999/280
"Propriétés mécaniques des enrobés drainants"
- 2 instituts de recherche : EMPA et LAVOC
- participations des cantons d’Aarau, Valais et Vaud (mise
à dispositions de planches, du dossier technique, mesures in situ, prélèvements
de carottes)
Objectif visé :
Elaboration de recommandations permettant d’obtenir
des enrobés drainants performants, par évaluation des
performances mécaniques
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21 Recherche VSS 1999/280
Programme de la recherche :
Choix de planches de DRA posés sur autoroutes,
représentatives de bons et mauvais comportements
- AG1 : DRA11 - B 50/70 avec poudre de Trinidad (Aarau 1999)
- AG3 : DRA11 - Styrelf 13/80 (réfection AG1 en 2001)
- VD2 : DRA11 - Colflex N (Pertit Montreux 1991)
- VD3 : DRA11 - Practiplast M40DR (Morges 1993)
- VD4 : DRA11 - Styrelf 13/80 (Contournement de Lausanne 1997)
- VD5 : DRA11 - Bitume-caoutchouc CTS (Aigle-Bex 1998)
- VS6 : DRA11 – Styrelf 13/80 (Riddes 1999)
- VD10 : DRA bicouche 8/22S - Styrelf 13/80 (Pertit Montreux)
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22 Recherche VSS 1999/280
La méthodologie comprend :
- Relevés des dégradations in situ
- Analyse des matériaux
Essais sur :
- Carottes prélevées
- Mélanges reconstitués en laboratoire AG1, AG4, VD4, VD5
- Mélanges optimisés AG1, AG5, AG6, VD9 (VD5 complément étude A5)
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23 Recherche VSS 1999/280
Type d’essais :
- Compactibilité PCG 40 girations, Marshall à énergie 2x25 et 2x50 coups
- Traction indirecte à 5°C (compression diamétrale)
- Sensibilité à l’eau ITSR à 25 °C
- CAST (module sur épr. cylindriques) à sec et après immersion
- Module (éprouvettes trapézoïdales)
- Cantabro à -10°C et à 25 °C à sec et sensibilité à l’eau
- Cantabro freeze and thaw (10 cycles gel-dégel avec saumure)
- Traction directe à basses températures
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24 Recherche VSS 1999/280
Présentation de quelques résultats concernant l’essai
de perte de matériaux Cantabro :
AG1 : DRA11 au liant B 50/70 + poudre de Trinidad
VD9 : DRA 11 au bitume-caoutchouc CTS (recette VD5
optimisée en relation avec le mandat SR-RN-VD Yverdon-Neuchâtel)
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25 Recherche VSS 1999/280
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26 Recherche VSS 1999/280
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27 Recherche VSS 1999/280
L’essai de perte de matériaux Cantabro est-il pertinent ?
Oui
Les faiblesses du DRA11 Aarau auraient certainement été
mises en évidence
Néanmoins :
- Réserves liées à la dispersion très importante de l’essai
- Biais possible lié à la dureté du granulat utilisé
- Essai dans tambour LA génère des chocs importants
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28 Développement d’une nouvelle méthode
Existe-t-il une alternative ?
Peut-être
Un essai avec une usure moins sévère des échantillons
testés
Une usure de type attrition plutôt que de type chocs
Essai Micro Deval modifié
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29 Développement d’une nouvelle méthode
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30 Développement d’une nouvelle méthode
Cylindre micro Deval et accessoires
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31 Développement d’une nouvelle méthode
Cylindre micro Deval modifié
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32 Développement d’une nouvelle méthode
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33 Développement d’une nouvelle méthode
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34 Développement d’une nouvelle méthode
Résultats :
- Test avec billes = usure relativement faible
- Test avec plaque (principe LA) = usure significative
Eléments positifs :
- Sensibilité bonne, performance du liant démontrée
- Incidence faible de la dureté du granulat
- Répétabilité très bonne, dispersion faible, écart type 0.4 pour recette
performante et 2.5 pour recette médiocre. Cantabro respectivement 8 pour
recette performante et 10 pour recette médiocre (à 25 °C)
- Test simultané de 4 éprouvettes
- Température de 25°C (ambiante) recommandée car mise en évidence des
caractéristiques du liant (à -10°C incidence des granulats fracturés lors du
compactage et de la compacité)
- Seuil à 12’000 tours (2 h) = bon compromis, éventuellement 24’000 tours
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35 Développement d’une nouvelle méthode
Elément discutable :
- Adhérence des particules fines avec liant très adhésif mais ne remet pas
en question le classement qualitatif
Eléments en suspend :
- Mesures intermédiaires à 4’000 et 8’000 tours avec suppression possible
des particules
- Autres températures d’essais 5°C -10°C
- Géométrie de plaques différentes
- Essai avec eau
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36 Conclusions
Les résultats obtenus lors de ces différentes études et
recherches montrent que l’essai Cantabro et/ou
prochainement Micro Deval modifié apportent une aide
significative dans le choix d’une recette d’ "Asphalte
poreux " performante.
D’autres essais qui sont actuellement évalués dans le
cadre de la recherche VSS 1999/280 devraient être
sélectionnés en complément.
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37 Conclusions
Les "Asphaltes poreux", de par leurs qualités en
matières d’absorption des eaux de ruissellement par
temps de pluie et en matière acoustique par réduction
du bruit, sont plébiscités par les usagers et riverains
Les performances, la durabilité des PA doivent être
mieux maîtrisées, des essais pertinents peuvent
apporter une aide significative pour effectuer le
meilleur choix
La technologie des "Asphaltes poreux" doit
continuer d’occuper la place qu’elle mérite, dans
un réseau routier moderne
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38
Merci pour votre
attention
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