Composition d’un béton bitumineux

Mac k P

P   (15)

La teneur minimale en liant et celle corrigée sont également déterminées suivant la même procédure :

Min Corrigée

.

Min k P

P   (16)

A partir des valeurs de PMax et de PMin, les teneurs en liant sont calculées en les considérant comme résultant d’une suite arithmétique dégressive de raison appropriée offrant une résolution convenable de l’intervalle ainsi défini.

3.3.2.2. Composition d’un béton bitumineux

La masse des constituants à introduire dans le moule Marshall, selon la norme NF P98-251-2 pour une gâchée, est de 1200 g. La masse de granulats (MG) est donnée en fonction de P(%) étudiés dans les présents travaux dans les conditions des épreuves techniques prescrites par les cahiers de charges d’autoroute et d’aérodrome.

L’essentiel des prescriptions que nous avons cherché à assouvir figurent dans les Tableaux 3.2 et 3.3 et concernent celles de référence pratiquées dans le cas de l’autoroute Cotonou – Porto-Novo au Bénin.

Tableau 3.2: Performances majeures prescrites sur le liant bitumineux par le cahier des charges (Autoroute Cotonou – Porto)

Matériaux Natures des essais Résultats exigés

Bitume Pénétrabilité à 25 °C, 100g, 5s (en 1/10) mm) Adhésivité

50-70

≥ 7

103 Les proportions des différents constituants du mélange bitumineux ont été déterminées après une formulation faisant appel à une série d’essais permettant de satisfaire les critères de convergence (stabilité, compacité et fluage) fixés par les cahiers de charges et d’évaluer finalement le dosage optimal de chacun des constituants.

Tableau 3.3 : Performances majeures prescrites sur le béton bitumineux par le cahier des charges (Autoroute Cotonou – Porto)

Elément Natures des essais Paramètre mesuré Résultats exigés Béton

Bitumineux

Essai Marshall à 50 coups Compacité 96% à 98%

Stabilité ≥1200 kg

Fluage Marshall 2 à 4

Le fuseau granulométrique imposé par la ‘Normes Routières’ version 1997 (Norme P 18 560) se présente comme indiqué sur la figure 3.14.

Figure 3.14: Fuseau granulométrique de référence provenant de la base ‘Normes Routières’

version 1997 (Norme P 18-560)

Partant de ce fuseau, il a été tiré la granulométrie moyenne qui constitue l’optimum théorique.

Les valeurs optimales théoriques sont donc celles consignées dans le Tableau 3.4.

104 Tableau 3.4. Granulométrie optimale théorique

L’exploitation du graphique portant ces données ou alors des valeurs du Tableau 3.4 nous indique les proportions suivantes à adopter concernant les trois (03) classes de granulats dans le mélange 0/14:

 Classe 10/14 = 26 %, soit : 100% - 74% = 26%, valeur arrondie à 25%

 Classe 6/10 = 19%, soit : 74% - 55% = 19%, valeur arrondie à 20%

 Classe 0/6 = 55%, soit : 100% - (26% + 19%).

Après le mélange des granulats dans les proportions ainsi indiquées, nous n’avons pas eu besoin d’y effectuer de correction. En effet, la courbe granulométrique expérimentale se retrouve assez bien insérée dans le fuseau de la norme (Figure 3.15).

Figure 3.15. Localisation de la granulométrie du mélange des granulats : la courbe est bien intégrée dans le fuseau granulométrique théorique

Ouverture

tamis (mm) 16 14 12.5 10 8 6.3 5 4

Passants (%) 100 96.5 89.5 74 65.5 55 52.5 45 Ouverture

tamis (mm) 3.15 2.5 2 1.25 0.63 0.315 0.16 0.08 Passants (%) 41 36.5 34 26.5 19 15 10.5 7

105 Après avoir obtenu la structure granulométrique appropriée des granulats à utiliser, il convenait alors de procéder à la détermination des paramètres caractéristiques des différents constituants du mélange bitumineux en formulation.

