117786823 Recyclage de Chaussee

RECYCLAGE DES CHAUSSEES GUIDES POUR LE • RETRAITEMENT EN PLACE AU MOYEN DE CIMENT

• RETRAITEMENT EN PLACE A FROID A L’EMULSION OU A LA MOUSSE DE BITUME

• RECYCLAGE A CHAUD EN CENTRALE DES ENROBES BITUMINEUX

2003

Comité Technique AIPCR C7/8 – "Chaussées Routières” PIARC Committee C7/8 – "Road Pavements"

RECYCLAGE DES CHAUSSEES GUIDES POUR LE • RETRAITEMENT EN PLACE AU MOYEN DE CIMENT

• RETRAITEMENT EN PLACE A FROID A L’EMULSION OU A LA MOUSSE DE BITUME

• RECYCLAGE A CHAUD EN CENTRALE DES ENROBES BITUMINEUX

78.02.F copyright : AIPCR – ASSOCIATION MONDIALE DE LA ROUTE La Grande Arche – Paroi Nord 92055 LA DEFENSE Cedex – France Fax : +33 1 49 00 02 02 E-mail : [email protected] http://www.piarc.org PIARC – WORLD ROAD ASSOCIATION

TABLE DES MATIERES AVANT PROPOS

5

1

6

INTRODUCTION

1.1

REMARQUES GÉNÉRALES

6

1.2 1.2.1 1.2.2 1.2.3 1.2.4

DIFFÉRENTES MANIÈRES DE RETRAITER Selon l’endroit où est effectué le mélange Selon la température du procédé Selon les caractéristiques du matériau à recycler Selon le type de liant

7 7 7 7 7

2

GUIDE DU RETRAITEMENT EN PLACE A FROID DES CHAUSSEES AU MOYEN DE CIMENT

9

2.1

REMERCIEMENTS

10

2.2

RÉSUMÉ

11

2.3 2.3.1 2.3.2 2.3.3 2.3.4 2.3.5 2.3.6 2.3.7 2.3.8

INTRODUCTION Définition Historique de la méthode Objectifs du retraitement Avantages et limites du retraitement en place Avantages Inconvénients Caractéristiques particulières du retraitement en place au moyen de ciment Comparaison entre retraitement et rechargement de la chaussée

13 13 14 15 16 16 16 16 17

2.4 2.4.1 2.4.2 2.4.3 2.4.4 2.4.5 2.4.6 2.4.7

ÉTUDES PRÉLIMINAIRES Introduction Faisabilité du retraitement Etude de la chaussée existante Caractérisation des matériaux de la chaussée Drainage et climat Le trafic de dimensionnement Schémas d’élargissement et accotements

18 18 18 18 20 21 21 21

2.5 2.5.1 2.5.2 2.5.3 2.5.4 2.5.5

FORMULATION DU MÉLANGE Granulométrie Teneur en eau Densité du mélange Ciment et autres ajouts Ouvrabilité

23 23 23 23 23 25

2.6

PROPRIÉTÉS MÉCANIQUES DES MATÉRIAUX RETRAITÉS AU CIMENT

27

2.7

DIMENSIONNEMENT DE CHAUSSÉES RETRAITÉES AU CIMENT

29

2.8 2.8.1 2.8.2

MACHINES POUR LE RETRAITEMENT Introduction Description des machines

32 32 34

ISBN : 2-84060-153-2 AIPCR .

1 . 78.02.F - 2003

2.9 EXÉCUTION DES TRAVAUX 2.9.1. Procédure de retraitement 2.9.2 Exécution des travaux

43 43 44

2.10 2.10.1 2.10.2 2.10.3

CONTRÔLE DE QUALITÉ Introduction Contrôle de qualité pendant les travaux Contrôle après construction

53 53 53 55

2.11 2.11.1. 2.11.2. 2.11.1 2.11.2 2.11.3 2.11.4 2.11.5

COÛTS Introduction Coût de construction de la couche recyclée Ciment Equipement de recyclage Equipement et travaux auxiliaires Autres coûts Coût total

58 58 58 58 59 60 60 60

2.12

RÉFÉRENCES

62

3

GUIDE DU RETRAITEMENT EN PLACE A FROID A L’EMULSION OU A LA MOUSSE DE BITUME

65

3.1

REMERCIEMENTS

66

3.2

RÉSUMÉ

67

3.3 3.3.1

68

3.3.2 3.3.3 3.3.4 3.3.5

INTRODUCTION Présentation du processus de retraitement en place à l'émulsion ou à la mousse de bitume Les différentes formes d'introduction du nouveau liant Objectifs et champs d'application du retraitement en place Avantages et limites du retraitement en place Développement historique de la technique

68 69 69 70 71

3.4 3.4.1 3.4.2 3.4.3

ETUDES PRÉLIMINAIRES Investigations de terrain Caractérisation des matériaux en place Faisabilité du retraitement en place

73 73 73 74

3.5 FORMULATION DU MÉLANGE 3.5.1 Contenu et étapes de l'étude de formulation du mélange 3.5.2 Considérations sur la composition granulométrique 3.5.3 Choix du nouveau liant Traitement à la mousse de bitume 3.5.4 Etude de l'affinité entre le liant et le granulat 3.5.5 Étude de laboratoire pour la conception des mélanges retraités

76 76 77 78 79 81 83

3.6 3.6.1 3.6.2

CARACTÉRISTIQUES MÉCANIQUES DU MATÉRIAU RETRAITÉ Matériaux retraités à l'émulsion de bitume Matériaux retraités à la mousse de bitume

89 89 89

3.7 3.7.1 3.7.2 3.7.3 3.7.4

CONCEPTION DES CHAUSSÉES UTILISANT DES MATÉRIAUX RÉTRAITÉS Aspects géométriques Aspects mécaniques Paramètres d'entrée pour le dimensionnement des chaussées Couche de roulement

91 91 91 92 93

3.8 3.8.1

TRAVAUX DE RETRAITEMENT EN PLACE Tâches élémentaires AIPCR . 2 . 78.02.F - 2003

95 95

3.8.2

Retraitement en une ou deux étapes

3.9 3.9.1 3.9.2

MATÉRIELS POUR LE RETRAITEMENT EN PLACE Les différente ateliers de retraitement Critères de performance pour les matériels

98 98 103

3.10 3.10.1 3.10.2

EXÉCUTION DES TRAVAUX Organisation du chantier Conseils pratiques

105 105 105

3.11 3.11.1 3.11.2 3.11.3 3.11.4

CONTRÔLE DE QUALITÉ Spécifications et Contrôle Qualité/Assurance de la Qualité Avant les travaux Pendant les travaux Après les travaux

109 109 109 110 110

3.12 3.12.1 3.12.2

CONSIDÉRATIONS DE COÛT Considérations générales Coûts directs à considérer pour une évaluation complète

111 111 111

3.13 3.13.1 3.13.2 3.13.3 3.13.4 3.13.5 3.13.6 3.13.7

ILLUSTRATION DE LA TECHNIQUE Exemple d'application au Canada-Québec Exemple d'application dans KwaZulu Natal (Afrique du Sud) Exemple d'application au Cap (Afrique du Sud) Exemple d'application à Casablanca (Maroc) Exemple d'application en Louisiane (Etats-Unis) Exemple d'application dans le Maryland (Etats-Unis) Exemple d’application en Allemagne

113 113 113 114 114 115 115 116

3.14

CONCLUSIONS

117

3.15

RÉFÉRENCES

118

97

3.16 ANNEXE – RETRAITEMENT À FROID EN CENTRALE À L’ÉMULSION OU À LA MOUSSE DE BITUME 4

GUIDE POUR LE RECYCLAGE A CHAUD EN CENTRALE DES ENROBES BITUMINEUX

120

121

4.1

REMERCIEMENTS

122

4.2

RÉSUMÉ

123

4.3 4.3.1 4.3.2 4.3.3 4.3.3 4.3.4 4.3.5 4.3.6 4.3.7 4.3.8

POINTS IMPORTANTS POUR LES DÉCIDEURS La Pyramide d’exigences Spécification d’exigences de niveau 5 Composition et production de ARA Les données fournies dans les dossiers d’appels La composition des mélanges par le producteur d’enrobés Fraisage et stockage de RA Production et contrôle de qualité de RA Transport et pose de l’ARA Coûts

124 124 125 125 127 128 128 129 129 129

4.4 4.4.1 4.4.2 4.4.3 4.4.4 4.4.5

INTRODUCTION La place et la pertinence du recyclage à chaud d'enrobés en centrale Politique concernant le recyclage à chaud d'enrobés en centrale Evolution historique du recyclage d'enrobés La croissance du recyclage d'enrobés à chaud au cours de la dernière décennie Quantités de RA et d’ARA

130 130 131 131 133 133

AIPCR .

3 . 78.02.F - 2003

4.5 4.5.1 4.5.2 4.5.3 4.5.4 4.5.5. 4.5.5 4.5.6 4.5.7 4.5.8

ÉTUDES PRÉLIMINAIRES, ESSAIS ET CLASSIFICATION DU RA Calcul des quantités et des propriétés de l'ancien et du nouveau liant dans l'ARA Que faire des HAP contenus dans le RA Comment gérer les changements au niveau du liant contenu dans le RA Comment traiter le gravier dans le RA Granulométrie des minéraux Coefficient de polissage des pierres (PSV) et résistance des pierres dans le RA Quantité de corps étrangers et de contaminants Homogenéité du RA Essais et classification du RA

135 135 137 138 138 139 139 139 139 140

4.6

FORMULATION DU MÉLANGE

141

4.7 CARACTÉRISTIQUES MÉCANIQUES DES MATÉRIAUX DE RECYCLAGE ET DIMENSIONNEMENT DES CHAUSSÉES

143

4.8 EQUIPEMENT POUR LE RECYCLAGE 4.8.1 Types and nombre de centrales d’enrobage Centrales discontinues sans tambour de chauffage séparé (chauffage simultané) Tambours sécheurs-enrobeurs 4.8.2 Centrales pour la destruction de goudron dans le RA et la production d'ARA avec du RA dépollué (processus TCU) 4.8.3 Procédures d'approbation pour la production d'ARA 4.8.1. Capacité des centrales pendant la production

147 148 148

4.9 4.9.1 4.9.2

PRODUCTION D’ARA La préparation et le stockage de RA RA avec bitume modifié par des polymères (PMB)

149 149 151

4.10

CONTRÔLE DE LA QUALITÉ

152

4.11

COÛTS

153

4.12

RÉFÉRENCES

155

4.13 ANNEXE 4.13.1 Un nouveau développement : le TCU 4.13.2 Philosophie de la formulation et de la production des enrobés

AIPCR .

4 . 78.02.F - 2003

144 144 145 146

157 157 157

AVANT PROPOS Ce document n’est pas un document de spécifications ni un état de l’art. Son objectif est de fournir : - une information récente sur les applications des techniques de retraitement des chaussées dans le monde ; - des recommandations tirées de l’expérience acquise dans différents pays pour une application appropriée des techniques de retraitement. Pour une information plus complète et plus détaillée, le lecteur est invité à se reporter aux différents documents cités dans les chapitres de références bibliographiques. Ce guide a été préparé dans le Comité technique 7/8 de l’AIPCR “Chaussées routières” sous la responsabilité du sous-groupe SC5, Recyclage et retraitement des chaussées, présidé par Jan. Th. van der Zwan (Pays-Bas). Les trois parties ont été rédigées par des groupes de travail distincts sous la direction de Carlos Jofré (Espagne), Jean Francois Corté (France) et Jan van der Zwan (Pays-Bas). La composition de ces groupes de travail est donnée dans chque partie. Les membres suivants du C7/8 ont participé au sous-groupe SG5: Abdelhkim Jakani (Marocco), Alf Vollprachts (Germany), Allan Bell (Australia), André Jasienski (Belgium), Andrus Aavik (Estonia), Asghar Naderi (Iran), Bronislaw Jefimow (Poland), Carlos Jofré (Spain), Carlos Kraemer (Spain), Claude de Backer (Belgium), Jean-François Corté (France), Elias Ndlovu (Zimbabwe), Figueiredo Mourao (Brasil), Guilermo Templeton (Mexico), Jan Kudrna (Tcheque Republic), Jean-Gabriel Hammerschlag (Switzerland), Jean-Pierre Marchand (France), John Williams (United Kingdom), Jorge Freire (Portugal), Jorge Nobre Santos (Portugal), Maria Da Conceicao Azevedo (Portugal), Reinhard Gruening (Germany), Rudi Bull-Wasser (Germany), Safwat Said (Sweden), Sally Ellis (United Kingdom), Yasumasa Torii (Japan), Yves Guidoux (France). Des remerciements sont exprimés à Allan Bell (Australie), secrétaire anglophone du Comité technique C7/8 pour la révision éditoriale de la version anglaise à André Jasienski, Claude de Backer, Bertrand Guelton, (Belgique), Pieter Pols (Pays-Bas) et Jean Francois Corté (France) pour la traduction en français de la version anglaise. L’édition du document a été préparée par JeanFrançois Corté (France). AIPCR .

5 . 78.02.F - 2003

1 INTRODUCTION Ce document est composé de trois guides sur : le retraitement en place au moyen de ciment, le retraitement en place à froid à l’émulsion ou à la mousse de bitume et le recyclage en centrale à chaud des mélanges bitumineux. Après une introduction générale, les trois techniques sont exposées.

1.1

REMARQUES GENERALES

La construction des routes fait une consommation importante de matériaux. D'un autre côté, en raison des travaux d’entretien et de reconstruction, beaucoup de matériaux sont libérés annuellement. Le retraitement, c’est à dire la réutilisation de matériaux routiers existants et l'utilisation des déchets dans la construction de routes est d’usage très ancien. Les Romains employèrent déjà dans leurs routes toutes sortes de déchets. Les raisons de la réutilisation peuvent différer dans le monde mais la conscience qu'un développement durable est nécessaire, a une influence forte sur le recyclage des matériaux. Néanmoins, les conditions économiques restent déterminantes pour la réutilisation faite à présent. D’une manière générale, le manque de ressources en granulats appropriés, un manque de zones pour la mise en dépôt, les avantages économiques et des combinaisons de ces facteurs ont stimulé le retraitement au cours des dernières décennies. Le recyclage des matériaux de chaussées est défini comme la réutilisation de matériaux routiers existants dans la construction des chaussées, avec ou sans changement des caractéristiques des matériaux. Il y a de nombreuses options pour le retraitement : retraiter en place ou en centrale, employer les matériaux à retraiter avec ou sans ajout de nouveaux matériaux, changer ou pas la fonction et les caractéristiques des matériaux. Le choix à faire dépend des enjeux techniques, environnementaux et économiques. Les approches sont différentes dans chaque pays selon les nécessités, les exigences, les technologies, les ressources, etc. nationales. Dans ces recommandations, il n’est pas proposé de réponse pour le choix de la technique de retraitement. A chaque fois, la technique doit être choisie selon les besoins techniques de réhabilitation ou d'entretien, en fonction de la nouvelle fonction de la route, des politiques nationales visant à un développement durable et selon des considérations économiques. Seuls les sujets ayant une importance pratique pour tous les pays sont décrits plus en détail ; beaucoup de détails techniques (sur les matériels par exemple) se trouvent dans de nombreux documents et ne sont donc pas reproduits ici. Ce rapport se fonde sur l’état de la technique le plus récent en matière : de retraitement en place au moyen de ciment, en place à froid à l’émulsion ou à la mousse de bitume et de recyclage en centrale à chaud des mélanges bitumineux.

AIPCR .

6 . 78.02.F - 2003

1.2

DIFFERENTES MANIERES DE RETRAITER

Plusieurs classifications des principaux types de retraitement peuvent être faites selon : - l'endroit où est effectué le mélange, - la température du processus, - les caractéristiques du matériau à retraiter, - le type de liant. 1.2.1 Selon l’endroit où est effectué le mélange En place Les matériaux fraisés et le liant sont mélangés en place. Dans cette méthode les matériaux de la chaussée existante sont le constituant principal, parfois avec l'addition de granulats vierges. Le liant est répandu en surface de la chaussée (dans le cas du ciment ou de la chaux) ou est injecté dans le matériel de retraitement (coulis de ciment, émulsion de bitume, mousse de bitume) et est mélangé intimement au matériau fraisé. De l'eau, est habituellement ajoutée pendant les phases de fraisage et de mélange. En centrale Le matériau fraisé ou pulvérisé est stocké, puis traité pour obtenir une granulométrie appropriée et mélangé en centrale pour former un nouveau matériau traité au ciment ou avec un liant bitumineux. Les malaxeurs peuvent être continus ou discontinus. Le matériel retraité est ensuite transporté sur le site où il est répandu et compacté mécaniquement. 1.2.2 Selon la température du procédé A froid Le retraitement à froid, sans chauffer les matériaux existants de la chaussée, est généralement effectué en place mais il peut également être exécuté en centrale fixe. A chaud Quand le matériau est retraité en centrale, le fraisât est mélangé à chaud avec du bitume et de nouveaux granulats ajoutés pour corriger la granularité. Les mélanges contiennent habituellement moins de 40% de matériau recyclé, mais ils peuvent comporter jusqu’à près de 100% de recyclés. Quand le matériau est retraité en place à chaud, des machines de chauffage spéciales élèvent la température de la chaussée pour faciliter son fraisage et le mélange. 1.2.3

Selon les caractéristiques du matériau à recycler

Le retraitement peut être limité à une couche relativement homogène (par exemple, une couche granulaire recouverte par un enduit superficiel ou par une épaisseur réduite de mélange bitumineux) ou elle peut concerner deux couches ou plus de matériaux différents (par exemple, une couche granulaire recouverte d’une épaisseur importante de mélanges bitumineux par suite de recouvrements successifs). 1.2.4

Selon le type de liant

Ciment Le dosage en ciment est ajusté pour obtenir une résistance au moins égale à celle d'un sol traité au ciment, bien que, selon les caractéristiques du matériau à retraiter et la teneur en ciment, des valeurs beaucoup plus élevées puissent être obtenues. Par exemple, dans le cas de matériaux granulaires relativement propres, les caractéristiques et la résistance du mélange après retraitement seront semblables à celles d'une grave traitée au ciment.

AIPCR .

7 . 78.02.F - 2003

Chaux et ciment Avec les matériaux très plastiques, comme certaines couches de fondation granulaires polluées par des argiles, un traitement mixte chaux et ciment peut être adapté. Chaque liant a son rôle : - la chaux flocule les particules fines, avec une réaction rapide d'échange ionique. La teneur en eau est réduite en même temps ; - le ciment augmente rapidement la résistance mécanique. Emulsion de bitume Le matériau fragmenté est mélangé à l'émulsion et à la quantité nécessaire d'eau. Une fois mis en place et compacté, le mélange obtenu a des caractéristiques comparables à celles d’une graveémulsion ou d'un enrobé bitumineux dense à froid. Mousse de bitume La mousse est produite par l'injection d'une quantité contrôlée d'eau (habituellement, environ 2 à 3% en masse) et d'air dans le bitume chaud. La viscosité de bitume est ainsi nettement diminuée, ce qui permet le mélange avec le matériau de chaussée fraisé. Ciment et émulsion ou mousse de bitume Avec la combinaison des deux liants, le but est d'obtenir un mélange ayant une résistance accrue mais, du fait de l'émulsion ou de la mousse de bitume et de la faible teneur en ciment, le mélange reste souple avec un retrait plus faible que celui des graves traitées au ciment. Bitume Le retraitement à chaud en centrale des enrobés recyclés utilise le bitume comme liant.

