Les granulats en technique routière
En technique routière, les granulats entrent dans la fabrication des enrobés bitumineux et il convient de connaître leur nature pétrographique et leurs propriétés géotechniques. Les paramètres géotechniques des granulats doivent satisfaire aux spécifications du cahier des charges. Les généralités portent sur les granulats concassés en provenance des carrières de roches massives du Sénégal.
Le contexte géologique : Les granulats utilisés dans la formulation des enrobés bitumineux au Sénégal proviennent surtout des carrières de basaltes de Diack et parfois des carrières de granodiorites de Mansadalla. Les quartzites de Bakel sont exploités depuis novembre 2013 par l’Entreprise Mapathé NDIOUCK S.A. et commencent par trouver des débouchés intéressants dans le secteur BTP-Routes. Les propriétés géotechniques des granulats : Pour entrer dans la formulation des enrobés bitumineux d’une couche de roulement de chaussée routière ou autoroutière, les granulats doivent satisfaire certains critères géotechniques qui sont définis dans le cahier des charges. L’étude des propriétés géotechniques des granulats s’appuie sur des essais de laboratoire soigneusement normalisés.
Les bitumes modifiés
Les bitumes modifiés sont des mélanges de bitumes et d’additifs destinés à améliorer les qualités intrinsèques du liant hydrocarboné. Cette amélioration se traduit par les effets suivants (Wikipédia, 2015) :
réduction de la susceptibilité thermique (augmentation de la rigidité à haute température pour réduire l’orniérage, rigidité plus faible à basse température pour réduire les risques de fissuration), ce qui est également favorable du point de vue des températures de malaxage et de pose ; amélioration du comportement en fatigue ; augmentation de l’adhésivité en présence d’eau ; possibilité d’employer un dosage en liant plus élevé, propriété très intéressante dans le cas des enrobés drainants.
En contrepartie d’une augmentation du coût, ils permettent donc de donner au bitume des caractéristiques mieux adaptées à certaines catégories d’utilisation et à certains environnements climatiques.
Les types d’additifs sont nombreux et variés : fines minérales : chaux, ciment portland… fibres : laine minérale, polypropylène, polyesters… caoutchoucs (élastomères) : latex naturel, latex synthétique (styrène-butadiène), copolymères (styrène-butadiène-styrène ou SBS), caoutchouc recyclé… plastiques (plastomères) : polyéthylène, polypropylène, éthylène-vinylacétate (EVA), polychlorure de vinyle (PVC)…
Le problème de la qualité des bitumes
La qualité des bitumes est variable sur le marché. Au Sénégal et dans d’autres pays d’Afrique de l’Ouest, les bitumes les plus utilisés sont les bitumes de pénétration 35/50 et 50/70. A noter que le Ghana utilise des bitumes de viscosité.
Les moyens de contrôle de la qualité des bitumes sont insuffisants et parfois des bitumes de mauvaise qualité sont commercialisés. Un autre problème provient du fait que le bitume utilisé n’est pas bien identifié, car l’étude rhéologique permettant d’apprécier le comportement du liant hydrocarboné sur une large gamme de températures n’est pas souvent effectuée.
Les bitumes peuvent avoir des caractéristiques particulières en fonction de leur origine. C’est ainsi que lors de la construction de l’autoroute à péage Dakar-Diamniadio, l’entreprise EIFFAGE/Sénégal a été confrontée au problème du choix du liant hydrocarboné en provenance de certains pays. Parfois des résidus chimiques peuvent être à l’origine de la non convenance de certains bitumes en technique routière (ORYX Energies, 2014). Au Sénégal, certaines entreprises de travaux publics ainsi que des fournisseurs comme ERES, ORYX Energies et TERMCOTANK font face à ce problème qui demeure récurent. Il faut noter que les laboratoires d’essais disposent du matériel nécessaire pour identifier les échantillons de bitumes commercialisés au Sénégal. Actuellement les prix des bitumes purs ex dépôt Dakar varient entre 330 000 et 400 000 CFA/tonne métrique HTVA (ORYX Energies, 2014).
Les enrobés bitumineux
Les enrobés sont un mélange de granulats et de bitume. Il faut au préalable sécher les granulats et fluidifier suffisamment le bitume en vue d’obtenir un mélange homogène et maniable, les granulats et le bitume doivent être chauffés avant l’enrobage, d’où l’expression « enrobés à chaud ». Le poste d’enrobage peut être du type « tambour-sécheur-malaxeur » ou « à fournée ». Dans les deux cas, les composants sont amenés à la température appropriée et mélangés dans des proportions bien définies pour constituer des enrobés (Bitume Québec, 2008). Lorsque le processus d’enrobage est terminé, les enrobés sont transportés au chantier pour être mis en place uniformément à l’aide d’un finisseur. Par la suite, les enrobés ayant toujours une température suffisamment élevée, sont compactés pour constituer une surface lisse et plane appelée «revêtement bitumineux».