Les teneurs théoriques en liant ainsi estimées sont mises en œuvre pour confectionner des échantillons. Les paramètres de performance que sont la stabilité, la densité, la compacité et le fluage et qui découlent des essais ont permis de déterminer la teneur optimale en bitume.

3.3.2.2.1. Détermination effective de la surface spécifique La surface spécifique est déterminée à l’aide de la formule (13):



^{0.25g2.30S12s135f}

100 avec:

g : le pourcentage de grains de granulats inférieur à 5 mm ;

S : le pourcentage de grains de granulats vérifiant : 0,315 mm < S < 5 mm s : le pourcentage de grains de granulats vérifiant : 0,08 mm < s < 0,315 mm f : le pourcentage de grains de granulats inférieur à 0,08 mm.

En appliquant la relation (13) à ces données, nous avons donc :

100 ∑ = 0,25 x (100-58) +2,30 x (58-16,5) + 12 x (16,5-7,5) + 135 x 7,5 Soit :

100 ∑ = 0,25 x 42 + 2,30 x 41,5 +12 x 9 + 135 x 7,5 D’où :

∑ =12,2645 m²/kg

3.3.2.2.2. Détermination effective du module de richesse

Dans la démarche de détermination de la valeur du module de richesse, Duriez et al. (1959) proposent d’adopter, pour une route normale, un module maximal de 3,75. Le BCEOM-CEBTP (1975) propose, pour les pays tropicaux et désertiques, un module de richesse compris entre 3 et 4. Coquand (1978) suggère, pour routes à grande circulation dans les pays chauds, un module de richesse compris entre 3,5 et 3,80. Enfin, Jeuffroy (1978) fournit une valeur du module de richesse de 3,75 pour des routes très circulées.

La pratique, au Bénin, consiste à utiliser des valeurs de modules de richesse comprises dans l’intervalle allant 3,50 à 3,75.

En considérant les extrémités du plus large intervalle incluant toutes ces valeurs [3 ; 4], nous avons donc recherché le dosage optimum en liant avec des modules de richesse compris entre 3 et 4.

106 3.3.2.2.3. Détermination de la teneur en liant

Nous avons utilisé la formule générale (14) qui lit le module de richesse à la teneur en liant:

P = m

Le coefficient de correction à appliquer est exprimé par le rapport:

se ss/

k  (18)

avec ss la densité absolue standard prise ici égale à: = 2,65 (Duriez et al., 1959)

se la densité absolue effective donnée par le dosage relatif à la constitution des granulats dans le mélange d’agrégats utilisés.

D’après les pondérations adoptées, la densité absolue effective se est de:

se = 2, 69 x 0, 25 +2, 69 x 0, 20 + 2,695 x 0, 55 = 2,693 k=2,65/2,693  0,985

3.3.2.2.5. Détermination des teneurs maximale et minimale en liant corrigées

Avec l’application du coefficient de correction k à Pmax (15), la teneur maximale en liant

107 Il a fallu ensuite rechercher le dosage optimal en liant entre les valeurs allant de 6,50% à 4,88% ainsi déterminées, valeurs entre lesquelles l’écart n’est que de 1,63%.

Pour que l'exploration puisse s’effectuer de façon judicieuse, nous avons retenu d’adopter un pas de résolution régulier de 0,2% sauf autour de certaines valeurs particulières où l’optimum semblait s’esquisser : de 5,9 à 5,5%.

Ainsi, les valeurs du taux de liant testées en vue de déterminer celle optimale retenue pour l’élaboration des bétons bitumineux sont celles rassemblées dans le Tableau 3.5.

Tableau 3.5. Plage de valeurs de taux de liant explorées pour en retenir l’optimum Numéro et taux de liant P1 P2 P3 P4 P5 P6

6.5 6,3 6,1 5,9 5,8 5,7

Numéro et taux de liant P7 P8 P9 P10 P11

5,5 5,3 5,1 4,9 4,8

La réalisation de ces tests passe par la confection d’éprouvettes de bétons bitumineux d’essais exploratoires et donc par la composition des bétons à partir des constituants.