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2 GUIDE DU RETRAITEMENT EN PLACE A FROID DES CHAUSSEES AU MOYEN DE CIMENT

AIPCR .

9 . 78.02.F - 2003

2.1

REMERCIEMENTS

Le présent rapport a été élaboré au sein du Comité Technique C7/8 « Chaussées routières » de l’AIPCR, par un groupe de travail présidé par Carlos Jofré (Espagne) avec la participation des experts suivants : Jesús Díaz Minguela (Espagne), Sally Ellis (Royaume-Uni), Tornstein Fröbel (Allemagne), André Jasienski (Belgique), David Jones (Royaume-Uni), Stelios Kolias (Grèce), Carlos Kraemer (Espagne), Bernard Marx (Allemagne), Hermann Sommer (Autriche), George Vorobieff (Australie). Nous avons également reçu des contributions de la part de: J.-P. Drevet (Belgique), Jules Egli (Suisse), Maurice Lefort (France), Tony Lewis (Afrique du Sud), Zdenĕk Nevosád (République Tchèque), Etsuro Noda (Japon), Jan R. Prusinski (USA), Luc Rens (Belgique), Alain Sainton (France), Pierre Sion (Belgique), Harry Sturm (Canada), Yasumasa Torii (Japon), Benoit Verhaege (Afrique du Sud), Pierre Vincent (Belgique), Graeme Warren (Royaume-Uni), Tom Wilmot (Australie). La traduction en français de la version anglaise du guide a été réalisée par FEBELCEM (Belgique).

AIPCR .

10 . 78.02.F - 2003

2.2

RESUME

Le retraitement au moyen de ciment présente beaucoup d’avantages pour la réhabilitation des chaussées dégradées nécessitant une augmentation significative de leur portance. Les progrès techniques amènent cette solution à être sérieusement envisagée, à l’instar des méthodes classiques de recouvrement ou de reconstruction. Dans beaucoup de cas, le retraitement au moyen de ciment est le plus économique. De nombreux pays ont développé une solide expérience en matière de retraitement de chaussées au moyen de ciment. Les premiers résultats montrent que ce processus est bénéfique pour les chaussées à faible trafic, les routes principales supportant un trafic important de véhicules utilitaires (incluant les poids lourds) et les aéroports. En principe, il n’y a pas de contre-indication pour l’utilisation de couches retraitées au ciment pour des chaussées à forte circulation, pourvu qu’elles soient recouvertes d’une couche de revêtement bitumineux d’épaisseur suffisante. Le matériau obtenu après retraitement au ciment est similaire au sable-ciment ou à une fondation traitée au ciment, lesquels sont utilisés pour toutes les catégories de trafic. Ceci a été confirmé par des résultats obtenus sur des chaussées à grand trafic de véhicules utilitaires. Des unités de retraitement pouvant traiter efficacement une épaisseur de chaussée existante jusqu’à 35 cm en un seul passage sont actuellement disponibles. Dans la plupart des cas, c’est la performance de l’engin de compactage qui limite l’épaisseur traitée. D’un autre côté, l’épaisseur prévue des couches retraitées au moyen de ciment ne devrait pas être inférieure à 20 cm afin d’éviter la présence accidentelle de zones d’épaisseur trop faible pouvant aboutir à une fissuration prématurée par fatigue. Les critères pour s’assurer de la faisabilité du retraitement des chaussées passent par l’identification de la cause de la fatigue : vient-elle de la médiocre qualité de la chaussée (épaisseur inappropriée, couches granulaires polluées à l’argile, couches bitumeuses détériorées, etc.) ou vient-elle de problèmes au niveau de la fondation. Dans les cas précités, le retraitement au moyen de ciment constitue en règle générale une meilleure solution. Le manque de spécifications techniques ou de recommandations n’incite pas les Administrations des Routes à utiliser cette technique. Toutefois, plusieurs pays (Espagne, Belgique, France, Royaume-Uni) ont récemment publié des rapports à ce sujet, complétant ainsi les publications japonaises existantes. De bons résultats ont été obtenus avec des matériaux retraités présentant une résistance à la compression de 2,5 MPa à 7 jours. Toutefois, certaines structures peuvent exiger une résistance plus grande, par exemple pour garantir la résistance au gel/dégel. En principe, tous les types de ciment peuvent être utilisés pour le retraitement. Toutefois, les plus couramment utilisés sont ceux contenant des additifs actifs, qui améliorent la durée d’ouvrabilité. Sur la base des résultats obtenus en laboratoire et des expériences en matière de retraitement des chaussées au moyen de ciment, il est possible de conclure que, dans de nombreux cas, un retraitement est envisageable en maintenant totalement ou partiellement les couches bitumineuses. Tout comme pour les autres couches liées au ciment, les matériaux retraités au moyen de ciment présentent des fissures transversales en raison d’un effet combiné du retrait, des sollicitations du trafic et du gradient thermique. La préfissuration des couches retraitées au moyen de ciment par des entailles réalisées dans le matériau neuf avec un intervalle d’environ 3 m, constitue le système le plus efficace pour minimiser les remontées de fissures dans les couches bitumineuses supérieures. Plusieurs méthodes de préfissuration ont déjà été utilisées avec succès. AIPCR .

11 . 78.02.F - 2003

La préfissuration est toujours recommandée, cependant le niveau de trafic minimum qui la rend nécessaire n’a pas encore été établi. L’examen du comportement de différents tronçons retraités d’un même réseau et soumis à différents types de trafic, peut contribuer à répondre à cette question. Un certain nombre de pays (par ex. Espagne, Royaume-Uni) ont publié des documents sur le dimensionnement des chaussées retraitées au moyen de ciment ainsi que l’Australie qui a produit un document détaillé de dimensionnement basé sur des analyses multicouches. Toutefois, le transfert d’expérience entre pays différents nécessite des précautions. Il est impératif de prendre en compte la composition de leur trafic (charge par essieu), les propriétés des matériaux retraités, les conditions climatiques et, le plus important, l’expérience locale.

AIPCR .

12 . 78.02.F - 2003

2.3

INTRODUCTION

En guise de préambule il est utile de définir sur un schéma les termes utilisés pour décrire une structure routière, car les termes sont parfois différents dans une même langue suivant le pays. Les termes « Français-Belgique » ont été utilisés dans le présent document.

2.3.1

Anglais

Français (France)

Français (Belgique)

Binder

Roulement Liaison

Roulement Liaison

Base

Base

Fondation

Sub-base

Fondation

Sous-Fondation

Subgrade

Couche de forme

Fond de coffre

Définition

Le retraitement de la chaussée est une technique qui consiste à modifier et transformer une chaussée dégradée existante (Figure 2.1) en une structure homogène capable de supporter les sollicitations du trafic. Plus précisément, il s’agit de réutiliser les matériaux de la chaussée existante en vue de la construction d’une nouvelle couche, par : - la fragmentation de la chaussée existante jusqu’à une certaine profondeur ; - l’ajout d’un liant (ciment et/ou émulsion bitumineuse), d’eau (pour l’hydratation, le mélange et le compactage), - de granulats si nécessaire (pour une correction de granulométrie ou à d’autres fins) et d’adjuvants.

Figure 2.1. Réhabilitation de la chaussée dégradée par recyclage en place La mise au point du mélange est le résultat d’essais de performance réalisés sur des mélangestest. Le mélange homogène est répandu (Figure 2.2), compacté (Figure 2.3) et protégé de façon adéquate, fournissant une fondation ou une couche qui renforce la nouvelle chaussée. Une couche de protection est ensuite appliquée sur la couche retraitée afin de la protéger ultérieurement du trafic de chantier. Après durcissement de la couche traitée au ciment, une ou AIPCR .

13 . 78.02.F - 2003

deux couches de revêtement bitumineux sont appliquées afin de garantir la fonctionnalité et la portance de la chaussée. Le retraitement de la chaussée peut se faire en centrale ou en place, cette dernière méthode étant actuellement la plus utilisée. Le retraitement en place est une procédure de réhabilitation d’un grand intérêt technique, environnemental et économique.

Figure 2.2. Matériau recyclé

Figure 2.3. Compactage du matériau recyclé 2.3.2

Historique de la méthode

Le dimensionnement de la structure de chaussée vise à fournir une portance appropriée pour supporter la charge de trafic prévue. La composition et la résistance de la couche de fondation sont aussi importantes que celle de la couche de roulement. De de fait, le développement des fondations traitées au ciment a constitué une réelle avancée, permettant d’éviter un grand nombre de problèmes causés par des couches granulaires non-traitées. Dans la recherche de nouvelles méthodes pour améliorer la portance de la chaussée tout en réduisant les coûts et l’utilisation de matériaux neufs, on a commencé à réutiliser la chaussée existante et à l’améliorer par fragmentation et apport de liant. AIPCR .

14 . 78.02.F - 2003

Un des précurseurs des techniques de retraitement, fut, dès après la Seconde Guerre Mondiale au Royaume-Uni , le « Retread Process » [3] qui fut développé afin de réparer les routes secondaires. Il s’agissait : - d’une fragmentation de la chaussée ; - de l’ajout si nécessaire et en faible quantité de matériaux d’apport ; - du mélange sur place du matériau fractionné avec le nouveau au moyen d’une niveleuse ou d’une charrue à disque. L’émulsion bitumineuse à faible teneur en liant était alors répandue sur le matériau fragmenté et les deux étaient immédiatement mélangés à l’aide de machines agricoles. La première journée, le matériau mélangé n’était que légèrement compacté, en raison de l’importante teneur en eau. Le lendemain, le compactage était poursuivi et terminé. Il s’agissait d’une procédure très simple, laquelle, bien exécutée, donnait de bons résultats. Au milieu des années 80, l’option du retraitement en place en vue de la réhabilitation des chaussées existantes a fait sa réapparition. Cela fut un succès remarquable, principalement grâce aux facteurs suivants : - une meilleure connaissance des caractéristiques mécaniques du ciment, des matériaux traités et des performances des chaussées semi-rigides [1] ; - l’utilisation de nouveaux équipements plus puissants, ayant un meilleur rendement et une plus grande profondeur de travail, et permettant d’obtenir un matériau d’une meilleure qualité finale [6, 23] ; - une prise de conscience accrue des avantages environnementaux, notamment de l’épuisement des sources existantes de matériaux neufs et de la difficulté d’en disposer de nouvelles. Aujourd’hui, le retraitement en place au moyen de ciment est appliqué dans différents pays dont Etats-Unis [6], en Australie [29], Allemagne [27], Afrique du Sud [18], Espagne [20] et en France [9]. Dans ce dernier pays, environ 2 millions de m2 de chaussées ont été retraitées ces dernières années au moyen de ciment. En Allemagne, la préoccupation environnementale accrue a rendu le retraitement obligatoire afin de respecter les directives gouvernementales qui visent à éviter, réduire ou réutiliser les déchets et matériaux de chaussée. 2.3.3

Objectifs du retraitement

L’objectif fondamental du retraitement en place d’une chaussée est d’améliorer ses caractéristiques et son comportement compte tenu des charges du trafic, en : - transformant la chaussée dégradée et hétérogène en une structure résistante et plus homogène ; - améliorant la portance, pour l’adapter aux exigences du trafic ; - améliorant la durabilité : réduction de la sensibilité à l’eau et amélioration de la résistance à l’érosion ; - protégeant la fondation ainsi que les couches inférieures de la chaussée, dont les caractéristiques sont parfois inférieures aux normes. Le retraitement des chaussées est une technique concurrente de la réhabilitation classique consistant à recouvrir la chaussée existante d’un mélange bitumineux, de matériaux granulaires liés au ciment ou de béton. Les deux méthodes améliorent la capacité structurelle de la chaussée, mais le retraitement a l’avantage de réutiliser les matériaux existants et modifie moins les niveaux de la voirie. Cette technique pourrait être vue comme une stabilisation au moyen de matériaux d’apport ; en effet, le liant est ajouté au matériau existant, modifiant ainsi les caractéristiques physiques et chimiques du mélange. Un des avantages particuliers du retraitement en place à froid est de ne pas devoir transporter les matériaux vers une usine de malaxage. AIPCR .

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2.3.4

Avantages et limites du retraitement en place

Les avantages et inconvénients du retraitement en place comparé à la technique conventionnelle de recouvrement sont repris ci-dessous. 2.3.5

Avantages

Le retraitement en place des chaussées conduit à : - la réutilisation des matériaux routiers usagés, pollués, inappropriés ; - l’homogénéisation des chaussées, tant en résistance qu’en géométrie - la réduction des déchets et de l’extraction de matériaux neufs en provenance des carrières et mines, avec tous les avantages environnementaux associés ; - la possibilité de réhabiliter seulement une voie de chaussées à deux voies et plus de circulation, car la détérioration est souvent limitée aux voies supportant le trafic le plus lourd ; - la diminution de la nuisance causée par les aller et venues des engins lors de travaux de réparation traditionnels ; - une réduction de la détérioration du réseau adjacent de routes secondaires en raison d’un volume réduit de matériaux neufs à transporter ; - un coût moindre pour la réhabilitation des chaussées dégradées [31]; - le maintien du niveau de la chaussée sauvegardant ainsi les accotements et bordures et préservant la hauteur libre sous les ponts ; - des opportunités d’élargir simultanément la chaussée existante, situation courante en cas d’amélioration de la chaussée. Lorsqu’une chaussée est partiellement élargie, il faut classiquement prévoir une zone en sifflet pour assurer la transition entre les sections de largeurs différentes. Par contre dans le cadre d’un retraitement, la largeur de la chaussée peut varier progressivement et en toute section la chaussée est homogène. 2.3.6

Inconvénients

Le retraitement en place de la chaussée peut amener : - moins d’homogénéité par comparaison à un nouveau mélange ; - l’apparition possible de fissures longitudinales lorsque des bandes adjacentes ne sont pas correctement reliées ; - une réhabilitation plus longue par comparaison à un simple recouvrement classique au moyen de mélanges bitumineux sans fraisage. 2.3.7

Caractéristiques particulières du retraitement en place au moyen de ciment

Le retraitement en place de la chaussée au moyen de ciment permet la réhabilitation d’une chaussée usagée ou détériorée et son adaptation aux exigences du trafic. Lorsque la chaussée montre de grandes déflections une étude spéciale devra être entreprise pour calculer l’épaisseur appropriée du revêtement. Le retraitement au moyen de ciment permet d’obtenir une couche homogène et stable de plus forte épaisseur, avec des caractéristiques mécaniques similaires à celles du sable-ciment ou d’une fondation liée au ciment. Pour cette raison, grâce à ce retraitement, la portance de la chaussée est considérablement augmentée ou, inversement, la déformation de la chaussée et les contraintes et déformations de la sous fondation sont fortement réduites. De plus, les ornières existantes peuvent être corrigées adéquatement lorsque l’épaisseur de la couche est augmentée. Le retrait des matériaux liés aux ciments peut occasionner des remontées de fissures dans la couche de surface. Ces fissures peuvent être minimisées ou éliminées grâce à une préfissuration avec intervalle réduit des couches retraitées au ciment [22]. En alternative, d’épaisses couches bitumineuses peuvent être posées sur les couches retraitées. Cependant, pour des chaussées à faible trafic, de petites fissures de moins de 0,5 mm d’ouverture n’influenceront pas négativement la performance de la chaussée si elles sont traitées de façon appropriée.

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2.3.8

Comparaison entre retraitement et rechargement de la chaussée

Le choix entre ces deux solutions doit être basé sur une étude technique, économique et environnementale qui prendra en considération : - les coûts totaux, y compris ceux liés à un élargissement éventuel de la chaussée ou à la stabilisation des accotements ou à toute autre construction nécessaire pour assurer une fonctionnalité équivalente entre les deux solutions ; - les résultats attendus du retraitement, à partir de l’étude des matériaux de la chaussée existante et de la formulation du nouveau mélange ; - la qualité finale de la nouvelle chaussée, en considérant son adéquation avec les exigences relatives au trafic et à sa durée de vie, son comportement en relation avec les conditions climatiques et enfin les coûts d’entretiens attendus ; - la disponibilité de matériaux locaux et le coût d’éventuels matériaux d‘apport ; - les problèmes relatifs au passage sur les ponts, à l’accessibilité latérale, etc. Dans les différents pays il existe des approches différentes basées chacune sur les exigences, les technologies, les ressources et les besoins nationaux.

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2.4 2.4.1

ETUDES PRELIMINAIRES Introduction

Préalablement au retraitement de la chaussée, il est nécessaire de réaliser une étude afin de : - vérifier la faisabilité du retraitement ; - sélectionner le type de retraitement ; - déterminer, par l’intermédiaire d’essais de laboratoire, les caractéristiques des matériaux à retraiter et également le type de mélange. 2.4.2

Faisabilité du retraitement

Afin de s’assurer de la faisabilité du retraitement de la chaussée, il est impératif d’identifier si les défauts de la chaussée existante sont principalement dus à une mauvaise qualité de celle-ci (épaisseur insuffisante, couches granulaires polluées à l’argile, couches bitumineuses détériorées, etc.) ou à des problèmes venant de la fondation. Dans le premier cas de figure, le retraitement au moyen de ciment est, en général, une bonne solution. Le retraitement en place utilise la chaussée existante comme source de matériaux. Afin de vérifier la possibilité de les retraiter, il est impératif de connaître à l’avance les caractéristiques des matériaux existants dans la chaussée ainsi que l’épaisseur des couches. La plupart des matériaux présents dans les chaussées peuvent être recyclés, à l’exception de ceux de calibre discontinu tel que le macadam. Les matériaux de calibre discontinu exigeront un correcteur granulométrique (matériaux d’apport fins), un ajustement de la vitesse du rotor ainsi que de la position des disques de fragmentation. Par ailleurs, les chaussées dont les matériaux ont des granulats supérieurs à 80 ou 100 mm peuvent nécessiter l’utilisation de machines spéciales pour les défoncer. La présence de certaines substances telles que des matières organiques, des sulfures (pyrites) ou sulfates (gypse) peut perturber ou arrêter la prise du ciment. En plus de l’examen de la structure existante, il convient recueillir les données relatives au trafic et au climat. 2.4.3

Etude de la chaussée existante

Recueil des informations sur la construction initiale et les travaux d’entretien En premier lieu, il faut rechercher les rapports de tous les travaux réalisés sur la chaussée à inspecter. Cela permet d’économiser du temps et de réduire le nombre d ‘échantillons et de carottes à prélever. Les informations nécessaires comprennent la composition des couches de la chaussée, leur épaisseur et les caractéristiques des matériaux. Il est également recommandé de subdiviser la chaussée en sections relativement homogènes (les plus longues possible) par rapport aux caractéristiques des couches de la chaussée existante et du trafic qu’elle supporte. En pratique, toutes ces informations ne sont pas toujours disponibles et certaines peuvent être erronées. Il convient donc de les analyser avec précaution. Inspection de la chaussée existante L’inspection de la chaussée sert à évaluer l’état structurel, à préciser la nature et de l’épaisseur des couches. Elle doit comporter une évaluation visuelle des défauts. Tous les défauts doivent être enregistrés, et en particulier : - leur gravité et leur ampleur ; - les détails des sections montrant les mêmes type et degré de détérioration ; - les sections ayant besoin d’une rectification de leur nivellement ou alignement ; - les problèmes potentiels avec des bordures, caniveaux, chambres de visite, voies d’accès et barrières de sécurité ; - les endroits gravement détériorés qui doivent être traités séparément ; AIPCR .

