Caractéristiques d’agrégats d’enrobé

Les agrégats d’enrobé subissent durant leur premier usage plusieurs changements phy-siques et rhéologiques qui doivent être considérés dans le processus de conception afin de garantir des performances égales à celles des enrobés neufs. L’utilisation des enrobés forte-ment recyclés est souvent restreinte aux couches inférieures et intermédiaires de la chaussée [47, 48, 49] et leur utilisation dans la couche de roulement reste relativement moins fréquente.

Propriétés des granulats d’agrégats d’enrobé

D’une manière générale, les propriétés techniques des matériaux recyclés doivent répondre au même cahier des charges que les matériaux neufs. Les GAE doivent être considérés dans la détermination de la granulométrie ainsi que les propriétés géométriques des GER [50]. Les dispositions normatives actuelles en Europe concernant les propriétés des granulats sont regroupées dans le recueil suivant [51].

Figure 1.17 – Composition d’un enrobé recyclé et répartition de la participation des agrégats d’enrobé au liant et aux granulats de l’enrobé recyclé [46].

Une préoccupation liée à l’utilisation des GAE dans les enrobés destinés à des couches de roulement concerne ses effets potentiels sur l’adhérence de la chaussée (forces de frottement entre l’enrobé et le pneumatique). En effet, les GAE ont déjà subi un polissage au cours de leur vie précédente et par conséquent sont susceptibles compromettre la rugosité de la surface de la chaussée. Ainsi Kowalski et al. [52] ont estimé que l’utilisation des pourcentages élevés des granulats d’agrégats d’enrobé dans les routes à forte circulation n’est pas recommandé. Au-delà de 10% d’agrégats et pour une utilisation en couche de roulement un essai de carac-térisation du coefficient de polissage doit être réalisé sur les GAE utilisés.

Watson et al. [53] ont exploré l’utilisation des agrégats dans un mélange de béton bitumi-neux grenu (SMA). La transmission des efforts et ultérieurement la dégradation dans ces types d’enrobés s’effectue principalement par contact côte à côte entre les gros granulats (voir le paragraphe 1.1.4). En conséquence SMA nécessite l’utilisation d’un taux élevé des granulats cubiques. Il a été trouvé qu’en matière d’aplatissement et d’élongation, les granulats d’agrégats d’enrobé présentent des performances intéressantes, car certains bords irréguliers se sont déjà cassés au cours de la durée de vie initiale ainsi qu’au cours du processus de recyclage. Cependant, ils ont échoué dans cette étude à remplir les spécifications en termes de la résistance à la fragmentation (essai Los Angeles).

Par ailleurs, le processus de récupération et le malaxage des agrégats dans les mélanges neufs ne garantissent pas la séparation totale des granulats et certaines particules fines restent collées sur les grosses particules recyclées (cf Fig. 1.18). Ainsi les GAE ont tendance à avoir des quantités plus élevées des grosses particules et des quantités inférieures de particules fines [54]. En outre, dans [2], les auteurs ont également remarqué que les granulats d’agré-gats d’enrobé ont tendance à former des agglomérations (amas) dans le mélange neuf. Ces phénomènes peuvent avoir des conséquences sur la granulométrie effective et la distribution des vides dans le mélange. Le phénomène de formation des amas est abordé en détail dans la section 1.4.6.

  

 

 

Figure 1.18 – Séparation d’un amas d’agrégats [54].

Propriétés du liant d’agrégats d’enrobé (LAE)

Le liant d’agrégats d’enrobé a subi durant son premier usage au sein d’un enrobé deux types de vieillissement [55] :

— Le vieillissement à court terme : ce type de vieillissement se produit généralement lors des travaux de construction et la mise en place de l’enrobé. L’exposition du liant à de l’air chaud et à la température de construction élevée cause une dégradation dans ses propriétés rhéologiques et physicochimiques telles que le module de cisaillement complexe et l’adhésion.

— Le vieillissement à long terme : ce type de vieillissement se produit progressivement tout au long de la durée de vie du liant et est causé par les phénomènes d’oxydation, de polymérisation, etc [56].

Ainsi, en conséquence du vieillissement, le liant d’agrégats d’enrobé est généralement plus dur et rigide comparé au liant d’apport. Or la rigidité de l’enrobé est impactée à plusieurs niveaux par celle du liant. Ainsi l’incorporation des agrégats induit l’augmentation de la rigidité du mélange résultant [53]. Ceci étant, on estime que l’enrobé recyclé présente une meilleure aptitude vis-à-vis des déformations permanentes. Plusieurs études corroborent cette affirmation. Mohamed et al. [57] ont observé une corrélation entre le facteur d’orniérage du liant homogénéisé G^∗/ sin(δ) et les propriétés du mélange correspondant vis-à-vis de

l’ornié-rage. Un liant d’agrégats d’enrobé a été récupéré à partir d’une couche de roulement d’une chaussée en service depuis 8 ans. Des enrobés contenant différents pourcentages de ce liant ont été fabriqués et testés vis-à-vis des déformations permanentes. Une bonne corrélation a été trouvée entre le facteur d’orniérage du liant G^∗/ sin(δ) et la résistance du mélange

vis-à-vis des déformations permanentes. Le risque d’orniérage a augmenté quand le pourcentage du LAE est passé de 0% à 20% de la quantité totale du liant, puis a diminué progressivement à mesure que le pourcentage est passé de 20% à 60%.

West et al. [58] ont observé une diminution de la maniabilité des mélanges contenant du LAE. L’auteur a mesuré in situ les changements de densité en un point de la surface de rou-lement après chaque passage du rouleau de compactage. Il a ainsi constaté que les mélanges contenant 20% d’agrégats sont plus facilement compactables que ceux avec 45% d’agrégats. Il a également remarqué que parmi les mélanges incorporant 45% d’agrégats, ceux qui étaient fabriqués avec un liant d’apport plus mou ont nécessité moins d’efforts de compactage. Or, Stimilli et al. [30] ont trouvé qu’en optimisant la conception globale du mélange avec une méthode de conception optimisée de la structure des granulats (la méthode de Bailey [59]), la compactabilité du mélange recyclé pourrait être sensiblement améliorée.

L’augmentation de la rigidité du mélange pourrait être également néfaste vis-à-vis de l’accu-mulation des contraintes thermiques dans l’enrobé. En effet, pour une contraction thermique et un taux de refroidissement donnés, l’augmentation de la contrainte thermique est propor-tionnelle à la rigidité du mélange d’enrobés qui est à son tour fonction de la rigidité du liant. Akentuna et al. [33] ont étudié l’effet de l’incorporation des agrégats sur le comportement thermique des enrobés recyclés. Ils ont remarqué que l’incorporation des agrégats a induit une augmentation dans l’accumulation des contraintes thermiques au sein de l’enrobé.