Les familles d’enrobés bitumineux posés à chaux
Les enrobés bitumineux sont généralement composés de 95 % de granulats et de 5 % de bitume. Chaque type d’enrobés est défini par la nature et le dosage de ses constituants, ses performances particulières et la couche de chaussée à laquelle il est destiné. Les paramètres influençant les performances des enrobés sont la taille et la nature pétrographique des granulats, leur angularité et leur forme, la teneur en fines, la dureté et le dosage en bitume, l’énergie de compactage de la couche d’enrobés.
Les graves-bitume : Les graves-bitume (GB) sont définies par la norme NF P 98-138 et sont utilisées en couche de base ou de fondation. Elles sont rangées en trois classes de performance selon la norme, et en deux catégories selon leur granularité (0/14 ou 0/20) :
la classe 1 correspond à une teneur en liant faible (3,5 % de bitume pour une GB 0/20) ; la classe 2 correspond à une teneur en liant moyenne (4,2 % pour une GB 0/14) ; la classe 3 correspond à une teneur en liant plus élevée pour améliorer la tenue en fatigue (4,5 % pour une GB 0/14).
Les bétons bitumineux : Tous les bétons bitumineux décrits dans ce paragraphe font partie de la classe des enrobés bitumineux posés à chaud. Le béton bitumineux (BB) est un mélange à granularité continue composé de gravillons, de sable, de filler, de liant bitumineux et d’additifs éventuels. Les gravillons utilisés doivent être durs, résistants au polissage, propres et de bonne forme. Les différentes catégories de béton bitumineux sont les suivants (BA, 2013):
les bétons bitumineux cloutés (BBC) : ils sont obtenus en incrustant à la surface du béton bitumineux, au moment de sa mise en œuvre, des gravillons durs, non polissables, à granularité serrée (10/14, 14 /18…). On dissocie ainsi les exigences d’adhérence de celles qui conditionnent les performances de la masse des enrobés.
Les enrobés drainants (EDr) : ils permettent de réaliser une couche de roulement de l’ordre de 4 cm d’épaisseur, avec des granulats de classe 0/10 ou 0/14. Le pourcentage de vides des enrobés drainants est comprise entre 15 et 20 %. Ils sont réalisés à partir de bitumes purs ou de bitumes modifiés. Ils sont particulièrement adaptés au revêtement des chaussées dans les zones à accumulation d’eau et aux pistes d’aérodromes. Ils présentent aussi l’avantage de réduire le bruit de roulement.
les bétons bitumineux minces (BBM) : ils sont posés pour réaliser une couche de roulement d’une épaisseur de 3 à 4 cm. Ces enrobés phoniques ou « silencieux » permettent de réduire le bruit de roulement des véhicules sur la chaussée. Les matériaux granulaires qui les composent sont discontinus. Il est possible de distinguer les BBM faiblement discontinus et les BBM fortement discontinus. Le bitume utilisé est souvent un liant modifié obtenu à partir de bitume pur et de polymères type SBS (styrène butadiène styrène) ou EVA (éthylène vinyle acétate).
Leur utilisation se limite aux chaussées très circulées, surtout en zone urbaine, du fait de leur coût élevé comparé aux enrobés classiques à base de bitume pur.
les bétons bitumineux très minces (BBTM) : il s’agit d’enrobés phoniques posés à chaud pour réaliser une couche de roulement de 2,5 cm d’épaisseur. La formulation fait appel à des granulats fortement discontinus et à l’utilisation d’un bitume modifié avec un fort dosage de l’ordre de 6 %. Les liants modifiés sont des bitumes polymères, des bitumes avec poudres de caoutchouc, ou des bitumes avec fibres synthétiques. Le mélange type est constitué par environ 25 à 27 % de sable 0/2, 70 à 72 % de gravillons 6/10 et 2 à 5 % de fines d’apport. Les BBTM permettent de conférer à la couche de roulement de la chaussée des propriétés d’adhérence, d’uni et de durabilité, et aussi de réduire le bruit de roulement des véhicules.
les bétons bitumineux souples (BBS) : ces enrobés sont constitués le plus souvent de sables roulés ou alluvionnaires semi concassés et d’un bitume plutôt mou de type 70/100 plus rarement de type 50/70, afin d’obtenir un matériau déformable qui soit adaptable au support.