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- les problèmes relatifs à la sous-fondation et aux remblais, et spécialement ceux ayant un lien avec le drainage ; - les limitations de gabarit. Il est également nécessaire de recueillir des informations sur la composition et l’état des accotements. De même, il faut répertorier et localiser précisément toutes les concessions de câbles et conduites en sous-sol. Lorsqu’un tel élément se situe à moins de 150 mm de profondeur par rapport à la partie inférieure du revêtement, il doit être considéré comme présentant un risque. L’étendue de l’expertise à mener sur la structure de la chaussée existante dépend également de l’importance des travaux envisagés. Parfois il n’est pas facile de déterminer la composition de la chaussée à retraiter. Dans ce cas, une investigation à l’aide d’un radar de chaussée peut-être envisagée. Cette opération permet d’estimer en continu l’homogénéité des couches et ceci sur tout le site. Cet équipement peut être utilisé à une vitesse de 60-80 km/h. Le principe de la méthode repose sur l’émission d’une onde électromagnétique dans la chaussée et sur l’analyse de la réflexion de cette onde sur les différentes interfaces entre couches. Toutefois, cet outil n’est pas en mesure de déterminer à lui seul la composition et l’épaisseur de couches. Il faut calibrer les résultats obtenus par cet appareil avec ceux fournis par l’analyse de sondages et prélèvements. Grâce à l’ensemble de ces informations, la chaussée peut être divisée en sections homogènes en terme de volumes de trafic, de types et d’état de la structure de chaussée, et d’exigences en matière de résistance. Prélèvements et sondages par tranchées Les sections aux propriétés homogènes servent de base pour définir un programme de prélèvements et d’excavations (Figure 2.4) devant permettre de déterminer et/ou confirmer l’épaisseur et les caractéristiques des matériaux tant en chaussée qu’en accotement.

Figure 2.4. Sondage par tranchée L’échantillonnage dans chaque section doit être tel qu’il permette de recueillir des données statistiquement représentatives. Le nombre d’échantillons dépendra du type et de l’importance des travaux. Souvent, deux carottages et un sondage (tranchée) par kilomètre sont suffisants. Ils doivent toutefois inclure les couches inférieures, étant donné la nécessité de définir leurs caractéristiques autant que celles des couches supérieures.

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Une attention particulière doit être portée aux chaussées anciennes comportant des réparations importantes, des zones élargies, des corrections de profil. Il est très probable, en effet, qu’elles contiennent des matériaux hétérogènes dont certains de qualité médiocre. L’expérience montre qu’il est très fréquent de voir des variations importantes d’épaisseur des couches, dans les niveaux de profil ainsi que dans l’état de la sous fondation. Ceci peut conduire à une subdivision plus fine des tronçons afin de garantir leur homogénéité. Toutefois, il est recommandé de ne pas réduire la longueur des sections à moins de 500 m. 2.4.4

Caractérisation des matériaux de la chaussée

Les échantillons de la chaussée doivent être analysés en laboratoire pour identifier : - la composition et la teneur en eau des couches de sous-fondation et fondation ; - la composition et la teneur en eau des matériaux dans les différentes couches de revêtement ; - la présence de produits pouvant altérer ou empêcher la prise du ciment. Pour cela, les opérations suivantes sont nécessaires. Identification des matériaux Granulométrie : bien que celle-ci dépende de la profondeur à retraiter (plus elle est importante, plus la part de matériaux granulaires non liés est grande), la granulométrie obtenue aidera à décider si un correcteur est nécessaire (Figure 2.5). Les échantillons doivent être préparés de manière à simuler au mieux la granulométrie qui sera obtenue après la fragmentation sur chantier.

Figure 2.5. Matériau nécessitant un correcteur granulométrique pour être retraité L’étude des fines : la quantité et la réactivité des fines argileuses présentes dans les matériaux doivent être identifiées, soit par leur indice de plasticité (IP) soit par leur valeur de bleu de méthylène (VBM). Les valeurs IP ou VBM donnent une première indication sur la nécessité ou non de choisir un retraitement combiné au moyen de chaux et de ciment, afin de neutraliser l’effet de l’argile. D’ordinaire, ceci ne sera requis que pour les valeurs IP supérieures à 15 ainsi que pour les matériaux ayant une importante teneur en éléments plastiques. Toutefois, même dans ces cas, l’utilisation de la chaux doit être confirmée par des essais de laboratoire.

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Détermination de la teneur en eau des matériaux La teneur en eau est l’une des propriétés ayant une grande importance dans un projet de retraitement. Il faut déterminer : - la teneur en eau naturelle wnat, des matériaux à retraiter, tout en sachant qu’elle dépend des conditions climatiques ; - la teneur en eau optimale wopt, qui permet, d’obtenir à énergie de compactage fixée, la densité maximale dmax. Les deux paramètres, wopt et dmax sont déterminés par le test Proctor Modifié AASHTO [15] ou d’autres tests standardisés permettant d’établir la relation teneur en eaudensité pour un compactage conventionnel. Ces valeurs sont utilisées comme référence dans le contrôle du processus de compactage. En comparant la teneur en eau naturelle et optimale, il est possible d’en déduire le volume d’eau à ajouter sur site. Lorsque wnat et supérieur à wopt, il est nécessaire d’aérer le matériau fractionné avant d’y ajouter le liant. Identification des éventuels inhibiteurs de prise En complément aux actions décrites ci-dessus, le laboratoire doit identifier la présence de substances qui pourraient porter atteinte à l’action liante du ciment. Les matériaux les plus susceptible d’agir sur la prise du ciment sont les sulfates (gypse), les sulfures (pyrites) et les matières organiques. L’ensemble des analyses décrites dans les paragraphes précédents doit permettre de juger si un retraitement au moyen de ciment est possible et, si tel est le cas, de définir la formulation précise du mélange à réaliser. 2.4.5

Drainage et climat

Comme dans tout travail de réhabilitation, il est nécessaire d’inspecter et de réparer les défaillances éventuelles du système de drainage, tels que : fossés, drainage de surface, drains en sous-sol, etc. Il peut être opportun à ce stade d’améliorer le drainage des zones qui localement ont une faible portance. Il est à noter que le retraitement en place au moyen de ciment est moins sensible aux conditions météorologiques que d’autres types de retraitement. En effet, il peut être réalisé à n’importe quelle température au-dessus de 2°C. Dans le cas où du gel est annoncé pour la nuit, la couche retraitée doit être protégée par une feuille de polyéthylène. Si la pluie risque de modifier de façon significative la teneur en eau durant le compactage, les travaux doivent être arrêtés. 2.4.6

Le trafic de dimensionnement

Le retraitement s’appliquant à des chaussées en service, l’estimation du trafic est généralement plus aisée que pour de nouvelles routes. En fonction de la méthode utilisée, le trafic dans une direction peut être défini de plusieurs façons : - le trafic quotidien moyen de véhicules utilitaires (y compris les poids lourds) au cours de la première année après la réhabilitation ; - le nombre cumulé de véhicules utilitaires au cours de la durée de vie projetée ; - le nombre cumulé d’essieux standards équivalents. Si les données ne sont pas disponibles, un comptage du trafic peut être réalisé avant le retraitement. Une attention spéciale doit être portée aux chaussées à faible trafic, telles que des chaussées agricoles, forestières, etc., ayant une activité temporaire saisonnière intense. 2.4.7

Schémas d’élargissement et accotements

L’inspection de la chaussée doit inclure les accotements existants. Les prélèvements ne doivent donc pas se limiter aux bandes de circulation mais être étendus aux accotements afin de mesurer AIPCR .

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l’épaisseur des différentes couches et de prendre des échantillons pour des essais de laboratoire. Fréquemment, on met à profit la réhabilitation de la chaussée par retraitement en place pour élargir la surface de circulation et pour renforcer la portance des accotements. Pour l’élargissement, un nouveau matériau granulaire doit être apporté. Il doit avoir des caractéristiques comparables à celles du matériau à retraiter. Si ce n’est pas possible en raison d’impératifs économiques, l’élargissement peut se faire en utilisant un sable-ciment préparé en usine. L’objectif final devrait être l’obtention, après élargissement et retraitement, d’une chaussée transversalement la plus homogène possible.

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2.5

FORMULATION DU MELANGE

Le retraitement de la chaussée ne doit pas commencer avant l’approbation finale des résultats de l’étude de formulation du mélange. Les spécifications sur la formulation du mélange doivent comporter les éléments suivants. 2.5.1

Granulométrie

L’objectif de cette analyse granulométrique est de définir si la composition est acceptable. Si elle ne l’est pas, des décisions doivent être prises en matière d’actions correctives, telles que l’ajout de matériaux d’apport. Il est important de rappeler que le matériau à retraiter est obtenu par fragmentation et que cette opération modifie la courbe granulométrique du matériau en place. L’analyse devra tenir compte des incertitudes liées à ces opérations de fragmentation. Si la granulométrie obtenue exige une correction, l’ajout de matériau adéquat constitue la solution la plus simple, mais ce n’est pas la seule. D’une part les particules de plus grandes dimensions peuvent être enlevées ou fragmentées. D’autre part certaines machines de retraitement sont pourvues d’une plaque ajustable ou d’une barre de fragmentation, permettant de réduire la dimension maximale des agrégats. Il est important de souligner que des morceaux de revêtement bitumineux peuvent faire varier fortement la granulométrie du matériau fragmenté. La profondeur de retraitement influence également fortement la granulométrie. Plus la profondeur du retraitement est grande, plus la proportion de couches granulaires non liées est importante. En général, les couches supérieures sont composées de mélanges bitumineux (mis à chaud ou à froid) de différentes granulométries. Lorsque la profondeur exacte n’est pas connue, il est recommandé de déterminer la granulométrie pour différentes profondeurs de retraitement. Il existe plusieurs références pour établir une bonne composition granulométrique. Par exemple celles pour les fondations liées au ciment ou la courbe de Talbot [21] : Y = 100 x (d/D)0.4 dans laquelle : y est le passant au tamis d en % d est la maille du tamis en mm D est la dimension du plus gros granulat en mm. 2.5.2

Teneur en eau

La teneur en eau du matériau au moment du mélange doit être définie. 2.5.3

Densité du mélange

En principe, la densité moyenne ne devrait pas être inférieure à 97% de la valeur de référence (test courbe Proctor AASHTO modifié). 2.5.4

Ciment et autres ajouts

Teneur optimale en ciment La teneur optimale en ciment correspond à la quantité qui permet d’atteindre économiquement la résistance exigée tout en maintenant les fissures de retrait aussi fines que possible. Pour déterminer cette teneur optimale, au moins trois séries d’échantillons doivent être préparées. Elles sont réalisées à l’aide des matériaux obtenus après fragmentation de la chaussée existante, avec un ajout de matériaux d’apport si nécessaire, et avec différentes teneurs en ciment. Les échantillons sont compactés à la densité minimale requise sur le chantier [34] en utilisant la teneur AIPCR .

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en eau optimale (déterminée par le test teneur en eau-densité) et testé en compression après 7 jours. Une première teneur en ciment une fois choisie, une analyse de sensibilité doit être réalisée avec des échantillons compactés à des densités variant de ± 2 % par rapport à celle utilisée précédemment. Cette méthode permettra de déterminer la teneur en ciment minimale qui garantira le respect des exigences de résistance sur chantier. Pour des travaux de grande envergure, il est recommandé de réaliser des tests de résistance en compression à 28 et 90 jours ainsi que des essais de traction indirecte. La détermination du module d’élasticité en compression constitue également une donnée utile. Types de ciment Dans le retraitement, le type de ciment utilisé est moins important que la teneur en eau du mélange et la densité obtenue. Dans la plupart des cas, les ciments disponibles sur le marché peuvent être utilisés et le choix dépendra de leur disponibilité et de leur prix. Toutefois, il y a quelques éléments à souligner. En règle générale, lorsque des ciments de différentes résistances sont disponibles, les ciments de résistance moyenne (ex. classe 32.5 de la norme européenne EN 197 : Partie 1) [13] sont à préférer. En effet, ces ciments se caractérisent par une plus grande période d’ouvrabilité, une moindre production de chaleur d’hydratation et un plus petit nombre de fissures de retrait. Un ciment d’une plus grande résistance (ex. classe 42.5 du EN 197 : Partie 1) ne doit être utilisé que lors de conditions spéciales, par exemple lors d’un retraitement à basse température. Toutefois, il faut noter que l’utilisation de ciment à haute résistance peut conduire à une teneur en ciment extrêmement faible (2 à 2.5 % du poids du matériau sec). Bien qu’une telle teneur en ciment permette de satisfaire aux exigences de résistance, il ne sera toutefois pas possible de garantir une uniformité appropriée du matériau retraité. De plus, une teneur en ciment tellement faible nécessitera que le ciment soit versé dans le malaxeur sous forme de pâte liquide. Enfin, l’usage de ciment à haute résistance engendrera une période d’ouvrabilité plus courte pour la réalisation du compactage. Lorsque des ciments de la classe de résistance 32.5 ou moins sont utilisés, la teneur en ciment se situe généralement entre 3 et 6 %, ce qui d’ordinaire ne pose pas de problème quant à l’homogénéité du mélange. Les meilleurs ciments pour le retraitement (et, en général, pour tous les matériaux liés aux ciments compactés au rouleau) sont ceux ayant une teneur élevée en additifs tels que les pouzzolaniques naturels ou artificiels ou les laitiers granulés de haut-fourneau : - ciment pouzzolanique (CEM IV), - ciment composé Portland (CEM II), - ciments de haut-fourneau (CEM III), - ciments composés (CEM V) correspondant à la norme européenne EN 197, - ciments hydrauliques mélangés correspondant à la norme ASTM C 595 [35]. En plus des avantages associés aux ciments à résistance plus faible mentionnés ci-dessus, la présence de pouzzolanes et/ou de laitiers améliore la performance des matériaux retraités dans un environnement agressif. Les ciments à base de laitier offrent également une plus grande résistance aux attaques de sulfates. Les ciments composites s’hydratent lentement ce qui les rend plus sensibles à l’évaporation. Si la protection (cure) n’est pas correcte, la résistance à la rupture sera moins grande qu’attendue. Ceci peut être résolu sur chantier en prenant des mesures appropriées, telles que l’application d’une émulsion bitumineuse dès la fin du compactage. Avant la pose de ce produit de cure, le matériau retraité doit rester humide. En outre, il est possible que l’émulsion doive être protégée des dégradations causées par le trafic de chantier ; pour ce faire, il faut procéder à un sablage ou un gravillonnage. AIPCR . 24 . 78.02.F - 2003

Les ciments européens spécifiés dans l’EN 197 ne doivent pas être confondus avec les ciments ASTM Portland qui portent la même dénomination reprise dans la norme ASTM C 150 [33]. Aucun ciment ASTM ne contient d’additions, tandis que seul le ciment européen CEM I présente cette caractéristique. D’autres liants particulièrement adaptés au retraitement des chaussées et à la stabilisation du sol portent le nom de « liants routiers spéciaux » et sont couverts par la norme CEN ENV 13282 [14]. Il s’agit de ciments préparés en usine, qui peuvent ne contenir qu’une faible quantité de clinker et qui sont livrés prêts à l’emploi. Ils sont plus grossiers que la plupart des ciments et montrent une prise très lente. Pour ces ciments, des durées d’ouvrabilité de plus de 10 h sont facilement atteintes. Ils sont fabriqués dans différents pays dont la France [19], l’Allemagne [27] et l’Autriche [26], [28]. Il y a eu récemment quelques développements dans les liants hydrauliques routiers : - des ciments anti-poussière, visant à réduire la pollution environnementale causée par les travaux dans les villes ou autres lieux sensibles. Différents types de ciment sont actuellement disponibles tels que des ciments nodulisés, avec ajout de teflon ou d’alcool [24] ; - des liants spéciaux ayant un effet comparable à celui d’un traitement combiné chaux/ciment sont disponibles pour le retraitement de chaussées avec un taux important d’argile [17]. 2.5.5

Ouvrabilité

L’ouvrabilité des matériaux liés au ciment est définie comme le temps disponible avant leur prise. La durée d’ouvrabilité nécessaire au compactage du matériau retraité doit être calculée à partir de la température de l’air supposée pendant les travaux. Si le compactage du matériau est réalisé durant le début de la prise, il s’en suivra une altération des propriétés mécaniques du matériau lié. Lorsque le ciment commence à s’hydrater, il lie les granulats. Les forces appliquées au matériau lors du compactage par rouleau peuvent détruire ces liaisons entre les granulats. En outre, plus le matériau devient rigide, moins il est facile à compacter. Il est donc primordial que le compactage soit terminé avant que les liaisons entre les granulats se soient formées. La notion d’ouvrabilité ne doit pas être confondue avec le temps nécessaire pour la prise du ciment. Ce dernier n’est qu’un des nombreux paramètres affectant l’ouvrabilité. Celle-ci est également influencée par les caractéristiques des matériaux, la teneur en eau ou les conditions climatiques. Par exemple, à paramètres égaux, une température de 20°C réduit la durée d’ouvrabilité de moitié par rapport à 30°C. Il existe un certain nombre de méthodes pour calculer l’ouvrabilité. La plus simple est basée sur la mesure de la diminution de la densité d’échantillons compactés après un temps d’attente croissant après mélange [8]. La durée d’ouvrabilité est définie comme la période durant laquelle la densité reste égale ou supérieure à 98 % de la densité du matériau compacté immédiatement après mélange. Une autre méthode est basée sur la réduction du temps de propagation des ultrasons dans un échantillon compacté en cours de durcissement [7]. La durée d’ouvrabilité est définie comme le temps nécessaire pour observer la chute du temps de propagation des ultrasons à 60 % de sa valeur initiale. Ces tests doivent être réalisés à une température moyenne égale à celle qui sera supposée être rencontrée sur chantier. Par ailleurs, il est important de terminer le compactage d’une bande avant que la durée d’ouvrabilité de la bande posée précédemment se soit écoulée. Ce faisant, les rouleaux de compactage ne causeront pas de dommages aux matériaux déjà posés, et il n’y aura pas de joint froid entre les deux bandes.

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Si un profilage est requis, il doit être fait avant que le compactage soit terminé. Il est également important que les derniers passages des rouleaux aient lieu avant la fin de la période d’ouvrabilité.