3.3.2.2.6. Compositions des bétons bitumineux

Selon la norme NF P98-251-2, le moule Marshall doit recevoir 1200 g de matériaux. Pour les différentes valeurs de taux de liant identifiés et rassemblés dans le tableau 3.5, les détails concernant le calcul des mélanges bitumineux y afférant sont exposés à travers le Tableau 3.6.

108 Tableau 3.6. Proportions des constituants des mélanges du béton bitumineux pour Marshall

Taux de

Le comportement développé par ces échantillons vis-à-vis des paramètres importants que sont la stabilité Marshall (résistance mécanique), le fluage, la compacité, le volume total de vide, la densité apparente, a permis de retenir le dosage en liant le plus convenable aux granulats utilisés.

3.3.2.2.7. Détermination pratique de la teneur optimale en liant bitume

Comme nous l’avions souligné au paragraphe I.2.3.4, les performances des bétons bitumineux sont mesurées à travers les valeurs des paramètres tels que la stabilité, le fluage, la densité, la compacité, l’absorption d’eau, proposés par Marshall et Duriez qui en fournissent également les méthodes de mesure.

109 Les résultats des différents essais, en stabilité Marshall, en densité apparente, en fluage et en volume de vides, en fonction des teneurs en liant de référence qu’est le bitume 50/70, dans la plage de 4,8 à 6,5%, sont portés sur les Figures 3.16, 3.17, 3.18 et 3.19 respectivement.

Figure 3.16: Evolution de la stabilité Marshall du béton bitumineux en fonction de la teneur en liant bitume 50/70 (M0)

L’analyse des données de la Figure 3.16 indique que les échantillons produits, avec une teneur en liant bitume M0 de 5,8%, ont fourni le meilleur résultat en termes de la stabilité Marshall, soit 20,94 kN contre 2,79 kN pour ceux obtenus à 4,8% et 9,73 kN pour ceux issus de la teneur en liant de 6,5%. Les investigations ont alors été poursuivies pour observer les comportements des autres paramètres comme la densité apparente à la figure 3.17 et le fluage présenté à la figure 3.18.

La Figure 3.17 montre que la valeur de la densité apparente, la plus forte de la série des essais, est de 2,42 obtenue avec les échantillons élaborés à teneur en liant de 5,8%. Soulignons que cette valeur de la teneur en liant bitume M₀ de 5,8% avait déjà retenu notre attention.

110 Figure 3.17. Evolution de la densité apparente du béton bitumineux en fonction de la teneur

en liant bitume 50/70 (M0)

Figure 3.18: Evolution du fluage du béton bitumineux en fonction de la teneur en liant bitume 50/70 (M₀)

Le paramètre suivant, le fluage, dont l’évolution est présentée sur la Figure 3.18, s’évalue plutôt en termes de plage de valeurs (intervalles) caractéristiques.

111 Il apparait clairement, sur la Figure 3.18, que les bétons bitumineux obtenus à partir des teneurs en liant bitume M₀ de 4,8% à 5,8% fournissent des valeurs de fluage convenables. En effet, la valeur de fluage, pour cette plage de teneurs en liant, évolue entre 2 et 4x1/10 (mm) comme recommandé dans les critères de bonnes performances. Donc, vu sous l’angle du fluage, le taux de liant de 5,8% continue d’être une bonne valeur pour la formulation de béton bitumineux telle qu’entreprise.

Le volume de vides, complémentaire de la compacité du matériau, est décrit par la courbe de comportement présentée à la figure 3.19. Il constitue le dernier paramètre considéré au titre des critères requis pour prendre une décision concernant la bonne qualité des bétons bitumineux.

La teneur en liant bitume M0 de 5,8% affiche (Figure 3.19), un volume de vides d’environ 2,13%, ce qui correspond à une valeur de la compacité de 97,87%.