Ces enrobés présentent une faible résistance à l’orniérage. Leur domaine d’emploi est donc limité aux chaussées souples dont les supports sont généralement de faible portance et qui sont sollicitées par des trafics faibles.
les bétons bitumineux à module élevé (BBME) : les BBME sont des enrobés hydrocarbonés de module de rigidité supérieur à celui des enrobés classiques, fabriqués à partir d’un mélange de liant hydrocarboné, de granulats (avec éventuellement des dopes) et/ou d’additifs minéraux ou organiques, dosés, chauffés et malaxés dans une centrale d’enrobage. Ils constituent une évolution des enrobés épais permettant de mieux répondre aux exigences en matière de résistance à l’orniérage et de comportement mécanique face à l’accroissement des sollicitations du trafic. les bétons bitumineux semi grenus (BBSG) : ces enrobés sont caractérisés par un pourcentage de gravillons et une formulation adaptée à une couche d’épaisseur moyenne comprise entre 5 et 9 cm. Ils sont destinés aux couches de revêtement et de liaison, dans le cadre des travaux de construction, de renforcement ou d’entretien des routes.
Les mélanges de sable et de bitume : Encore appelés mortiers bitumineux, ce sont des mélanges à base de sable, de filler et de bitume, de différentes catégories (Wikipédia, 2015) :
le sable-bitume est une mixture de sable (naturel ou artificiel) et de bitume dont le traitement se fait en centrale et est destiné à être utilisé en couches de fondation, de base ou de roulement selon le niveau de ses performances. Les sables artificiels correspondent à ceux de concassage ou de broyage et servent à corriger l’angularité, la granularité ou la cohésion des sables naturels. Les sables peuvent être enrobés à chaud ou à froid.
les coulis bitumineux sont des mélanges d’émulsion de bitume à prise lente, de granulats fins et de filler auxquels l’addition d’eau permet d’obtenir une consistance ressemblant à une bouillie, à une suspension épaisse, d’où le nom de coulis ;
le sheet-asphalt est constitué de sables moyens et fins gradués, de filler et de bitume. La teneur en bitume fluide et en éléments fins est très élevée. Il est utilisé en général comme revêtement mince (0,75 cm à 1,5 cm) et procure une bonne étanchéité ; le micro-béton est un enrobage à chaud de sable (calibré, propre et angulaire), de bitume et de filler. Son utilisation est normalement limitée à la couche de roulement. C’est un revêtement de hautes performances (bonne étanchéité, résistance élevée, bonne durabilité). C’est ce type de revêtement qui a été réalisé par la CSE pour la construction de la route Kidira-Bakel ; le sand-asphalt est un enrobage à chaud de sable propre et de 6,5 à 7 % de bitume. Il s’agit d’enrobés 0/D (2 ≤ D ≤ 4 mm) constitués en majorité de sable roulé mais pouvant contenir des proportions variables de sable de concassage afin d’améliorer leur performance. Le sand-asphalt est adapté au revêtement des chaussées à trafic faible ou modéré en raison du niveau de performance moyen. Son épaisseur normale varie de 3 à 5 cm, au-delà il y a des risques de fluage et d’orniérage. Ce type de revêtement est économique avec une épaisseur moyenne de 3,5 cm et convient pour le bitumage des pistes de production agricole où le trafic n’excède pas 50 véhicules par jour.
Table des matières
INTRODUCTION GENERALE
CHAPITRE 1 : GENERALITES SUR LES ROUTES
1-1 Etat global du réseau routier du Sénégal
1-2 Structures et fonctionnalités des chaussées
1-2-1 Description fonctionnelle des couches de chaussées
1-2-2 Types de structures de chaussées
1-3 Dimensionnement des chaussées avec la méthode française Alizé-LCPC
1-3-1 Le principe de la méthode
1-3-2 Les fondements de la méthode
1-3-3 Les étapes de la méthode
CHAPITRE 2 : GENERALITES SUR LES GRANULATS ET LE LIANT HYDROCARBONE DES ENROBES BITUMINEUX
2-1 Les granulats en technique routière
2-1-1 Le contexte géologique
2-1-2 Les propriétés géotechniques des granulats
2-2 Le bitume
2-2-1 Définition
2-2-2 La classification des bitumes purs
2-2-3 La classification des bitumes fluidifiés
2-2-4 Les bitumes modifiés
2-2-5 Les émulsions de bitumes
2-2-6 Mesure des caractéristiques des bitumes
2-2-7 Le problème de la qualité des bitumes
CHAPITRE 3 : PRESENTATION DES ENROBES BITUMINEUX ET FORMULATION DES BETONS BITUMINEUX
3-1 Les enrobés bitumineux
3-1-1 Définition
3-1-2 Les familles d’enrobés bitumineux posés à chaux
3-1-3 Les enrobés tièdes et froids
3-2 La formulation du béton bitumineux semi grenu
3-2-1 Définition
3-2-2 Le Matériel utilisé
3-2-3 Les paramètres de la formulation
3-2-4 La mise en œuvre du BBSG 0/10
Conclusion partielle
CONCLUSION GENERALE ET RECOMMANDATIONS
Bibliographie