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2.6

PROPRIETES MECANIQUES DES MATERIAUX RETRAITES AU CIMENT

La connaissance des caractéristiques mécaniques des matériaux retraités au moyen de ciment est essentielle tant pour la formulation du mélange que pour la détermination de son épaisseur ainsi que pour le choix des couches bitumineuses de surface. Pour ce faire, il faut connaître les propriétés mécaniques du matériau retraité avant le début de la construction. Il s’agit ici d’une difficulté majeure, étant donné la relative hétérogénéité des matériaux et la difficulté d’estimer la granulométrie des matériaux retraités obtenus après fragmentation. En raison de cette hétérogénéité, les variations des différentes propriétés mécaniques des matériaux retraités au moyen de ciment sont particulièrement grandes. Des valeurs de résistance à la traction de 0,4 à 2 MPa ont été mesurées sur des carottes prélevées sur des chaussées retraitées de 1 à 2 ans d’âge. Les modules d’élasticité correspondants se situent entre 3 500 et 37 500 MPa [9]. Dès lors, certains matériaux retraités au ciment sont comparables à des fondations liées au ciment alors que d’autres sont proches d’un sable-ciment bien que dans de nombreux cas, la teneur en ciment (4,5 à 6 %) dépasse celle rencontrée classiquement dans une fondation traitée au ciment. Plusieurs facteurs peuvent contribuer à ces performances variables [5] : - une mauvaise qualité des granulats présents dans la chaussée ; - des couches granulaires polluées par de l’argile ; - une partie du matériau bitumineux fragmenté est constitué d’aggrégats de mortier bitumineux de plus faible résistance qu’un granulat de pierre ; - si des matériaux liés au ciment sont fragmentés, ils produisent des granulats partiellement enrobés de mortier de plus faible résistance qu’un granulat de pierre. En plus des grandes différences dans les matériaux à retraiter, d’autres facteurs jouent un rôle dans la dispersion des valeurs des différentes caractéristiques mécaniques : - la teneur en ciment ; - l’efficacité de la fragmentation et du malaxage du mélange ; - la densité obtenue après le compactage ; - la teneur en eau ; - l’âge du matériau retraité. D’une manière générale, les couches retraitées présentent un module d’élasticité élevé et par conséquent une grande portance. Il en résulte une importante réduction des déformations des couches de surface ainsi que des contraintes et déformations dans la sous fondation en comparaison avec la structure avant retraitement. Dans ce contexte, indiquons qu’en France des valeurs de module d’élasticité à un an d’âge variant entre 11 000 et 20 000 MPa ont été proposées pour le dimensionnement des structures routières à base de matériaux retraités au ciment [9]. Le tableau 2.6.1. illustre ces prescriptions. La lecture de ce tableau permet d’observer l’influence des propriétés des matériaux existantsen place et d’autre part celle des équipements utilisés pour les travaux. Les valeurs du tableau 2.6.1. sont indicatives. Plusieurs études en laboratoire ont démontré l’influence de la teneur en matériaux bitumineux dans le mélange fragmenté, tant sur la résistance mécanique que sur le module d’élasticité [25]. Elles montrent que lorsque la teneur en matériaux bitumineux est inférieure à 50 %, la résistance à la flexion, essentielle pour la performance de matériaux retraités au ciment, n’est pas particulièrement affectée, malgré une réduction du module d’élasticité. De tels mélanges sont moins sensibles aux fissures. Toutefois, ces résultats doivent être confirmés par des recherches.

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Tableau 2.6.1. Valeurs de module d’élasticité (à 365 jours d’âge) proposées pour le dimensionnement de structures routières à base de couches retraitées au ciment. Caractéristiques du retraitement Matériaux existants Exécution Granulats de bonne qualité Equipements (épandeuse de avec une granulométrie ciment et recycleuse) à haute homogène performance Equipements (épandeuse de Autres cas ciment et recycleuse) à haute performance Granulats de bonne qualité Autres cas avec une granulométrie homogène Autres cas Autres cas

Module d’élasticité E (MPa) 20 000 16 000 16 000 11 000

Ces résultats et l’expérience acquise en matière de retraitement de chaussées permettent de conclure que, dans la plupart des cas, le retraitement au ciment de chaussées abîmées peut être réalisé sans enlever totalement les couches bitumineuses existantes [16]. Elles peuvent être maintenues sur une épaisseur ne dépassant pas 1/3 de la profondeur retraitée [5]. La relation entre les différentes valeurs de résistance mécanique (compression, flexion et fendage) des matériaux retraités au ciment doit encore faire l’objet de mesures et d’études. Les performances en matière de fatigue des matériaux retraités au ciment peuvent être considérées comme similaires à celles du béton vibré ou des fondations liées au ciment, c’est-àdire que la courbe de fatigue représentant la relation entre la contrainte et le nombre de cycles de sollicitation présente une faible pente [1], [5]. Par conséquent, une légère hausse des contraintes dans la couche retraitée, causée par exemple par une réduction de l’épaisseur réelle, résulte en une diminution considérable du nombre d’essieux que la chaussée peut supporter. Ainsi l’épaisseur des couches retraitées au ciment ne doit pas être inférieure à 20 cm, afin de garantir que même aux endroits où cette épaisseur est accidentellement réduite, elle reste néanmoins suffisante pour éviter une fatigue prématurée du matériau. La loi de fatigue de ces matériaux se présente en général sous la forme : σ / σ0 = 1 – (1/a) · log N σ σ0 a N

: : : :

contrainte à la rupture en flexion (MPa) pour l’application de N cycles contrainte à la rupture en flexion (MPa) coefficient variant entre 12 et 16 nombre de cycles de sollicitation.

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2.7

DIMENSIONNEMENT DE CHAUSSEES RETRAITEES AU CIMENT

Le dimensionnement a pour but la détermination de l’épaisseur tant de la couche retraitée que des couches bitumineuses de surface. En général, un enrobé bitumineux à chaud est utilisé pour protéger les couches retraitées au ciment, excepté pour les routes à faible trafic (moins de 50 véhicules utilitaires par jour). Dans ces cas, il est également possible d’utiliser des mélanges bitumineux à froid ou des enduits bicouches. Le retraitement à froid en place au moyen de ciment est particulièrement indiqué lorsque la chaussée à retraiter présente d’importantes détériorations, avec de grandes déformations nécessitant une attention particulière. Il est important de souligner que le retraitement au ciment est une technique de réhabilitation totale, ce qui veut dire que le dimensionnement de la chaussée retraitée ne dépend en général pas des déformations dans la chaussée existante. Néanmoins, une évaluation sur site a son utilité pour déterminer si la chaussée existante doit être retraitée, pour la diviser éventuellement en sections homogènes et pour détecter des zones nécessitant des réparations préalables (par ex. drainage). Les couches retraitées au ciment ont une grande portance, du fait de leur module d’élasticité élevé et de leur épaisseur. De plus, dans un grand nombre de cas, la sous-fondation de la chaussée a subi un compactage supplémentaire et significatif dû au trafic. Pour cette raison, la portance du support de la couche retraitée, c’est-à-dire la sous-fondation ou les couches supérieures maintenues non traitées, ont souvent une valeur CBR supérieure à 20 %. Toutefois, en cas de doute, la portance de ce support peut être déterminée à l’aide de tests au pénétromètre dans des sondages [10], ou par des mesures de déflexion de surface. Dans l’essai au déflectomètre à boulet (Falling Weight Deflectometer), la flèche au droit du géophone le plus éloigné de la charge est généralement exclusivement dépendante des caractéristiques de la sous-fondation [2]. Ainsi, la conception de la chaussée retraitée dépendra principalement du trafic des véhicules utilitaires et des caractéristiques des matériaux obtenus après le retraitement. Ces dernières dépendent tant des caractéristiques du matériau granulaire de fondation que de l’épaisseur et la teneur en bitume de la couche bitumeuse existante. Il est important de mentionner qu’il n’est pas difficile d’obtenir, avec des matériaux retraités au ciment, une résistance similaire à celle d’un sable-ciment, et parfois même, proche de celle d’une fondation liée au ciment. Le dimensionnement de la chaussée retraitée au ciment va donc suivre la même approche que pour une nouvelle chaussée. Il existe pour cela différentes méthodes. Approche mécanistique Ici la chaussée et le support sont modélisés par un système multicouches élastique linéaire. Pour cela, il est nécessaire d’estimer le module d’élasticité ainsi que le coefficient de Poisson pour la couche de sous-fondation, les couches non retraitées éventuellement conservées et la couche retraitée. Comme indiqué plus haut, l’étendue des valeurs du module d’élasticité E des matériaux retraités au ciment est très large. Si la teneur en éléments bitumineux fragmentés est réduite (par ex. moins de 10%) et que les matériaux granulaires sont de bonne qualité, la couche de retraitement peut être assimilée à une fondation traitée au ciment et la valeur E peut être supérieure à 20 000 MPa [9]. Dans le cas de couches non liées, polluées par de l’argile, le matériau retraité est plus proche d’un sable-ciment et les valeurs devraient se situer entre 6 000 et 10 000 MPa après retraitement. Quant au coefficient de Poisson, il habituellement pris égal à 0,25 [11].

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Coefficients structurels Une approche différente consiste à affecter un coefficient structurel à la couche retraitée, pour ensuite appliquer une méthode de calcul basée sur ce concept, par ex. la méthode AASHTO [2]. Au Japon [30], par exemple, un coefficient de 0,5 est recommandé pour les matériaux présentant une résistance à la compression à 7 jours de 2,5 MPa minimum. Cette valeur est légèrement inférieure à celle de 0,55 utilisée pour les fondations traitées au ciment, pour lesquelles la spécification de la résistance à la compression à 7 jours est plus élevée (3,0 MPa). Catalogues Enfin, dans différents pays (par ex. l’Espagne [11], le Royaume-Uni [12], l’Australie [4]), des méthodes de dimensionnement basées sur des catalogues de profils de chaussées ou sur des abaques, sont publiées. En Espagne, les données reprises dans le tableau 2.2 ont été proposées pour les chaussées retraitées au ciment, en supposant pour la couche retraitée au ciment une résistance à la compression à 7 jours de 2,5 MPa. Ces profils ont été calculés pour une charge maximale de l’essieu isolé de 130 kN. Tableau 2.2. Dimensionnement recommandé en Espagne de chaussées avec des couches retraitées au ciment (résistance en compression minimale à 7 jours : 2,5 MPa) Trafic poids lourds moyen journalier*

Couche retraitée au ciment (cm)

Revêtement bitumineux (cm) 15 800 - 2000 35 12 400 - 800 35 12 200 - 400 30 12 100 - 200 25 10 50 - 100 25 8 25 - 50 22 5 12 - 25 20 Enduit superficiel double< 12 20 couche * Sur la voie dimensionnée la première année de la mise en service

Quelle que soit la méthode choisie, elle doit être appliquée avec le plus grand soin, en tenant compte de la composition précise du trafic (charge par essieu), des caractéristiques des matériaux trouvés dans la chaussée à retraiter ainsi que des conditions climatiques locales. Rappelons que l’épaisseur de la couche retraitée au ciment ne peut pas être inférieure à 20 cm, afin de garantir que même aux endroits où cette épaisseur est accidentellement réduite, elle reste néanmoins suffisante pour éviter une fatigue prématurée du matériau. Inversement, il n’est pas recommandé de concevoir des couches retraitées au ciment ayant une épaisseur supérieure à 35 cm. Cette limite est imposée tant par les engins de recyclage disponibles actuellement que par les engins de compactage. Si ces limites sont respectées, il est possible d’affirmer qu’en principe il n’y a aucun problème quant à l’utilisation de couches retraitées au moyen de ciment pour des routes à fort trafic lorsqu’elles sont recouvertes par un mélange bitumineux ayant une épaisseur adaptée. Il ne faut pas oublier que le résultat d’un retraitement au ciment est comparable à celui du sable-ciment ou des fondations traitées au ciment, qui sont utilisés pour toutes les catégories de trafic. Ceci est confirmé par les résultats obtenus pour les routes à fort trafic de véhicules utilitaires. Lorsque les caractéristiques de la chaussée existante sont telles qu’il n’y a pas assez de matériaux pour obtenir l’épaisseur retraitée requise, d’autres options peuvent être envisagées : − l’épandage de matériaux granulaires additionnels sur la chaussée existante jusqu‘à l’obtention de l’épaisseur requise ; AIPCR .

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− l’augmentation de l’épaisseur de la couche bitumineuse de surface (Figures 2.6 et 2.7) ; − la combinaison de ces deux méthodes.

Figure 2.6. Matériau granulaire répandu sur la chaussée existante pour corriger la granulométrie

Figure 2.7. Matériau granulaire répandu sur la chaussée existante pour obtenir l’épaisseur requise à retraiter

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2.8 2.8.1

MACHINES POUR LE RETRAITEMENT Introduction

Le processus de retraitement au ciment et en place d’une chaussée existante peut être subdivisé en deux étapes : − la fragmentation de la ou des couches de la chaussée à la profondeur requise, et le mélange des matériaux fragmentés avec des matériaux d’apport tels que le ciment et l’eau ; − le compactage, y inclus le profilage, du matériau retraité au ciment et l’application, si nécessaire, d’une émulsion bitumineuse faisant office de couche de cure. La méthode appliquée peut être très différente lorsqu’il s’agit du retraitement de routes à faible trafic ayant une épaisseur à retraiter d’ordinaire réduite ou de routes à moyen et fort trafic. Pour ces derniers types de routes, la chaussée est généralement fraisée et le matériau mélangé au ciment et à l’eau grâce à une machine de recyclage spécifique et hautement performante. Pour le retraitement de routes à faible trafic, des machines d’origines différentes (y compris des équipements agricoles) peuvent être utilisées pour des étapes précises. Les engins de recyclage peuvent aussi être utilisés pour le retraitement de routes à faible trafic, en particulier lorsque l’envergure des travaux est considérable, ce qui permet une opération rapide et très performante. Après le mélange des matériaux fractionnés avec du ciment et de l’eau, les étapes individuelles ne sont pas différentes de celles pour les fondations liées au ciment ou la stabilisation des sols. Il n’existe que peu de différence entre les machines utilisées sur les grands ou petits chantiers, bien que le matériel de compactage puisse varier en fonction de la profondeur du traitement. Les tableaux 2.3 et 2.4 reprennent les différentes étapes ainsi que les machines requises pour le retraitement au ciment de routes à faible ou grand trafic.

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Tableau 2.3. Opérations et engins pour le retraitement de routes à faible trafic Opérations Scarification de la chaussée (1)

Objectif Fragmentation de la chaussée existante

-

Elimination d’éléments de grande dimension Nivellement Ajout de granulats d’apport (si nécessaire)

Humidification(2)

Epandage de liant

Elimination d’éléments de plus de 80 mm: - par concassage - par enlèvement Distribution du matériau fragmenté - Amélioration de la granulométrie du matériau à retraiter - Reprofilage transversal - Augmentation de l’épaisseur de la surface traitée Obtention de la teneur en eau optimale en accord avec le test teneur en eau-densité (essai Proctor) Introduction du liant en proportion avec les exigences du site et la profondeur des travaux

-

-

Mélange homogène du matériau de la chaussée fragmentée avec le liant, l’eau et les matériaux d’apport Profilage Elimination du surplus de matériau afin d’obtenir le niveau fini Sciage de joints transversaux Prévention des remontées de fissures Compactage Obtention de la densité requise Couche de cure et de - Cure de la surface protection retraitée - Protection de la couche appliquée (1)

Epandeuse de granulats Finisseuse de mélange bitumineux Niveleuse automotrice

-

Réservoir d’eau avec rampe d’épandage Réservoir d’eau relié à la fraiseuse Malaxeur Epandage manuel (grille avec sacs de ciment) Epandeuse de liant (le ciment en poudre est répandu devant l’unité de mélange) Malaxeur (le ciment et l’eau sont mélangés et introduits comme coulis dans la recycleuse) Charrue rotative Mélangeur avec rotor de mélange horizontal Recycleuse

-

Niveleuse

-

Equipement automoteur Equipement manuel Rouleau vibrant

-

Réservoir d’eau Epandeuse d’émulsion(3) Gravillonneuse ou sableuse + Rouleau à pneu

-

-

Mélange

Types d’engins Chargeur frontal avec dent défonceuse (ripper) Bulldozer avec dent défonceuse Fraiseuse Unité de broyage fixe ou mobile Travail manuel Matériel agricole Niveleuse automotrice

-

Lorsqu’une recycleuse est utilisée, il n’est pas nécessaire d’éliminer les éléments de grande dimension, cette étape ayant lieu après la distribution du liant (ou en même temps) (2) Si le matériau fractionné est trop humide, il faut lui donner le temps de sécher avant d’y incorporer le liant ou tout autre matériau d’apport (3) Lorsque le temps est chaud et sec, un réservoir d’eau disponible en permanence doit être prévu afin d’humidifier la surface avant d’y apposer la couche de cure.

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Tableau 2.4. Opérations et engins pour le retraitement de routes à moyen et grand trafic Opérations Ajout de granulats d’apport (si nécessaire)

Humidification (1)

Distribution de liant

Objectif Amélioration de la granulométrie de la couche à retraiter - Reprofilage transversal - Augmentation de l’épaisseur de la surface traitée Obtention de la teneur en eau optimale en accord avec le test teneur en eau-densité (essai Proctor) -

Introduction d’un liant en proportion avec les exigences du site et la profondeur des travaux

-

-

Fragmentation de la chaussée (2) Mélange

Type d’engins Epandeuse de granulats Finisseuse de mélange bitumineux Niveleuse automotrice

Réservoir d’eau avec rampe d’épandage Réservoir d’eau relié à la fraiseuse Epandeuse d’émulsion Epandeuse de liant (le ciment en poudre est répandu devant l’unité de mélange) Malaxeur (le ciment et l’eau sont mélangés et introduits comme coulis dans la recycleuse) Recycleuse

Fragmentation de la chaussée existante Mélange homogène du - Recycleuse matériau de la chaussée fragmentée avec le liant, l’eau et les matériaux d’apport Sciage de joints Prévention des remontées - Equipement automoteur transversaux de fissures - Equipement manuel Compactage initial Obtention de 90 – 92 % de - Rouleau vibrant la densité de référence Reprofilage - Elimination du surplus de - Niveleuse matériau afin d’obtenir le niveau fini - Amélioration de la planéité de la chaussée Compactage final Obtention de la densité - Rouleau vibrant + requise Rouleau à pneu (3) Couche de cure et de - Cure de la surface - Epandeuse d’émulsion(4) protection retraitée - Gravillonneuse ou sableuse + - Protection de la couche Rouleau à pneu appliquée (1) Si le matériau fractionné est trop humide, il faut lui donner le temps de sécher avant d’y incorporer le liant ou tout autre matériau d’apport. (2) Lorsque les couches de la chaussée à retraiter contiennent des éléments ayant une dimension supérieure à 80 mm, ils doivent être concassés ou enlevés. (3) Ou deux rouleaux vibrants. (4) Lorsque le temps est chaud et sec, un réservoir d’eau disponible en permanence doit être prévu afin d’humidifier la surface avant d’y apposer la couche de cure.

2.8.2

Description des machines

Introduction Chaque machine utilisée dans le processus de retraitement a une influence sur la qualité finale du produit retraité, les plus importantes étant : - épandeuse de ciment et malaxeurs de coulis de ciment, - recycleuse, AIPCR .

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- machines pour joints frais, - rouleaux. Le chapitre qui suit contient de brèves descriptions de ces machines [23], en mettant l’accent sur les caractéristiques ayant une influence particulière sur les travaux de retraitement. Epandeuses de ciment Dans les pays disposant de main d’œuvre bon marché, il est courant de placer des sacs de ciment suivant une grille de répartition, plutôt que de distribuer ce liant de façon mécanisée. Lorsque la surface de la route est soigneusement quadrillée, une précision d’épandage remarquable peut être atteinte [18]. Toutefois, cette méthode doit être limitée aux projets de petite envergure. La méthode la plus utilisée consiste à ajouter le liant de façon mécanique à l’aide d’un des deux types de machines actuellement disponibles : - des épandeuses de grande capacité épandant le liant sous forme pulvérulente (Figure 2.8) ; - des machines mélangeant le ciment et l’eau afin d’obtenir un coulis qui est ensuite pompé dans la recycleuse (Figure 2.9).

Figure 2.8. Epandeur de ciment en poudre

Figure 2.9. Mélangeur de coulis AIPCR .