Les bétons bitumineux offrant les bonnes performances ont, par expériences, produit des valeurs de taux de compacité comprises entre 96 et 98%.

Figure 3.19 : Evolution du volume de vides dans le béton bitumineux en fonction de la teneur en liant bitume 50/70 (M₀)

Le taux de volume de vides obtenu (2,13%), soit un taux de compacité de 97,87%, s’insère bien dans la plage de valeurs ainsi établie (96 à 98%). Il est, de ce fait, convenable pour la formulation de béton bitumineux élaboré à partir du bitume 50-70 pur M₀.

112 En conclusion à cette série de données acquises, retenons que l’analyse des résultats de ces essais préliminaires a permis l’identification et la détermination de la valeur du taux optimal de liant requise pour un dosage efficient en liant bitumineux. Cette valeur s’est révélée égale à environ 5,8% pour l’ensemble des données obtenues et portées sur les courbes présentées à travers les différentes figures 3.16 à 3.19. En effet, les données déployées sur ces figures ont clairement révélé qu’à la valeur de la teneur en liant de 5,8 %, correspondent celles de la stabilité maximale de 20,94 kN, de la densité maximale de 2,42, du volume minimal de vides de 2,13% (soit celle de la compacité maximale de 97,87%) et de fluage de 3,997x1/10mm. La valeur de ce dernier reste assez limite mais acceptable, car elle est située dans l’intervalle [2x1/10mm, 4x1/10mm] recommandé par l’Asphalt Institute pour les revêtements de chaussées à trafics lourds (Jeuffroy, 1978). Ces différentes caractéristiques optimales, qui traduisent les critères de qualité du liant, montrent que le taux de dosage en liant de 5,8%

permet d’obtenir les meilleures performances techniques.

Les prescriptions des cahiers des charges (performances désirables citées plus haut et reprises souvent telles par les cahiers de charges les plus exigeants) sont par ailleurs assouvies.

La campagne de dopage réalisée, en utilisant de la poudre de fondu de déchets de sachets plastiques, s’est alors appuyée sur la même valeur optimale de 5,8% déterminée à partir du dosage au bitume 50-70 non seulement, pour formuler les différents liants dopés (bitume - sachets plastiques) mis au point, mais aussi et surtout, pour analyser l’influence de l’incorporation de cette poudre de sachets plastiques dans le mélange sur les caractéristiques de performances techniques des liants bitumineux ainsi dopés et des bétons bitumineux résultants.

3.3.2.2.8. Influence du dope sur le béton bitumineux

Pour étudier l’influence de l’incorporation de la poudre de fondu de déchets de sachets plastiques sur les performances techniques des liants et bétons bitumineux élaborés, les différents paramètres classiques, évalués aux moyens des essais de Marshall et de Duriez constituant les références en la matière, ont été exploités. Dans ce cadre, la composition et la formulation des éprouvettes d’essais revêt une importance capitale. C’est qui juste la présentation des constituants et de leurs proportions respectives dans les paragraphes à suivre.

113 3.3.2.2.8.1. Dans le cas des essais Marshall

Le Tableau 3.7 présente quelques détails relatifs aux calculs des valeurs (en masse, g) des différents constituants en fonction des teneurs (%) en poudre de fondu de sachets plastiques.

Tableau 3.7. Composition en masse des constituants en fonction de la teneur en poudre de sachets plastiques fondus

Désignation Marshall

Masse totale d’agrégats (g) 1134

Taux total de liant (%) 5,80

Taux de plastique dans le liant (%) 0 4 8 12 20 100

Masse de bitume (g) 66 63,36 60,72 58,08 52,8 0

Masse de Plastique (g) 0 2,64 5,28 7,92 13,2 66

Masse totale de liant (g) 66

3.3.2.2.8.2. Dans le cas des essais Duriez

Dans cette série d’expérimentations destinées à l’étude de l’influence du taux de dope, il a été adopté les teneurs en poudre de sachets plastiques fondus de 0%, 4%, 8%, 12% et 20%.