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Les machines distribuant le liant à l’état de poudre sont en règle générale des camions équipés d’un silo ou d’un réservoir avec trémie et trappe contrôlée. La distribution peut être dépendante ou indépendante de la vitesse d’avancement du véhicule. La distribution peut se faire sur une base pondérale ou volumétrique, le premier mode étant recommandé en raison d’une plus grande précision. Les outils de distribution doivent être équipés de plaques afin de réduire l’émission de poussières. Sur les caractéristiques de ces machines, à noter : - la capacité de stockage du liant : entre 8 et 30 m3 ; - la largeur d’épandage : entre 2,2 m et 2,9 m (ajustable pour des largeurs plus faibles). Certaines recycleuses disposent d’un distributeur intégré qui amène la poudre de ciment directement dans les chambres de fractionnement et de malaxage. Les machines utilisées pour le mélange du ciment et de l’eau produisant un coulis, disposent d’un réservoir de ciment, d’eau et un malaxeur de liquide à haute performance ainsi que d’une pompe à eau, une trémie de pesage du ciment et des pompes pour délivrer la pâte à la recycleuse. Elles sont capables de doser le coulis en fonction du poids du matériau retraité, de la vitesse de la recycleuse, de la teneur en ciment ainsi que de la profondeur et de la largeur des travaux. Elles sont également équipées d’un autre système pour l’ajout d’eau dans la recycleuse à l’aide d’une seconde rampe d’épandage en vue de maintenir la teneur en eau au niveau requis. Les avantages d’un malaxeur de liquide sont : - l’indépendance par rapport aux conditions climatiques telles que le vent et la pluie ; - la précision des quantités de ciment et d’eau contrôlées par micro-processeur ; - un mélange efficace avec le matériau fragmenté, parce que le coulis se mélange plus facilement au matériau fragmenté que la poudre ; - un fonctionnement continu, étant donné que le ciment et l’eau peuvent être introduits dans le réservoir du malaxeur de liquide pendant l’avancement du chantier ; - l’absence de poussière gênant le trafic pendant les travaux ; - le respect de l’environnement : pas de poussières qui détériorent la végétation ou les bâtiments environnants ; - une diminution des temps morts pour les véhicules de distribution du ciment, grâce à leur trémie d’une capacité similaire à celui d’un camion. Toutefois, l’application de coulis peut causer des problèmes lorsque la teneur en eau du matériau à retraiter est presque la même que la teneur en eau nécessaire au compactage. Dans ce cas de figure, il convient d’aérer au préalable le mélange fragmenté pour le sécher. En outre, la vitesse de la machine doit être soigneusement contrôlée. En cas de décélération, il est important d’éviter la sédimentation et le colmatage. Pour finir, l’utilisation d’un malaxeur peut engendrer des coûts plus élevés pour de petits travaux en raison des prix élevés de l’équipement. Recycleurs Les charrues rotatives et autres machines initialement conçues pour des travaux agricoles sont à utiliser uniquement pour des routes à faible trafic. Exceptées ces machines agricoles, les engins de retraitement peuvent être divisés en différents types comme décrit ci-dessous. En règle générale, tous peuvent être utilisés indépendamment du type de route, même si la chaussée est partiellement composée de couches de mélanges bitumineux ou d’autres matériaux liés. Généralités Les machines utilisées pour le retraitement en place ont été développées à l’origine pour les travaux de stabilisation des sols (Figure 2.10). La partie principale de ces machines est constituée d’un tambour rotatif (Figure 2.11) pour fragmenter et mélanger, avec un nombre de dents de découpe variable en fonction du constructeur. Le tambour est placé dans l’enceinte formant la chambre de malaxage. Pendant la rotation, il fragmente la chaussée et mélange les particules ainsi obtenues au ciment et à l’eau. D’ordinaire, la fragmentation du matériau est faite par AIPCR .

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soulèvement c’est-à-dire, en envoyant le matériau arraché vers l’avant de l’enceinte de malaxage. Une fragmentation vers le sol produit moins de gros granulats, mais sa progression est plus lente.

Figure 2.10. Machine pour le retraitement en place développée au départ pour la stabilisation des sols Durant la fragmentation, la plupart des modèles permettent le transfert de l’eau et du ciment depuis un réservoir à travers un tuyau flexible vers le tambour. Ce transfert est contrôlé par un système de pompes. Enfin, le mélange est éjecté par la porte arrière de la machine. La différence principale avec une stabilisation de sol se situe au niveau du tambour de fragmentation. Les engins de retraitement disposent d’un nombre relativement élevé de dents en carbure de tungstène (Figure 2.11). Leur nombre varie en fonction du constructeur. Elles sont placées de façon hélicoïdale afin d’obtenir une meilleure homogénéité pendant le processus de fragmentation et de mélange. Par contre, les tambours des engins de stabilisation de sol, disposent d’outils droits ou en forme de L, et d’un nombre de dents égal à la moitié ou au tiers de celui des tambours d’engins de retraitement. Toutefois, certains constructeurs produisent des machines qui conviennent aux deux applications et utilisent le même nombre de tambours et de dents.

Figure 2.11. Rotor de recycleur

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Il existe une large gamme de machines disposant d’une puissance de 300 à 1200 ch. et permettant des largeurs traitées de 2,0 m à 4,5 m et des profondeurs de retraitement atteignant 40 cm. Quelques options peuvent aussi être présentes sur ces engins : - une barre de fractionnement pour le matériau concassé, intégrée dans le compartiment du tambour de fragmentation. La distance entre cette barre et le tambour peut être ajustée afin de modifier la taille des matériaux concassés ; - un compartiment de tambour réglable en hauteur ce qui permet, si nécessaire, de modifier le volume de cette « chambre de mélange » en fonction de la profondeur de retraitement ; - un contrôle électronique de la profondeur de retraitement ; - la possibilité d’incliner le tambour de fractionnement en fonction du dévers souhaité ; - l’ajout d’eau et de ciment contrôlé par micro-processeur ; - le contrôle de la puissance de l’engin afin d’ajuster sa vitesse pour l’obtention d’un rendement optimum. Machines dérivées de raboteuses routières Il s’agit d’engins de retraitement développés à partir de raboteuses (Figure 2.12), qui permettent en plus de la fragmentation du matériau, le mélange des particules pulvérisées avec de l’eau et du ciment. Le tambour est placé dans un compartiment situé au centre de la machine. Une poutre placée à l’avant de ce compartiment de mélange, empêche les gros fragments de pénétrer dans la raboteuse. Ceci est particulièrement utile lorsque le revêtement bitumineux est très vieux et fort fissuré. Le compartiment de mélange est équipé de rampes d’épandage permettant d’injecter deux liants différents, par exemple une combinaison de ciment et d’une émulsion bitumineuse. Le matériau mélangé quitte le compartiment en formant un cordon. A l’arrière de la machine, un doseur réglable en hauteur répand le matériau devant une poutre télescopique vibrante qui précompacte le matériau. Pour le retraitement au moyen de ciment, il existe des machines d’une puissance d’environ 600 ch., d’une largeur de concassage de 2 m et d’une profondeur de retraitement de maximum 40 cm.

Figure 2.12. Recycleur dérivé d’une raboteuse Ces machines sont équipées d’outils de contrôle divers et incluent : - un contrôle électronique de la profondeur de retraitement ; - l’ajout d’eau et de ciment contrôlé par micro-processeur ; - le contrôle de la vitesse en fonction de la résistance rencontrée par la machine (qui augmente avec la profondeur de défonçage) ; - la possibilité d’une inclinaison latérale du tambour de fragmentation ainsi que de la poutre vibrante de précompactage. AIPCR .

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Machines avec des tambours distincts pour la fragmentation et le mélange Dans les engins décrits aux paragraphes précédents, la fragmentation et le mélange sont réalisés par un seul tambour. Il existe, par ailleurs, une machine française (Figure 2.13), spécialement développée pour le retraitement, qui accompli le défonçage de la chaussée et le mélange avec de l’eau en deux étapes séparées. La fragmentation est réalisée par un tambour équipé de dents en carbure de tungstène, alors que le mélange s’opère grâce à un tambour muni des pales. Le matériau mélangé est distribué par une trappe localisée à l’arrière de la machine. La machine a une largeur de travail de 2 m, une puissance de 750 ch. et une profondeur de retraitement de maximum 33 cm.

Figure 2.13. Recycleur avec des tambours de fraisage et de mélange

Fraiseuse/concasseurs Il existe également des machines équipées d’une unité de concassage en plus d’un tambour de fragmentation. Le concasseur réduit la taille du matériau fragmenté à moins de 50 mm avant qu’il ne soit mélangé dans un malaxeur à double arbre. Autres développements D’autres machines ont été développées pour des applications nécessitant un rendement supérieur. Elles sont équipées d’un mélangeur (Figure 2.14) pour le matériau préalablement fragmenté par un autre équipement (par ex. un engin de retraitement tel que décrit ci-dessus). Ces machines offrent une largeur de travail entre 3 m et 4,75 m (avec une extension possible à 5,75 m), disposent d’un réservoir d’eau ou d’émulsion (suivant le retraitement), d’un silo pour le ciment et d’une trémie pour correcteur granulaire. Deux arbres longitudinaux tournant en sens contraires assurent le mélange et une vis distribue le matériau traité. La mise en œuvre est complétée par une table avec un fort pouvoir de compactage.

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Figure 2.14. Recycleur de matériau précédemment fraisé Pour toutes ces machines, ce sont les dents du tambour de fragmentation qui subissent la plus grande usure. D’ordinaire, il est nécessaire de changer la plupart d’entre elles au cours d’une journée de travail. Pour cette raison, les dents sont fixées dans un porte-outil de façon à pouvoir être facilement enlevées sans devoir les découper. Matériel pour la réalisation de joints dans le matériau frais Pour minimiser les remontées de fissures de retrait au travers des couches bitumineuses supérieures, la solution la plus efficace est la préfissuration des couches retraitées au ciment. Celle-ci est créée à l’aide d’entailles pratiquées dans le matériau frais à distance rapprochée (2 à 3,5 m). Cette solution s’applique également aux revêtements semi-rigides pour des routes à moyen et grand volume de trafic. Il existe plusieurs méthodes pour créer ces joints (Figure 2.15), suivant la profondeur de l’entaille réalisée dans le matériau frais : - pour une profondeur jusqu’à 1/3 de la couche retraitée, par : - une plaque vibrante avec une lame triangulaire ; - un rouleau vibrant avec une lame annulaire soudée dessus ; - un rouleau vibrant avec un disque coupant monté sur le flanc. En règle générale, ces outils sont commandés manuellement, bien que dans certains cas la plaque vibrante puisse-être fixée sur le bras d’une excavatrice. -

sur l’épaisseur totale de la couche (ou presque) : les entailles sont créées au moyen d’équipements propulsés mécaniquement. Pendant le processus de coupe, ces joints reçoivent un traitement afin d’empêcher les faces de se recoller : - en injectant une émulsion ; - en insérant un ruban flexible en plastique ; - en insérant un profilé en plastique ondulé (joint actif).

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Figure 2.15. Systèmes pour créer des joints dans le matériau frais Rouleaux Comme il est essentiel pour les travaux de retraitement (comme pour la réalisation de toutes couches liées au ciment) d’obtenir une densité élevée, et tout particulièrement dans la partie inférieure de cette couche retraitée, il faut pouvoir disposer sur chantier de moyens de compactage puissants. Un compactage convenable est fondamental vis-à-vis du comportement en fatigue ; il peut être assuré par des rouleaux vibrants, des rouleaux à pneus ou des rouleaux combinés. Les rouleaux vibrants lisses sont les plus utilisés en raison de leur polyvalence et de leur efficacité. Ils peuvent être traînés ou automoteurs. Ils existent en différentes configurations, bien qu’il y ait deux systèmes de base : - des rouleaux métalliques lisses avec un ou deux tambours vibrants ; - des rouleaux mixtes comportant un essieu pneumatique moteur et un essieu composé d’un tambour vibrant lisse. Les deux essieux sont reliés par une articulation. Le rouleau est caractérisé par sa charge linéaire statique exprimée en N/cm. Il existe un lien direct entre cette charge et l’épaisseur de matériau que l’on peut compacter correctement. Les différents types de rouleaux sont décrits dans le tableau 2.5 en reprenant leur charge linéaire et l’épaisseur de matériau qu’ils peuvent compacter. Tableau 2.5. Classification des rouleaux lisses vibrants Type de rouleau vibrant Léger Moyen Lourd

Masse statique par cm de rouleau vibrant (N) 100 – 200 200 – 400 > 400 AIPCR .

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Epaisseur convenable de la couche (cm) 10 – 15 cm 15 – 25 cm 25 – 40 cm

Plus le matériau à compacter est propre et sans fines argileuses, plus la vibration est efficace, et plus l’épaisseur de la couche retraitée peut être grande (voir tableau 2.5). A la lecture de ce tableau et sachant qu’une couche retraitée ne doit pas être inférieure à 20 cm, il apparaît clairement que pour compacter une couche retraitée au ciment il faut uniquement utiliser des rouleaux vibrant ayant une masse statique d’au moins de 400 N/cm. L’utilisation de rouleaux vibrants lourds à tambour lisse, provoque souvent un mauvais compactage de la partie supérieure de la couche. Ceci se manifeste par l’apparition de fines fissures horizontales. La méthode la plus efficace pour corriger ce manque de compactage est l’utilisation d’un rouleau à pneus traîné ou automoteur. Les rouleaux traînés sont généralement lourds (30 à 100 t), possèdent une ou deux rangées de pneus et sont difficiles à manœuvrer. Les rouleaux automoteurs, quant à eux, sont bien plus faciles à manœuvrer, et peuvent être utilisés pour des compactages sur différents types de voiries. Leur masse statique varie d’ordinaire entre 10 à 40 t, et leurs pneus (au nombre de 7 ou 9) sont configurés de telle façon qu’ils couvrent la largeur totale de la surface de compactage. Le poids par pneu constitue le facteur le plus important pour le compactage en profondeur. A la lumière de ce paramètre, les rouleaux à pneus sont divisés en trois types : léger (< 4 t/pneu), moyen (3 à 6 t/pneu) et lourd (> 6 t/pneu). Les pneus exercent une pression verticale accompagnée d’un léger cisaillement de sorte que les fines particules peuvent remplir les interstices entre les particules plus grosses. La pression des pneus est un autre aspect important. EIle peut être modifiée avec un compresseur. Pour des travaux de retraitement, les rouleaux à pneus doivent avoir une charge par roue d’au moins 3 t et une pression des pneus d’au moins 0,7 MPa. Il est recommandé de prévoir une planche d’essai sur tous les chantiers afin de définir correctement la méthodologie de compactage, c’est-à-dire, le type de rouleaux et le nombre minimal de passages. Cette section permettra également d’évaluer l’influence de la teneur en eau, d’apprécier la nécessité d’utiliser un retardateur de prise, de tester la méthode pour la pose de joints frais, etc.

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2.9

EXECUTION DES TRAVAUX

2.9.1. Procédure de retraitement Le retraitement peut être résumé de la façon suivante : - la préparation de la surface (nettoyage afin d’éliminer tous les matériaux potentiellement néfastes tels que l’argile et les matières organiques) ; - si nécessaire, la correction du profil par fragmentation, réglage ou addition de nouveaux matériaux ; - l’épandage du ciment ; - la fragmentation de la chaussée à la profondeur requise ; - l’ajout d’eau ; - le mélange du ciment ; - la réalisation de joints (préfissuration) ; - le compactage initial ; - le profilage ; - le compactage final ; - la pose d’une couche de cure et de protection ; - la pose du revêtement bitumineux. En fonction du matériel utilisé, certaines de ces opérations peuvent être réalisées simultanément, et par ailleurs, l’ordre des opérations peut être modifié par rapport à l’énumération ci-dessus. Lorsqu’il est prévu d’élargir la route en même temps que son retraitement, il faudra faire des tranchées à la profondeur requise et ceci d’un ou des deux côtés de la route. La coupe faite au bord de la route existante doit être verticale, et si possible, doit atteindre les couches non polluées. Le fond de coffre doit être réalisé avec le plus grand soin, ensuite compacté et rempli de matériaux granulaires (Figure 2.16). Cette opération devrait permettre de réaliser une couche aussi homogène que possible de façon transversale, sans variation de la teneur en ciment dans les sections traitées, y compris celles prévues pour l’élargissement. Dans le cas où l’utilisation des matériaux granulaires ne serait pas possible économiquement, l’option du sable-ciment mélangé en usine peut être envisagée. Si un prétraitement à la chaux est nécessaire afin de réduire la teneur en eau ou la plasticité des matériaux cohésifs, les matériaux traités à la chaux doivent être compactés et mis en oeuvre au moins une journée avant l’ajout du ciment.

Figure 2.16. Elargissement d’une chaussée existante avec un matériau granulaire préalablement au retraitement AIPCR .

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2.9.2 Exécution des travaux Introduction Le retraitement des chaussées nécessite un planning détaillé : - en fonction de l’équipement disponible, du liant à utiliser et des conditions climatiques sur chantier, le nombre de passes (Figure 2.17) requises en vue d’atteindre la largeur complète doit être défini. La longueur de cette passe doit aussi être fixée ; pour cela il faut veiller à n’avoir que des joints latéraux frais entre passes voisines. En général, cette passe ne peut pas dépasser les 500 m de long. Parfois, lorsque les travaux le nécessitent, deux engins de retraitement sont utilisés en tandem (Figure 2.18) ; - toutes les opérations auxiliaires pouvant mener à l’arrêt du processus de retraitement, y compris le chargement du ciment dans la fraiseuse, le remplacement de dents, etc., doivent être identifiées ; - la gestion du trafic peut avoir un impact majeur sur l’organisation des travaux. Il est envisageable de complètement fermer la route au trafic si des routes alternatives existent. Toutefois, le retraitement est d’ordinaire fait par demi largeurs, sous la condition que la circulation soit soigneusement maîtrisée afin d’éviter les perturbations et les interruptions. Comme pour tous les travaux avec des matériaux traités au ciment, il existe des précautions générales à prendre : - la durée d’ouvrabilité est considérablement réduite par temps chaud. Il peut s’avérer nécessaire d’utiliser un retardateur de prise afin de garder le matériau le plus longtemps possible maniable ; - ne pas retraiter à des températures très basses (par ex. lorsque des températures inférieures à 5°C sont prévues, les travaux doivent être interrompus) ; - interrompre les travaux en cas de forte pluie ; - assurer une bonne cure de la surface de la couche retraitée. Les étapes esquissées dans la section 2.9.1. sont décrites en détail ci-dessous.

Figure 2.17. Plusieurs bandes sont souvent nécessaires pour retraiter une chaussée

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Figure 2.18. Utilisation de deux recycleurs en tandem pour accroître le rendement Application du liant En fonction de la méthode utilisée, le ciment est appliqué avant ou pendant la fragmentation de la chaussée. Dans ce dernier cas de figure, le ciment est ajouté sous forme de coulis. D’ordinaire, le ciment est répandu mécaniquement. L’épandage manuel des sacs de ciment préalablement posés sur une grille de partition n’est envisageable que lorsque la main d’œuvre est bon marché et facile à recruter. Cette méthode doit être limitée aux routes à faible trafic. Lorsque le ciment est répandu mécaniquement sous forme de poudre, le dosage pondéral du ciment tiendra compte de la vitesse d’avancement de la machine. Le ciment doit être répandu le plus uniformément possible sur la surface à retraiter. Afin de minimiser les pertes de ciment suite au vent et de réduire l’inconfort qu’il en résulte pour les ouvriers, il est important de synchroniser l’équipement d’épandage de ciment et l’équipement de mélange afin de réduire au maximum la distance qui les sépare. La plupart des problèmes décrits ci-dessus peuvent être évités grâce à l’utilisation d’un malaxeur pour coulis de ciment. Comme décrit précédemment, des machines à grande capacité ayant un débit de 1000 l/min sont disponibles. Elles offrent une efficacité accrue sur les grands chantiers ou lors de l’utilisation de grands volumes de ciment. Ces machines à grande capacité permettent également d’accroître la vitesse de retraitement en tant que tel, puisque l’interruption du travail pour le chargement du ciment est moins fréquente. Le déchargement du silo d’un camion peut nécessiter environ une demi-heure, ce qui équivaut approximativement à trois heures sur une journée de travail (six silos de 20 t chacun). Dans le cadre de travaux de stabilisation, ce problème est résolu au moyen d’un silo mobile ou d’un camion-citerne à deux moteurs permettant au véhicule d’avancer tout en déchargeant le ciment. Toutefois, il est généralement difficile de les utiliser pour des travaux de retraitement, parce qu’il est souhaitable de réserver une des bandes pour le trafic. Fragmentation et mélange En vue de garantir l’uniformité des matériaux retraités ainsi qu’une profondeur de mélange constante, il est nécessaire d’utiliser un engin de retraitement suffisamment puissant. En outre, la machine doit avancer régulièrement à une vitesse suffisamment réduite pour répandre un mélange homogène sans diminuer le rendement. AIPCR .