Le Tableau 3.8 présente les détails relatifs aux calculs des valeurs (en masse, g) des différents constituants en fonction des teneurs (%) de poudre de fondu de sachets plastiques.

Tableau 3.8. Composition en masse des constituants en fonction de la teneur en poudre de sachets plastiques fondus

Désignation Duriez

Masse totale d’agrégats (g) 945

Taux total de liant (%) 5,80

Taux de plastique dans le liant (%) 0 4 8 12 20 100

Masse de bitume (g) 55 52,8 50,6 48,4 44 0

Masse de Plastique (g) 0 2,2 4,4 6,6 11 55

Masse totale de liant (g) 55

En conclusion à ce chapitre, nous disons avoir présenté les formulations qui nous ont conduit à l’élaboration des différents matériaux composites à base de déchets de sachets plastiques dont les performances techniques ont été ensuite caractérisées. Les moyens utilisés dans les tests de caractérisation réalisés, les différentes données techniques considérées, les procédures adoptées dans leur collecte ainsi que leurs traitements, sont ceux essentiellement normalisés et en usage courant dans les divers volets et rubriques abordés dans notre étude.

114

CHAPITRE IV – RESULTATS ET DISCUSSIONS

Après avoir décrit les différents matériels expérimentaux et les méthodes utilisées dans la formulation des matériaux composites développés ainsi que les techniques de collecte des données et leurs traitements, nous présentons, volet par volet, dans ce quatrième et dernier chapitre, les résultats obtenus accompagnés des interprétations et discussions en nous appuyons notamment sur les valeurs de référence existant dans les différents domaines concernés.

4.1- SACHET PLASTIQUE COMME LIANT DE GRANULATS ET TERRE DE BARRE

Il importe de rappeler d’entrée que, dans ce premier volet, les investigations menées concernent deux rubriques. La première est celle portée sur l’élaboration de composites basés sur des granulats liés par le fondu de déchets de sachets plastiques avec étude des paramètres caractéristiques des granulats. La seconde est relative à l’élaboration de composites à partir de l’incorporation des déchets de sachets plastiques fondus dans la terre de barre avec analyse des effets de sa teneur en argile.

4.1.1. MATERIAU COMPOSITE A BASE DE GRANULATS LIES PAR LE FONDU DE SACHETS PLASTIQUES

4.1.1.1. Influence du type de sachet sur la résistance mécanique

L'influence du type de sachet plastique sur les résistances mécaniques des matériaux composites élaborés à identiques taux de dosages et avec différents types de sachets plastiques est assez remarquable sur les résultats. Par exemple, à la même teneur en liant de 20% et avec les sachets plastiques du type 1, on a enregistré les meilleures résistances (Figure 4.1). Par contre, l'utilisation des sachets plastiques du type 4 (Figure 4.4) a plutôt donné lieu à des matériaux inexploitables, les matériaux composites obtenus se présentant sous forme de poudre (Photo 3.2). De même, à la teneur en liant de 33%, les sachets plastiques de types 1, 2 et 3 (Figures 4.1, 4.2 et 4.3) ont produit des matériaux de résistances mécaniques très faibles alors que le sachet plastique du type 4 (Figure 4.4) a permis d'obtenir un matériau composite de résistance relativement élevée. Etant donné que, dans les déchets solides, c'est tous les types de sachets plastiques qu'on retrouve mélangés, la teneur moyenne optimale en liant estimée avoisine 25%. Cette estimation concorde avec les résultats des essais menés sur les sachets plastiques prélevés dans les décharges publiques.

115 On peut conclure, s’agissant des liants en sachets plastiques de types « Indusplast » et

« Africa 24 »,que les résistances à la traction par flexion trois points et les résistances à la compression décroissent lorsque le taux de dosage en liant augmente

Figure 4.1 : Courbes des résistances en flexion et en compression en fonction du dosage en liant Induplast

Figure 4.2 : Courbes des résistances en flexion et en compression en fonction du dosage en liant "Africa 24"

116 Les valeurs des résistances mécaniques obtenues, en utilisant le sachet plastique de type

« Indusplast », sont relativement plus élevées que celles issues de l’emploi de sachet « Africa 24 », aussi bien en flexion trois points qu’en compression.