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Le retraitement est d’ordinaire réalisé par bandes qui généralement se chevauchent d’environ 20 cm afin d’éviter la présence de matériaux non mélangés sur les bords. Toutefois, il est important d’éviter les surdosages de ciment dans ces zones de recouvrement. La teneur en eau doit être soigneusement contrôlée. En cas de besoin, de l’eau doit être ajoutée à l’humidité naturelle du matériau afin d’obtenir la teneur en eau optimale, telle que définie, entre autres, par l’essai Proctor Modifié ou AASHTO. Lorsque l’humidité naturelle est plus importante que la valeur optimale, le matériau doit être aéré pour séchage avant l’ajout du ciment. La procédure la plus commune consiste à utiliser un engin de retraitement pour défoncer la chaussée existante et mélanger le matériau qui en résulte avec du ciment et de l’eau. Comme mentionné précédemment, il existe des unités de mélange mobiles qui requièrent une scarification préalable de la chaussée, et qui ont une envergure de travail pouvant atteindre 5,75 m. Ceci réduit le risque de joints longitudinaux froids. Ceux-ci peuvent également être évités en transférant le matériau concassé et mélangé de la fraiseuse au moyen d’un tapis roulant ou d’un élévateur à godets vers une répandeuse. Comme mentionné précédemment, les dents du tambour de fractionnement sont sujettes à une importante usure, et la plupart d’entre elles doivent être remplacées dans le courant de la journée de travail (Figure 2.19). Bien sûr, le degré de l’usure dépend du matériau à fragmenter [11] : - pour les chaussées contenant des granulats de pierre calcaire ou de silico-calcaire (avec une teneur en calcaire supérieure à 60 %), le remplacement des dents du tambour de fragmentation est d’ordinaire requis une fois par jour ; - pour les chaussées contenant des matériaux plus durs et abrasifs, telles que des granulats siliceux, il peut s’avérer nécessaire de changer les dents deux fois par jour (par ex. à midi et en soirée) ou, dans certains cas, toutes les deux heures. Pour les chaussées contenant des matériaux particulièrement abrasifs, toutes les dents sont d’ordinaire changées à chaque bris d’une dent. Pour un tambour de fragmentation avec 150-200 dents, ceci correspond à un remplacement quotidien de 300, 400 voire 500 dents.

Figure 2.19. Remplacement des dents Exécution des joints Les chaussées retraitées au ciment se comportent comme des revêtements semi-rigides conventionnels, développant des fissures transversales dues aux effets combinés du retrait, de la charge du trafic et des gradients thermiques.

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D’ordinaire, la teneur en ciment d’une couche retraitée est ajustée en vue d’obtenir des valeurs de résistance similaires à celles du sable-ciment ou des fondations traitées au ciment. Ce type de matériau présente normalement des fissures de retrait précoce et à espacements courts. Toutefois, l’hétérogénéité de la chaussée existante peut occasionner des variations de résistance qui peuvent être prononcées. Vu cette hétérogénéité, la forte épaisseur des couches retraitées et la faible épaisseur des couches bitumineuse de surface, des fissures de retrait plus larges peuvent apparaître avec un intervalle plus important (plus de 6 m) et remonter en surface au travers de l’asphalte. Ces fissures ne sont généralement pas importantes lorsqu’il s’agit de routes secondaires. Par contre elles peuvent occasionner des problèmes lorsque le trafic est plus dense : par ex. une fatigue accélérée de la chaussée due à la perte de continuité à hauteur des fissures, une détérioration des fissures en raison d’un trafic ininterrompu, l’infiltration d’eau dans les couches inférieures, etc. Pour contrer ces problèmes, il est impératif d‘empêcher ces fissures d’apparaître dans la couche de surface, à l’instar des revêtements semi-rigides supportant un grand volume de trafic. L’expérience accumulée depuis de nombreuses années montre que la manière la plus efficace de minimiser les remontées de fissures de retrait consiste en la réduction de l’intervalle entre elles. La tendance actuelle est donc de préfissurer la couche retraitée au ciment à intervalles réduits (2,5 à 3,5 m ) en créant des discontinuités dans le matériau frais avant le compactage final (Figure 2.20).

Figure 2.20. Joints réalisés avec un faible espacement dans le matériau frais avant compactage Création de joints Comme mentionné précédemment, il existe actuellement plusieurs méthodes pour la création de joints frais, qui sont à préférer aux joints sciés dans le matériau durci. Ces derniers ont plusieurs inconvénients. Le premier est purement financier : les joints frais sont moins chers. De plus, en raison de la faible résistance des matériaux retraités dans les premières heures, il est nécessaire d’attendre un certain temps avant de pouvoir scier les joints, ceci afin d’éviter l’effritement des bords des joints. Mais, durant cette période d’attente, une fissuration incontrôlée est possible. La préfissuration au moyen de joints créés dans le matériau frais tous les 2.5 à 3.5 m est meilleur marché, plus facile à faire et plus efficace que des joints sciés. Les joints frais sont donc recommandés en toutes circonstances, et leur utilisation est à retenir pour toutes les routes à moyen et grand trafic, tout en sachant que le volume de trafic minimum qui rend la préfissuration obligatoire n’a pas encore été établi.

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Les joints sont faits dès que le matériau retraité a été nivelé, soit à la nivelleuse soit par le passage d’un rouleau sans vibration, mais avant que le compactage n’ait atteint un degré trop important. La réalisation d’entailles ayant une profondeur variant entre un tiers et un quart de l’épaisseur du matériau compacté a, en règle générale, donné de bons résultats pour les fondations traitées au ciment, les bétons compactées au rouleau, ainsi que pour les chaussées retraitées au ciment. Toutefois, il n’est pas assuré que ces discontinuités restent ouvertes après plusieurs passages des rouleaux. Et même si tel est le cas, il n’a aucune garantie que l’affaiblissement qu’elles produisent sera suffisant pour forcer l’amorçage des fissures à ces endroits. Afin de résoudre ce problème, un équipement a été développé qui permet de couper toute l’épaisseur de la couche ou presque et de traiter l’entaille ainsi formée afin que les bords ne se recollent pas ultérieurement (Figure 2.21). Ceci peut être obtenu en injectant une émulsion ou en insérant soit une bande flexible en plastique soit un profil ondulé en plastique rigide. Ce type d’équipement permet de traiter des couches déjà fortement précompactées contrairement aux plaques vibrantes.

Figure 2.21. Machine entaillant la couche sur presque toute son épaisseur et injectant une émulsion de bitume en même temps Cette machine forme des entailles à travers quasiment toute l’épaisseur de la couche et simultanément injecte une émulsion bitumineuse sur les faces de l’entaille. Le compactage du matériau est ensuite terminé et, généralement, le joint n’est plus visible à la surface compactée. L’émulsion utilisée est une émulsion cationique, à prise rapide. Elle a deux effets. D’une part, l’eau de l’émulsion retarde le durcissement, augmente le rapport eau/ciment et affaiblit cette section, favorisant ainsi la formation de la fissure. D’autre part, le bitume crée une discontinuité dans la couche permettant de localiser la fissure. L’émulsion forme également un film de protection réduisant tant la sensibilité à l’eau que l’érodabilité. Joints de fin de journée Les joints de fin de journée sont formés lorsque le retraitement est interrompu pendant une période qui dépasse le temps de durcissement du matériau. En temps normal, ceci est le cas à la fin de chaque section (généralement retraitée en trois ou quatre tronçons) ou à la fin de la journée de travail. Après un tel joint de fin de journée, il faut reprendre le retraitement du matériau déjà traité, sur une distance d’au moins 0,5 m et de préférence sur une distance égale au diamètre du tambour de fragmentation soit environ 1,5 m.

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Les joints de fin de journée ainsi que les chevauchements sont des points sensibles où il est primordial de soigneusement contrôler la teneur en ciment afin de prévenir un surdosage. Compactage En général, l’unité de compactage devrait être pourvue d’au moins un rouleau vibreur et d’un compacteur à pneus (Figure 2.22) ou une combinaison des deux. Sur quelques chantiers, deux rouleaux vibreurs ont été utilisés avec de bons résultats.

Figure 2.22. Compacteur à pneumatiques et rouleau vibrant Le compactage doit être fait le plus rapidement possible après le mélange (Figure 2.23), pour les raisons suivantes : - afin de s’assurer que le matériau ne s’expose pas au séchage, il est recommandé de disposer d’équipements, tels qu’un simple pulvérisateur manuel d’eau, en vue de prévenir une évaporation excessive à la surface ; - le temps de durcissement du matériau retraité a tendance à être relativement court (sous conditions favorables il ne dépasse jamais les deux ou trois heures, en fonction du type de ciment utilisé ainsi que de la température ambiante), à moins que des liants routiers spéciaux ou des retardateurs de prise ne soient utilisés. Le plus important toutefois est que le matériau retraité posé sur une bande ne commence pas à durcir avant que la bande suivante de matériau n’ait pas encore été traitée et compactée.

Figure 2.23. Le compactage doit débuter aussi tôt que possible après le retraitement AIPCR .

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Un compactage approprié est vital pour obtenir une résistance et une durabilité correctes de la chaussée retraitée. Il est recommandé d’atteindre 100% de la densité maximale du AASHTO Proctor modifié, avec une moyenne de 97% pour toute la couche retraitée. Ceci requiert l’utilisation de machines puissantes, en particulier lors du retraitement d’épaisses couches, ce qui est d’ordinaire le cas. Réglage et compactage final Pour les chaussées détériorées, les couches bitumineuses ont tendance à présenter de faibles teneurs en vide et les matériaux granulaires une forte densité. Le retraitement de tels matériaux résulte normalement en une augmentation du volume ce qui augmente le niveau final de la couche compactée. Le liant ajouté, entre 3 et 5 %, contribue également à cette augmentation de volume. Il est important d’obtenir une planéité de la surface acceptable pour les couches retraitées tout comme pour les fondations traitées au ciment. Les défauts éventuels devront être compensés par une augmentation de l’épaisseur de la couche bitumineuse de surface afin de garantir en tout point l’épaisseur minimale prévue. Ceci peut engendrer des coûts supplémentaires importants. Par ailleurs, dans certain cas, la seule protection de la couche traitée est le réglage de sa surface. Il est par conséquent avantageux de niveler le matériau au moyen d’une niveleuse (Figure 2.24) après un compactage initial procurant au matériau une densité uniforme de 90-92% de la valeur de référence (Proctor Modifié), sur toute la largeur de la bande.

Figure 2.24. Profilage Lors du profilage, il faut s’assurer que toute la surface est traitée et que de fines particules de matériau ne soient pas déposées dans de petites dépressions. A contrario, tout matériau excédentaire doit être enlevé afin d’éviter qu’il ne se lie au matériau sous-jacent pour ensuite se détacher en lamelles suite à l’effet de cisaillement causé par les véhicules. Le matériau obtenu après profilage peut être utilisé pour profiler les accotements. Le profilage doit être réalisé le plus tôt possible après le compactage. En effet, en raison du durcissement rapide du matériau ce profilage est vite difficile. Après cette opération, le compactage est terminé jusqu’à l’obtention de la densité requise. Pendant cette phase, les rouleaux travaillent la surface dont la planéité a été corrigée par une niveleuse et, en outre, ils occasionnent de plus petites empreintes dans le matériau que celles observées suite au passage de la recycleuse. La planéité d’une couche qui a été nivelée est meilleure qu’en absence de profilage. Le temps nécessaire pour cette opération doit être pris en considération lorsqu’il faut évaluer le temps requis pour le retraitement. De plus, l’épaisseur du matériau derrière la recycleuse doit être augmentée de un à deux cm, afin de compenser le matériau qui sera enlevé par le profilage. AIPCR .

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Cure et protection du matériau recyclé Dès que le compactage final est terminé, la couche retraitée doit être protégée de pertes d’eau, des conditions climatiques et du trafic. D’ordinaire, une émulsion cationique (Figure 2.25), avec une teneur minimale en bitume de 600g/m2, est utilisée. Lorsqu’il est prévu que la chaussée retraitée sera circulée immédiatement, la couche de cure doit être protégée des détériorations (Figure 2.26), en appliquant des gravillons propres (3 à 6 mm de diamètre) à un taux de 4 et 6 l/m2. En cas de trafic intense prévu, un simple ou double enduisage est recommandé. L’ouverture de la surface retraitée au trafic doit être différée jusqu’au séchage de l’émulsion de cure, et des précautions doivent être prises afin d’assurer une vitesse réduite en vue de prévenir des détériorations. La couche bitumineuse de surface (Figure 2.27 et 2.28) peut aussi être placée immédiatement après la cure, mais il est recommandé de différer cette opération d’au moins sept jours afin d’obtenir un développement plus approprié des joints et/ou du système de fissures de retrait.

Figure 2.25. Cure avec une émulsion de bitume

Figure 2.26. Couche de protection gravillonnée pour éviter les arrachements AIPCR .

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Figure 2.27. Pose de la couche de roulement bitumineuse

Figure 2.28. Chaussée retraitée en service

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2.10 CONTROLE DE QUALITE 2.10.1 Introduction Le contrôle de qualité est essentiel pour obtenir des résultats satisfaisants d’un retraitement de chaussée. Il comporte deux étapes [32] : - corriger les travaux en cours ; - vérifier les résultats finaux et les comparer aux spécifications. Avant de débuter les travaux, les machines doivent être vérifiées pour savoir si elles sont adaptées à la teneur en ciment requise, à la profondeur du retraitement et à la performance du mélange. Il faut également s’assurer de leur bon état général. Pour les grands travaux, il est nécessaire de prévoir une planche d’essai, afin de pouvoir ajuster les paramètres opérationnels du matériel de retraitement, en particulier la vitesse, mais également ceux liés au compactage (type de rouleaux, nombre de passages, etc.). 2.10.2 Contrôle de qualité pendant les travaux L’origine des matériaux doit être vérifiée et la qualité de la production doit être contrôlée. Les aspects à prendre en considération sont les suivants. Les matériaux d’apport La qualité ainsi que la quantité des matériaux d’apport (granulats, ciment, eau et autres adjuvants) doivent être vérifiées, y compris leur application correcte sur la surface de la chaussée. Chaque matériau doit répondre aux spécifications, étant donnée que toute diminution de qualité d’un des matériaux de base peut avoir un impact négatif sur la qualité générale de la couche retraitée. La teneur en ciment Lorsque le ciment est répandu sur la chaussée à retraiter, son taux d’application peut être vérifié à l’aide d’un plateau de poids et dimension connus et placé sur la surface avant l’épandage. Après l’épandage, le plateau est pesé et le taux d’application peut être calculé. Cette opération doit être répétée fréquemment lors de journées venteuses. Afin de déterminer le dosage en ciment par m3, il est nécessaire d’avoir une connaissance précise tant de l’épaisseur retraitée que de la densité du matériau compacté à l’endroit où la mesure est prise. Lorsque le ciment est introduit directement dans la chambre de mélange de la recycleuse sous forme de coulis, les consommations de ciment fournies par le microprocesseur de contrôle doivent être comparées régulièrement (une fois en matinée et une fois l’après-midi ) avec la réelle consommation de ciment. Une simple observation de la surface avant et après le retraitement donne déjà une vue globale de l’uniformité de l’épandage. La teneur en eau La teneur en eau des matériaux retraités est une caractéristique importante, étant donné qu’elle joue un rôle essentiel dans le compactage et par conséquent dans les valeurs de résistance mécanique à obtenir. Pour cette raison, l’eau ajoutée doit être contrôlée par l’unité de mesure de la machine de retraitement. La teneur en eau optimale doit être maintenue à un niveau constant, au risque de ne pas obtenir la densité spécifiée dans le délai d’ouvrabilité. Des mesures de la teneur en eau doivent être réalisées tous les 200 à 500 m2. Les résultats doivent être régulièrement corrélés avec ceux issus de méthodes de vérification rapides tels que la sonde nucléaire, la bombe à carbure de calcium, etc.

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Granulométrie du matériau retraité. L’analyse granulométrique permet de vérifier l’efficacité de la fragmentation et l’homogénéité de la couche retraitée. Elle permet également de vérifier si la machine de retraitement opère à une vitesse adaptée. Il faut réaliser une analyse granulométrique au moins une fois par jour. Ces contrôles doivent toutefois être plus fréquents pendant les premières étapes des travaux. Homogénéité du mélange L’homogénéité du mélange doit être vérifiée visuellement. De plus plusieurs échantillons doivent être prélevés suivant d’une part un axe longitudinal et d’autre part un axe transversal. Notons que suivant l’axe transversal, l’homogénéité est généralement plus difficile à obtenir. En plus de la granulométrie, ces échantillons peuvent également être utilisés pour mesure la masse volumique sèche, les valeurs de résistances mécaniques, le module d’élasticité, etc. Le compactage La vérification de la densité est une procédure compliquée, en raison de l’hétérogénéité des matériaux retraités qui rendent difficile la définition de valeurs de référence auxquelles les mesures doivent être comparées. En conséquence, il est recommandé de corréler les densités avec le processus de compactage (c’est à dire le nombre de passes de rouleaux, le temps entre le mélange et le compactage final, etc.). Les valeurs de référence pour la densité maximale et pour la teneur en eau optimale peuvent être établies au moyens d’essais standardisés teneur en eau-densité tels que l’essai Proctor modifié. La densité ainsi que la teneur en eau sont généralement vérifiées sur site à l’aide d’une sonde nucléaire. La densité moyenne à sec en tout point ne doit pas être inférieure à 97 % de la densité maximale de référence. Les mesures de densité à sec doivent être réalisées à l’aide d’une sonde nucléaire (Figure 2.29) en divers endroits de chaque tronçon du chantier de retraitement, avec au minimum une mesure par 200 m2. Lorsque ce type de sonde est utilisé, il est important de se souvenir que la mesure de la teneur en eau peut être surévaluée, en raison de la présence d’hydrogène dans les mélanges bitumineux retraités. Il en résulte que la densité à sec est moindre en réalité [10]. Les sondes nucléaires de densité doivent donc être calibrées pour tenir compte de telles compositions.

Figure 2.29. Checking density with a nuclear gauge AIPCR .