L’évolution des courbes représentant ces données mécaniques laisse à penser que, une résistance plus accrue pourrait être obtenue avec ce type de sable en dosant le liant à une teneur inférieure à 20%. Quant à la Figure 4.3, les données recueillies durant ces essais ont montré qu’apparemment, le dosage optimal pour ce type de sachet plastique se trouve autour de la teneur de 25%. A la teneur de 20%, les éprouvettes ont affiché une mauvaise cohésion.

Figure 4.3 : Courbes des résistances en flexion et en compression en fonction du dosage en liant " Eagle"

Figure 4.4 : Courbes des résistances en flexion et en compression en fonction du dosage en liant " Le nouveau"

117 A 33%, les éprouvettes sont apparues plutôt farineuses. En conclusion, il serait judicieux, dans une étude ultérieure, de réaliser des éprouvettes de dosage intermédiaire et même après 33% pour confirmer la tendance observée.

Les résultats expérimentaux font remarquer que les résistances les plus élevées de l’opération ont été enregistrées sur les éprouvettes confectionnées avec le sachet n°4 (Le Nouveau) : 6,8MPa en flexion et 7,14 MPa en compression. Il faut souligner que l’opération réalisée à la valeur de dosage de 20% en sachet de type « Le Nouveau » s’est révélée infructueuse, raison pour laquelle, aucune valeur n’a pu être affichée sur le graphique de la Figure 18 à 20%. De plus grandes résistances sont peut-être à espérer au-delà du dosage de 33%.

4.1.1.2. Influence de la taille granulométrique du sable sur la résistance mécanique Les résultats exprimés sur la Figure 4.5 montrent une nette variation des résistances en flexion et en compression en fonction de la granulométrie des granulats.

Figure 4.5 : Evolution des résistances mécaniques du matériau composite en fonction de la classe granulométrique du sable

En effet, ces résultats indiquent que, des trois (03) types de granulats testés, celui ayant une granulométrie fine (S1) a procuré les meilleures résistances mécaniques au matériau composite obtenu avec des valeurs de 5,1 MPa et 5,26 MPa respectivement en flexion trois points et en compression.

Les résultats expérimentaux montrent qu’il se produit une réduction des valeurs des résistances aussi bien, en flexion qu’en compression, au fur et à mesure que la taille des

118 granulats s’accroît. Dans tous les cas, les résistances en flexion et en compression évoluent simultanément dans des plages de valeurs assez rapprochées quel que soit le type de sachet ayant servi de liant. Ceci apparaît alors bien comme une indication de la propriété du matériau composite découlant.

En conclusion partielle, nous pouvons donc affirmer que les granulats fins ont tendance à produire un matériau plus résistant en flexion et en compression que celui confectionné avec de gros granulats.

4.1.1.3. Influence de la nature du sable sur la résistance mécanique

Les données acquises (Figure 4.6) révèlent une diminution des résistances aussi bien, en flexion trois points, qu’en compression au fur et à mesure que la taille des granulats s’accroît.

Cette tendance avait été déjà observée avec les résultats obtenus concernant les éprouvettes des sables roulés.

Par ailleurs, nous retrouvons l’allure presque uniforme des courbes des résistances en flexion comme en compression. Les parties fines du concassé de granite ont tendance à produire un matériau composite plus résistant en flexion et en compression que celui confectionné avec de gros granulats.

Figure 4.6 : Courbes des résistances en flexion et en compression en fonction des trois classes granulaires du concassé de granite

Figure 4.6 : Courbes des résistances en flexion et en compression en fonction des trois classes granulaires du concassé de granite

Dans le document Utilisation des déchets plastiques dans la construction: (Page 119-0)