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La profondeur du retraitement Il est important de vérifier l’épaisseur de la couche retraitée. Elle ne dépend pas uniquement de la profondeur de travail de la machine de retraitement, mais également des matériaux apportés (ciment et agrégats), des passages des rouleaux et des opérations de nivellement. L’épaisseur réelle ne peut pas être inférieure à la valeur retenue pour le dimensionnement. Si l’épaisseur est nettement plus élevée que celle spécifiée, cela donnerait une teneur en ciment moindre dans le matériau retraité et, par conséquence, une résistance diminuée. La seule mesure directe possible se fait par l’intermédiaire d’échantillons extraits après durcissement. Notons qu’il est souvent difficile de distinguer sur une carotte la couche retraitée de la couche inférieure. Par ailleurs, le caractère destructif de ce type de mesures en réduit l’application à un ou deux échantillons par kilomètre. Pendant la construction, il est recommandé de faire des prélèvements afin de vérifier le matériau retraité avant le compactage. Un prélèvement doit être fait chaque matin et chaque après-midi pendant toute la durée des travaux. Aspect et profil La surface finale doit être contrôlée pour vérifier les exigences géométriques (dévers, dimensions, …) ainsi que l’uniformité de l’aspect (pas de ségrégation). 2.10.3 Contrôle après construction Afin de permettre une bonne vérification du travail réalisé, les portions de routes retraitées ne doivent pas excéder les 3000 m2 par jour. Les points suivants doivent être analysés. L’épaisseur retraitée Il est recommandé qu’au moins un échantillon (Figure 2.30) soit extrait par kilomètre, bien que ceci puisse causer des problèmes lorsqu’ils sont prélevés prématurément. En dépit de cette difficulté, il est important d’estimer le niveau de base de la couche retraitée. L’épaisseur moyenne du matériau retraité doit être égale ou supérieure à la valeur spécifiée et l’épaisseur minimale ne peut nulle part être inférieure à cette valeur. Dans ce dernier cas de figure, la surface bitumineuse doit être augmentée afin de compenser le manque d’épaisseur et, dans les cas extrêmes, la couche traitée doit être démolie et reconstruite.

Figure 2.30. Carottes extraites d’une chaussée retraitée au ciment AIPCR .

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Les échantillons prélevés pour mesurer l’épaisseur de la couche retraitée, peuvent également servir à vérifier la densité, le module d’élasticité ainsi que la résistance à la compression et la résistance à la traction. La résistance mécanique Pendant la construction, des éprouvettes sont réalisées avec le même matériau retraité et avec une densité qui se rapproche le plus de celle attendue sur le chantier. Au minimum deux éprouvettes doivent être réalisées par jour (le matin et l’après-midi). Ainsi il sera possible de vérifier deux séries de 3 échantillons à 7 jours d’âge. Le nombre d’éprouvettes dépend des conditions suivantes : - au moins une série de trois échantillons doit être préparée tous les deux ou trois jours pour une vérification après 28 jours ; - lorsque le retraitement est fait par deux machines travaillant en tandem, au moins deux séries doivent être préparées tous les jours pour chaque machine. Les fractions de matériaux retraités retenus par le tamis de 40 mm doivent être enlevées avant de préparer l’éprouvette qui a un diamètre de 15 cm et une hauteur de 18 cm. Le contrôle porte avant tout sur la résistance à la compression. Toutefois, il est souhaitable de préparer des séries supplémentaires pour vérifier la résistance à la traction et/ou le module d’élasticité. Lorsque pour un tronçon précis de la route, les résultats des échantillons sont, soit particulièrement élevés, soit très bas, des échantillons sont prélevés dans la couche retraitée afin de faire des vérifications. Ces résultats sont aussi comparés à ceux d’échantillons extraits d’autres parties de la chaussée retraitée présentant des propriétés similaires. Cette comparaison ne peut se faire qui si, pour ces autres tronçons, les valeurs mesurées sur les éprouvettes répondent aux exigences. La décision d’accepter ou de refuser le tronçon en question doit être basée sur les résultats de cette comparaison. Le niveau de la surface Le profil de la surface terminée ne peut diverger de plus de 15 mm (vers le haut ou vers le bas) par rapport au profil théorique. La largeur retraitée La largeur de la couche retraitée ne peut pas être plus étroite que celle spécifiée et ceci pour n’importe quelle section de la route. De plus, il est important de vérifier qu’aucun matériau des accotements n’a été utilisé pour le retraitement de la chaussée. La planéité de la surface La surface de la couche retraitée doit avoir une texture égale sans ségrégation et avec des dévers appropriés. Elle ne doit pas retenir l’eau. L’indice de rugosité international (IRI) doit être globalement inférieur à 5 (établi sur toute la longueur de la section) et localement inférieur à 4 ou moins (établi sur 50 % de la longueur de cette section). Déflections Les mesures de déflections peuvent se révéler utiles pour vérifier la portance: - à court terme (trois à sept jours après le retraitement), elles permettent de vérifier l’homogénéité du traitement et de détecter toute zone anormalement fragile nécessitant une épaisseur supplémentaire de mélange bitumineux. Toutefois, ces mesures sont coûteuses et difficiles à réaliser sur des chantiers d’une certaine envergure sans perturber les travaux en cours ;

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- bien que ces mesures puissent en principe être utilisées à long terme (28 jours après le retraitement) afin d’évaluer la portance de la chaussée retraitée, elles ne sont en pratique pas nécessaires. Remontées de fissures Une inspection visuelle pour détecter des remontées de fissures doit faire partie du contrôle de la chaussée retraitée. Les éventuelles fissures doivent être traitées si nécessaire.

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2.11 COÛTS 2.11.1. Introduction Lors de la comparaison économique entre la construction d’une nouvelle chaussée et la réhabilitation d’une chaussée existante, il faut prendre en compte tous les coûts sur la durée de vie de la chaussée, à savoir : - les coûts de construction, - les coûts d’entretien, - les coûts de renouvellement du revêtement bitumineux, - les coûts liés à la gêne aux usagers (en particulier lors des travaux d’entretien). La valeur résiduelle de la chaussée en fin de vie doit être déduite de ces coûts. Il ne sera question dans ce chapitre que des coûts de construction relatifs à la couche retraitée. Les estimations de coûts unitaires sont basées sur des données espagnoles [10] et devront être modifiées en fonction du pays. L’information disponible, sur les autres coûts auxquels il est fait référence dans le paragraphe précédent, est limitée. 2.11.2. Coût de construction de la couche recyclée Le coût de retraitement d’une chaussée dépend des facteurs suivants [10], [28] : - le volume des matériaux à retraiter, en particulier : − l’épaisseur : plus l’épaisseur est grande, moins le résultat est bon et plus les coûts sont élevés ; − la superficie totale : plus la superficie est faible, plus l’influence des frais fixes (amenée du matériel, …) est grande ; − la forme de la surface : une forme irrégulière diminue considérablement le rendement ; - les caractéristiques de la chaussée à retraiter, y compris l’épaisseur, la nature et les caractéristiques des différentes couches. Lorsque les matériaux sont durs et de grande dimension, les pièces d’usure des équipements de fragmentation (dents, …) sont soumises à rude épreuve. Le coût des pièces et la perte de rendement liée aux interruptions pour entretien, augmentent le coût du retraitement ; - l’équipement utilisé pour le retraitement: un équipement performant est plus cher, mais en règle générale ce coût supplémentaire est largement compensé par un meilleur rendement ainsi qu’une qualité accrue des matériaux retraités. Par ailleurs, l’injection directe d’un coulis de ciment dans la machine de retraitement permet d’éviter les coûts liés à l’utilisation de ciment sec (dosage du ciment, perte de ciment sec sous l’action du vent, …) ; - la quantité de ciment nécessaire qui dépend des propriétés des matériaux à retraiter. Ceci a un double effet sur le coût global du retraitement : − une part importante du coût est liée à l’achat du liant ; − le deuxième effet, moins important mais non négligeable, de la teneur en ciment est son influence sur les opérations de ravitaillement qui peuvent parfois nécessiter 2 ou 3 heures d’arrêt sur une journée de travail. A la lecture de ces facteurs, il est évident que les coûts de retraitement sont particulièrement variables en fonction des sites. Le détail des coûts pour une épaisseur moyenne de 20 cm est présenté dans la section suivante. 2.11.1 Ciment Le coût du ciment est proportionnel à la teneur en ciment requise. Ce coût varie et peut être différent à la date de construction par rapport aux prix lors de l’étude. Par ailleurs, il faut aussi ajouter les frais de transport. Supposant une densité à sec de 2,1 kg/dm3 pour le matériau compacté, et un coût de 0,07 €/kg pour l’année 2002, le ratio des coûts de ciment est présenté dans le tableau 2.6. AIPCR .

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Tableau 2.6. Ratio du coût par rapport à la teneur en ciment Teneur en ciment

(%) Kg/m³ (épaisseur = 20 cm)

Coût (€/m²)

3 12.2 0.88

4 16.3 1.18

5 20.4 1.47

2.11.2 Equipement de recyclage Le coût de l’équipement (malaxeurs, engins de retraitement, rouleaux de compactage) dépend de l’envergure des travaux. Comme mentionné ci-dessus, le coût du transport a un impact considérable sur les travaux mineurs. D’autres facteurs interviennent aussi : - la nature du matériau (plus le matériau est dur, plus le remplacement des dents et autres outils est fréquent et moins la vitesse opérationnelle de la machine est grande). Le coût de ces facteurs peut s’élever à plus de 0,12 €/m2, - la granulométrie (par ex. un revêtement bitumeux plus grossier réduira le rendement). Il existe une différence essentielle entre les travaux majeurs et mineurs. Travaux majeurs (plus de 50 000 m²) En règle générale, l’impact du matériel est estimé à 0,06 €/m2 par cm retraité. Lorsque la profondeur du retraitement est de 20 cm et la capacité de travail moyenne de 4000 m2/jour, les coûts d’équipement peuvent être répartis comme suit (Table 2.7). Tableau 2.7. Coût des équipements Poste Amenée et repli du matériel Usure des dents (dépendant des caractéristiques du matériau) Malaxeur Engin de retraitement Rouleaux Total

Coût/m² (€) 0.19 0.14 0.26 0.57 0.13 1.29

La répartition des coûts n’est qu’indicative car elle implique un ensemble de variables. Par exemple l’impact du coût de mobilisation du matériel, avec un coût estimé de 9 015 €, décroît quand la taille du chantier augmente ; l’usure des dents est fortement dépendante de la nature des matériaux ; les trois derniers postes dépendent de la productivité, etc. Pour des travaux très supérieurs à 50 000 m², les coûts d’équipement peuvent être réduit entre 1,05 et 1,08 €/m². Travaux mineurs Le transport constitue la majeure partie des coûts lors des petits travaux de retraitement. Pour identifier son impact, il faut appliquer la règle suivante : - calculez le nombre de journées de retraitement en se basant sur une réalisation quotidienne raisonnable (d’ordinaire entre 2 500 et 5 000 m2/jour) ; - multipliez par 6 160 € ; - ajoutez 9 015 € pour le transport des équipements et autre matériel. Par exemple, pour retraiter 10 000 m2, il faudra trois journées de travail, avec un coût total d’environ 27 720 €, ce qui fait 2,77 €/m2. D’un autre côté, pour retraiter 20 000 m2, il faudra six journées de travail (le rendement augmente avec l’envergure des travaux) et toujours qu’une seule journée de transport, avec un coût total approximatif de 46 200 €, ce qui fait 2,31 €/m2. AIPCR .

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Ces chiffres ne donnent qu’une orientation et devront être vérifiés par des entreprises expérimentées et ceci avant de planifier des travaux de retraitement de petite envergure, en raison des nombreux facteurs d’influence. Il existe un certain nombre d’entreprises à travers le monde spécialisées dans le retraitement en place au moyen de ciment. Ces entreprises disposent d’un équipement moderne et d’un personnel expérimenté et travaillent généralement comme sous-traitants dans le cadre de ces travaux de retraitement, ainsi que pour travaux de stabilisation de sol. 2.11.3 Equipement et travaux auxiliaires Font partie des équipements auxiliaires : - une niveleuse pour le profilage et la rectification du dévers de la chaussée (coût opérationnel environ 45,7 €/h), - un camion citerne pour le ravitaillement en eau de la recycleuse et du malaxeur, en cas d’utilisation (coût opérationnel 21,0 €/h). Leur impact combiné sur les coûts peut par conséquent être estimé à 64,3 €/h x 10h/jour / 4.000 m2/jour, ce qui fait 21,04 €/m2. Un dispositif automoteur peut s’avérer nécessaire pour la réalisation des joints humides. Le coût s’élèverait à 0,6 €/m de joint. Avec un joint tous les trois mètres, le coût par unité de surface serait de 0,21 €/m2. Des postes doivent aussi être considérés pour les coûts de main-d’œuvre pour toutes opérations complémentaires, tel par exemple la suppression des épaisseurs excédentaires, la correction des bords, etc. Ces opérations peuvent être évaluées à : 2 ouvriers x 8,1 €/h x 10h/jour / 4.000m2/jour = 0,04 €/m2. 2.11.4 Autres coûts Les coûts détaillés ci-dessus n’incluent pas : - la feuille de protection de la couche retraitée (0,27 €/m2) ; - l’approvisionnement en agrégats d’apport, afin d’obtenir, aux endroits qui le nécessitent, une granulométrie appropriée ; - la correction du dévers de la chaussée ; - l’augmentation de l’épaisseur à retraiter. 2.11.5 Coût total En additionnant les coûts détaillés ci-dessus, le coût total pour le retraitement au moyen de ciment pour une superficie de 50.000 m2 et une épaisseur de 20 cm se situe dans les limites montrées dans le tableau 2.8. Tableau 2.8. Coût moyen de retraitement pour une épaisseur de 20 cm Minimum (€/m²) 0.88 1.08 0.37 0.03 0.27 2.63

Poste Ciment Equipement de retraitement Equipement auxiliaire Travail auxiliaire Protection Total

Maximum (€/m²) 1.42 1.29 0.43 0.03 0.27 3.50

De la même façon, le coût total pour le retraitement d’une chaussée avec une épaisseur moyenne de 30 cm, se situe dans les limites reprises au tableau 2.9. AIPCR .

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Tableau 2.9. Coût moyen de retraitement pour une épaisseur de 30 cm Item Ciment Equipement de retraitement Equipement auxiliaire Travail auxiliaire Protection Total

Minimum (€/m²) 1.32 1,57 0,40 0,04 0,27 3,60

Maximum (€/m²) 2.21 1,85 0,46 0,04 0,27 4,83

En conclusion, le coût total d’un retraitement en place au moyen de ciment d’une superficie d’environ 50 000 m2, y compris la réalisation des joints, se situe entre 2,6 et 4,8 €/m2 suivant l’épaisseur retraitée et le dosage de ciment requis. Ces chiffres peuvent être considérablement plus élevés pour des travaux de plus petite envergure.

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2.12 REFERENCES 1. Chaussées semi-rigides – Semi-Rigid Pavements. Publication No. 08.02.B, AIPCR - PIARC, Paris (France), 1991 (en français et anglais) 1-2 4-2 2. AASHTO Guide for Design of Pavement Structures. American Association of State Highway and Transportation Officials, Washington , D.C. (USA), 1993 5-1 5-2 3. The performance of roads constructed by cold in situ recycling 1985 – 1987. General Information Report 17, Energy Efficiency Office, Department of the Environment, United Kingdom, March 1994 4. Guide to in-situ deep-lift recycling of granular pavements. Roads and Traffic Authority, New South Wales (Australia), 1994 5-2 5. Kolias, S. Mechanical properties of cement-treated mixtures of milled bituminous concrete and crushed aggregates. Materials and Structures, Vol. 29, RILEM, Bagneux (France), August/September 1996 4-1 4-2 6. Pavement Recycling Guidelines for State and Local Governments. Publication No. FHWA-SA98-042, Federal Highway Administration, Washington DC (USA), 1997 1-2 7. Détermination par auscultation dynamique du délai de maniabilité des graves traitées aux liants hydrauliques (Determination by means of dynamic auscultation of the workability time of cement-treated granular materials). Norme NF P 98 – 231, Partie 5, AFNOR, Paris (France), 1997 (en français) 3-4 8. Détermination par compactage différé du délai de maniabilité des graves traitées aux liants hydrauliques (Determination by means of deferred compaction of the workability time of cementtreated granular materials). Norme NF P 98 – 231, Partie 6, AFNOR, Paris (France), 1997 (en français) 3-4 9. Lefort, M. Le point sur le retraitement en place à froid des anciennes chaussées (The state of cold in situ recycling of old pavements). Bulletin des laboratoires des Ponts et Chaussées, nº 212, Paris (France), Novembre – Décembre 1997 (en français) 1-2 4-1 10. Wirtgen Cold Recycling Manual. Wirtgen GmbH, Windhagen (Germany), November 1998 5-1 8-2 11. Jofre, C., Kraemer, C. y Díaz Minguela, J. Manual de firmes reciclados in situ con cemento (Manual on In Situ Pavement Recycling with Cement). Instituto Español del Cemento y sus Aplicaciones, Madrid (Spain), 1999 (en espagnol) 4-2 5-2 7-3 9-1 12. Milton, L. J. and Earland, M. Design guide and Specifications for structural maintenance of highway pavements by cold in-situ recycling. TRL Report 386, Transport Research Laboratory, Crowthorne (U-K), 2000 5-2 13. Cement. Part 1 : Composition, specifications and conformity criteria for common cements. European Standard EN 197 – 1, CEN, Brussels (Belgique), June 2000 14. Hydraulic road binders. Composition, specifications and conformity criteria for common cements. European Prestandard ENV 13282, CEN, Brussels (Belgique), June 2000 15. Standard Test Methods for Laboratory Compaction Characteristics of Soil Using Modified Effort (56,000 ft-lbf/ft3(2,700 kN-m/m3)). ASTM Standard D1557-00, American Society for Testing and Materials, West Conshohocken, Pennsylvania (USA), 2000 3-1 16. Abdo, J. Reciclado de firmes con cemento: aspectos generales. (Recycling pavements with cement: general topics). Proceedings, First International Symposium on Subgrade Stabilisation and In Situ Pavement Recycling using Cement, IECA – AEC – ATC, Salamanca (Spain), 1 - 4 October 2001 (en espagnol) 4-2 17. Bense, P. et al The double soil treatment with lime and hydraulic binder. Use of an only binder. Proceedings, First International Symposium on Subgrade Stabilisation and In Situ Pavement Recycling using Cement, IECA – AEC – ATC, Salamanca (Spain), 1 - 4 October 2001 3-3 AIPCR .

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32. Retraitement en place des anciennes chaussées aux liants hydrauliques. CCTP type. Bordereau de prix unitaires BPU. Détail estimatif DE. Collection Technique Cimbéton T 58, Cimbéton, Paris (France), 2001 (en français) 8-1 9-1 33. Standard Specification for Portland Cement. ASTM Standard C150-02a, American Society for Testing and Materials, West Conshohocken, Pennsylvania (USA), 2002 3-3 34. Reciclado in situ con cemento de capas de firme (In Situ Recycling of Pavement Layers Using Cement). Article 21, Pliego de Prescripciones Técnicas Generales para Obras de Conservación de Carreteras (Specifications for Road Maintenance Works), Ministerio de Fomento, Madrid (Spain), 2002 (en espagnol) 3-2 8-1 35. Standard Specification for Blended Hydraulic Cements. ASTM Standard C595-03, American Society for Testing and Materials, West Conshohocken, Pennsylvania (USA), 2003 3-3

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3 GUIDE DU RETRAITEMENT EN PLACE A FROID A L’EMULSION OU A LA MOUSSE DE BITUME

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3.1

REMERCIEMENTS

Le présent rapport a été préparé au sein du Comité technique 7/8 “Chaussées routières” de l’AIPCR par un groupe de travail animé par Jean-François Corté (France) avec la participation des experts suivants : Alberto Bardesi (Espagne), Michel Bertaud (France), Jack de Groot (Pays-Bas), Kim Jenkins (Afrique du Sud), Jean-François Lafon (France), Juan José Potti (Espagne), Aurelio Ruiz (Espagne), B. Safir (Maroc). Des contributions ont aussi été reçues de : Andrus Aavik (Estonie), Guy Bergeron (Canada-Québec), Torbjorn Jorgensen (Norvège), Paul Teng (U.S.A.), Yasumasa Torii (Japon). Le groupe de travail remercie Alan Bell, Jacques Bonvallet, Jason Harrington, Paul Landa, Fenella Long, Linda Myers, Linda Pierce, Michael Smith, Jan van der Zwan pour leurs commentaires. Des remerciements sont exprimés à Colas Maroc, à la FHWA, Probisa, Repsol et Witgen pour les photographies.

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3.2

RESUME

Le retraitement en place à froid à l'émulsion ou à mousse de bitume fournit un moyen de reconstituer sur le site la chaussée pour répondre à des objectifs d'entretien ou de réhabilitation de la route dans diverses situations. De par le monde, l'expérience et les choix de technologie pour le retraitement en place à froid varient largement. Ceci est le reflet de différences dans les contextes locaux (ressources en granulats vierges, trafic, capacité d’équipement en centrales fixes et mobiles, expertise en matière d'émulsion et/ou de mousse de bitume, etc.). Le développement, pendant les deux dernières décennies, de matériels spécialisés pour le retraitement des chaussées a permis d’améliorer de manière significative le contrôle et l'homogénéité des travaux, avec pour résultat une meilleure qualité et durabilité. Par suite, en raison des nombreux avantages que présente le retraitement en place à froid du point de vue des impacts sur l'environnement (préservation des ressources naturelles en granulats, réduction des besoins de transport de matériaux pour les travaux, etc.) et de l'économie du projet (particulièrement en appliquant une analyse du coût sur le cycle de vie), cette technique devrait, de plus en plus souvent, être prise en considération, à l'étape du projet, comme une alternative possible aux rechargements usuels avec des mélanges bitumineux à chaud. Le présent document de recommandations donne des indications pour l'évaluation de la faisabilité de la technique, puis pour la formulation du matériau retraité. Actuellement, la méthodologie pour la conception des mélanges retraités à froid demeure largement empirique. Par conséquent, le présent rapport ne décrit pas une méthode universelle ; il fournit plutôt des informations sur les approches employées dans différents pays afin de faciliter le transfert d'information et de connaissances. Les chapitres traitant des matériels et des travaux illustrent la flexibilité de la technique de retraitement en place à froid. L'attention est cependant portée sur les aspects les plus importants pour le succès des travaux. Puisque l'ambition avec le retraitement en place est de recycler les matériaux sur le site, ceci implique que la technique doit s'accommoder des variations locales de composition des matériaux en place. Cet aspect a des implications importantes pour le matériel et pour les travaux qui sont examinées dans ces recommandations.

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3.3 3.3.1

INTRODUCTION Présentation du processus de retraitement en place à l'émulsion ou à la mousse de bitume

Le retraitement en place à froid à l'émulsion ou à la mousse de bitume consiste à fraiser ou fragmenter les matériaux de l’ancienne chaussée, puis dans un même temps ou en une deuxième opération, à incorporer dans le matériau de chaussée fragmenté un liant bitumineux sous forme d'émulsion ou de mousse de bitume afin de stabiliser la couche retraitée et lui donner une certaine cohésion. Le mélange est mis en forme et compacté pour reconstituer la chaussée en place. Une addition de chaux ou de ciment en petite quantité (moins de 2%) permet, si nécessaire, de réduire la plasticité des fines et d’augmenter le module et la résistance au jeune âge. Le retraitement en place à l'émulsion ou la mousse de bitume peut être employé pour : - retraiter une partie des couches supérieures en matériaux bitumineux afin de reconstituer une couche de base ou une couche de liaison, - retraiter tout ou partie de couches bitumineuses avec une partie du matériau granulaire non lié de la couche de base afin de former une nouvelle couche de base, (appelée “full-depth reclamation” aux États-Unis), - stabiliser un matériau granulaire non lié pour former une nouvelle couche de fondation ou de base. Il est aussi employé aux Pays-Bas ou en Allemagne, pour stabiliser des matériaux considérés comme nocifs (enrobés comportant du goudron ou d’autres dérivés de la houille) présents dans certaines chaussées anciennes. Bien que quelques machines de pulvérisation aient la possibilité de retraiter plus de 35 cm de matériaux, l'épaisseur des couches retraitées en place à l'émulsion de bitume ou à la mousse de bitume est moindre afin de réaliser un mélange correct et en raison de l'évacuation de l'eau dans le cas de l'émulsion de bitume. Avec l'émulsion de bitume, les mélanges bitumineux peuvent être retraités en place sur 5 à 12 cm et les matériaux non traités sur 10 à 15 centimètres. Dans le cas de la stabilisation de matériaux granulaires, et quand les exigences de compactage ne sont pas trop sévères, le retraitement peut être exécuté sur une plus grande épaisseur, environ 25 cm. Avec la mousse de bitume, les épaisseurs habituelles sont respectivement jusqu'à 15 cm pour des enrobés et 30 cm pour des matériaux granulaires. Le retraitement en place à froid à l'émulsion ou à la mousse de bitume permet la réutilisation des matériaux en place sans chauffage ni séchage comme cela est nécessaire pour un recyclage en centrale dans un mélange bitumineux à chaud, sous réserve bien sûr que ces matériaux soient aptes à un tel retraitement. Le retraitement en place avec l'incorporation d'un pourcentage élevé de ciment (2% et plus) combiné avec de l'émulsion ou de la mousse de bitume n'est pas abordé ici parce que le matériau ainsi traité a des caractéristiques et des propriétés qui sont plus proches de celles des matériaux traités au ciment. Note: Dans certains pays, la Suède par exemple, le retraitement à froid à l'émulsion de bitume est effectué en centrales fixes ou mobiles pour reconstituer une couche de base ou de surface (c'est également le cas dans certaines régions des États-Unis, surtout pour des travaux à l’échelle d’un canton ou d’une ville). Ce mode de retraitement est proche du retraitement en place à froid du point de vue des conditions sur les matériaux, de la formulation du mélange, des conditions d’utilisation et des caractéristiques pour la mise en œuvre. La différence essentielle est liée au stockage intermédiaire et à l'endroit où le mélange est effectué. Par conséquent, la plupart des indications données ici pour le retraitement en place à froid s'appliquent également au retraitement à froid en centrale qui représente un autre mode de réutilisation des matériaux de chaussée. Des éléments d'information sur cette technique, comme pratiquée en Suède, sont présentés en annexe. AIPCR

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3.3.2

Les différentes formes d'introduction du nouveau liant

Tandis que l'émulsion de bitume est généralement préparée à l'usine et livrée sur le chantier, la mousse de bitume est produite en place par un dispositif intégré au malaxeur. Le processus consiste à injecter, dans une chambre de détente, une petite quantité d'eau (environ 2 à 3%) et d’air dans le bitume chaud à une température d’environ 170 °C (figure 3.1). La mousse est injectée directement dans la chambre de mélange pour être incorporée aux granulats. Bitume chaud

Eau froide et air

Chambre d’expansion

Injecteur

Mousse de bitume

Figure 3.1. Schéma de production de la mousse de bitume Selon la conception des machines utilisées pour le retraitement, l'introduction de l'émulsion ou de la mousse de bitume est effectuée : - par l'injection dans la chambre de mélange de la machine de fragmentation, - par le malaxeur mobile quand cette fonction est exécutée avec une machine distincte de la fragmentation. Le retraitement en place comporte souvent une addition de chaux ou du ciment ; ceci peut être fait par le répandage de l'additif sur la chaussée en amont de la fragmentation ou, par une injection sous forme de coulis dans la chambre de mélange. 3.3.3

Objectifs et champs d'application du retraitement en place

Le retraitement en place à froid à l'émulsion ou à la mousse de bitume est une alternative à la reconstruction avec l’évacuation des matériaux de la chaussée à remettre en état. La technique se prête à divers cas d'application, qui peuvent être différenciés selon l'objectif des travaux : - stabiliser la couche de base granulaire d'une chaussée souple en même temps que le revêtement bitumineux dégradé pour former une couche de base plus résistante en matériau traité afin d'augmenter la capacité structurelle de la chaussée, - retraiter les couches bitumineuses supérieures endommagées par fatigue pour former une nouvelle couche de base, - retraiter la couche de surface et quelques centimètres de la couche de base d'une chaussée semi-rigide afin de corriger des décollements d’interfaces et reconstituer un nouveau revêtement, - retraiter seulement la couche de surface bitumineuse pour remédier à de la fissuration et à un vieillissement excessif du liant. AIPCR

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3.3.4

Avantages et limites du retraitement en place

Avantages Comparé aux techniques traditionnelles de réhabilitation par rechargement, le retraitement en place à froid aux liants bitumineux présente un ensemble d'avantages. Il permet : - d’économiser des matériaux nouveaux (granulats, bitume) par la réutilisation de tout ou partie des matériaux en place, ce qui représente une économie pour les maîtres d’ouvrage, - de réduire la dépense énergétique sans les besoins de séchage, de transport, etc. des matériaux, si l’on considère le cycle entier de production des granulats, - de réduire les besoins de transport des matériaux pour les travaux, avec comme conséquence moins de dommages aux routes du voisinage du chantier et des économies de carburant, de pneus et de matériels, - de limiter les travaux annexes (ajustement des seuils, rehaussement des trottoirs, accès…), - de permettre un rétablissement rapide de la circulation sur la section réhabilitée peu de temps après le compactage. D'un point de vue technique, cette méthode de travaux permet : - de ne retraiter qu’une seule voie au besoin, - de corriger le profil transversal de la chaussée et des défauts de courte longueur d'onde du profil longitudinal. Avec l'apport de granulats et des travaux menés en plusieurs opérations, des corrections peuvent être apportées, dans une certaine mesure, au profil longitudinal, - d’accepter certaines fluctuations dans la composition des matériaux à retraiter, - de réduire les efforts exercés sur les plates-formes support de faible portance, pendant les travaux, par rapport aux techniques traditionnelles exigeant une excavation des matériaux en place, - de rouvrir la route à la circulation la nuit et pendant le week-end (si l'intensité du trafic poids lourds n'est pas très importante). Limites d'utilisation Les limites d'utilisation de cette technique sont dues aux aspects suivants : - des caractéristiques inadaptées des matériaux en place, c’est à dire : la présence de pavés ou de blocs qui ne peuvent pas être fragmentés, une teneur importante en matériaux argileux, une grande hétérogénéité … (voir le paragraphe §3.4.3), - une portance trop faible du support qui compromettrait : l'avancement régulier des machines de retraitement, le maintien d'une profondeur constante de travail et l’obtention d’un niveau correct de compactage, - la présence de géotextiles à une interface des couches à retraiter, - la présence de nombreuses sorties de réseaux et d’accès de services, - les conditions climatiques (température trop basse, précipitations fréquentes) ne permettant ni une dispersion convenable de la mousse de bitume dans le mélange, ni la cure des matériaux traités à l’émulsion, - le niveau des performances mécaniques exigées. Les caractéristiques de module et de la résistance à la fatigue sont inférieures à celles qui peuvent être obtenues avec les mélanges bitumineux chauds. De plus, avec l'émulsion, le besoin d’évacuation de l'eau résiduelle limite l'épaisseur maximum des couches retraitées à l'émulsion de bitume. Ces diverses considérations apportent des limites à l'utilisation de la technique de retraitement en place à froid en fonction du volume du trafic. Ces limites dépendent de la nature des travaux de retraitement et de la qualité du support des couches retraitées, - le retraitement sans la protection d’une couche de roulement (au besoin réduite à un enduit superficiel) est limité aux routes à faible trafic dans les régions où les précipitations sont faibles en raison des risques d’arrachement. Le retraitement en place nécessite l'utilisation d'une quantité importante de matériels et d’équipements spécifiques à ces travaux. Afin de réaliser les économies d'échelle permises par cette technique, il est souhaitable que chaque chantier ait une longueur minimale ou qu’il puisse être combiné à des travaux semblables voisins. Bien que chaque cas doive être analysé AIPCR . 70. 78.02.F - 2003

séparément, par exemple, au Royaume Uni, 3.000 m2 sont suggérés comme étant la surface minimale à retraiter (Milton, 1996). 3.3.5

Développement historique de la technique

L'utilisation de l'émulsion de bitume pour le retraitement en place des chaussées n'est pas une nouvelle technique. Elle a été employée depuis les années 40 dans certains pays comme les Etats-Unis {(ARRA, 1991), (Muncy, 1993)} ou dans les années 50 au Royaume Uni sous le nom de “Retread Process” (Road Emulsion Association). Au cours des décennies suivantes, la technique a progressé avec la conception de matériels spécifiques, et elle est devenue plus compétitive dans les années 70 avec les crises pétrolières. Cependant, l'utilisation du retraitement en place à froid reste encore limité dans beaucoup de pays. Les premiers procédés consistaient à fragmenter l’ancienne chaussée ou à la ripper en utilisant des niveleuses équipées de dents. L'émulsion était répandue sur la chaussée fragmentée, mélangée avec une machine équipée des socs en répétant au besoin l'application d'émulsion et les passages de la niveleuse. Le matériau retraité était compacté avec un rouleau à pieds dameurs. “Le Retread Process” appliqué aux chaussées à faible trafic, consistait à scarifier la chaussée existante sur une épaisseur d'environ 75 millimètres et à fragmenter les blocs avant de remodeler le profil de la route. L'émulsion de bitume était épandue sur la surface et le matériau hersé pour assurer le mélange avec l'émulsion ; ces opérations étaient répétées deux ou trois fois avant compactage avec un rouleau et scellement de la surface avec un enduit superficiel. L'apparition, dans les années 60, de mélangeurs comportant un tambour horizontal muni d’outils pour fragmenter la chaussée, avec la possibilité d'injection de l'émulsion dans la chambre de mélange, a permis d’obtenir des mélanges plus uniformes et un meilleur contrôle de l'application de l'émulsion. Le répandage et le réglage étaient encore effectués avec une niveleuse. Les pulvimixers ont graduellement évolué vers des matériels spécialisés pour le retraitement en place des chaussées en grande profondeur. Au milieu des années 70, de nouvelles fraiseuses ont été conçues pour les chaussées, caractérisées par une puissance élevée et un meilleur contrôle du maintien de la profondeur fraisée. Le retraitement en place à froid peut être effectué de plusieurs manières : - par l'utilisation de diverses machines assurant chacune une ou deux tâches élémentaires et formant un «train » de retraitement, du fraisage au compactage, - par la conception de machines spécialisées effectuant seules l'ensemble des tâches depuis le fraisage jusqu’au répandage du matériau retraité, - par des combinaisons intermédiaires de machines comme décrit dans le chapitre 6.1. L'idée d'employer la mousse de bitume pour produire des mélanges enrobés à froid peut être attribuée à L. Csanyi d'université de l'Etat de l'Iowa en 1956. La technologie de la production de la mousse de bitume avec l'injection d’eau à basse pression a été affinée ensuite dans les années 60. Les applications industrielles remontent aux années 70 en Australie et quelques autres pays comme la Grande Bretagne et la France. En parallèle, un processus à haute pression a été conçu en Scandinavie dans les années 80. L’essor de la technique s’est produit au début des années 90, avec une multiplication du nombre de fabricants d'équipements et des entrepreneurs routiers qui sont devenus intéressés par la technologie, en particulier parce que les premiers brevets pour la production de la mousse de bitume sous basse pression sont entrés dans le domaine public. Les applications, notamment de retraitement en place à froid, ont crû en nombre dans certains pays tels que l'Afrique du Sud, le Brésil, les Etats-Unis d'Amérique, la Scandinavie ou l'Australie. Comme indiqué ci-dessus, l'expérience acquise avec le retraitement en place à froid à l'émulsion de bitume est beaucoup plus ancienne qu’avec la mousse de bitume. Cependant les situations peuvent être assez différentes d'un pays à l'autre. Certains ont développé une industrie AIPCR . 71. 78.02.F - 2003

expérimentée pour la conception et la production de l'émulsion de bitume ; par suite l'émulsion de bitume est alors préférée pour le retraitement en place à froid. D'autres pays, qui n'ont pas eu cette culture et qui avaient d’importants besoins d'augmentation de la capacité structurelle de leurs chaussées souples et de routes en graves non revêtues ont, plus récemment, tourné leur attention vers l'utilisation de la mousse de bitume qui paraissait plus facile à produire et à employer. Ces différences dans l'expérience sont reflétées dans une moindre codification des méthodes de formulation des mélanges et un plus faible recul sur la tenue à long terme des matériaux retraités à la mousse de bitume. Comme on le verra plus loin, les matériaux traités à l’émulsion et ceux traités à la mousse de bitume ne sont pas identiques, du fait en particulier des différences dans la forme de la distribution du bitume au sein du mélange, on se gardera donc de toute assimilation hâtive.

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3.4

ETUDES PRELIMINAIRES

Une évaluation préliminaire est nécessaire pour déterminer s'il est possible d'employer le retraitement en place à froid à répondre aux objectifs des travaux d'entretien ou de réhabilitation, en tenant compte de la nature des dégradations de la chaussée, des matériaux en place et du niveau du service choisi pour la route par les autorités routières. 3.4.1

Investigations de terrain

Les investigations, pour établir le diagnostic sur la nature et l'origine des dégradations puis l’objectif des travaux, ne sont pas spécifiques au retraitement en place à froid. Le diagnostic est établi à partir de l'analyse traditionnelle des fichiers de données, de l'enregistrement des dégradations de surface, de sondages et au besoin de mesures de déflexion. La teneur de ces études n'est pas détaillée ici. Les investigations de terrain doivent fournir les informations nécessaires pour établir la faisabilité de la réhabilitation par le retraitement en place à froid. Cette faisabilité dépend fortement de l’homogénéité des matériaux le long des profils longitudinaux et transversaux. Au cas où les matériaux existants seraient reconnus comme réutilisables en chaussée mais trop variables pour permettre une organisation raisonnable des travaux par tronçons homogènes, on examinera le procédé alternatif de retraitement en centrale1 . Les sondages (au moins un par quelques cent mètres carrés et plus si la route est hétérogène) sont nécessaires pour obtenir des informations sur l'épaisseur des couches et sur l'état des interfaces, ainsi que pour se procurer des échantillons de matériaux pour leur identification et la détermination du leur teneur en eau. Les sondages seront implantés dans les bandes de roulement mais également au milieu et sur le bord des voies. On doit être particulièrement vigilant avec des chaussées anciennes qui ont été construites puis modifiées au fil des années : l’élargissement est souvent effectué avec des matériaux différents de ceux de la partie centrale, la cambrure a été souvent modifiée ; dans ces deux cas les chaussées peuvent avoir des profils en travers très variables. Il est également nécessaire de vérifier que la portance du support sera suffisante pour un travail convenable des engins de retraitement et de compactage. Dans les cas de retraitement en grande épaisseur pour augmenter la capacité structurelle de la chaussée existante, des sondages sous forme de tranchées transversales sont recommandés pour compléter les carottages. Ils fournissent une meilleure vue de l'uniformité et de l'épaisseur des différents matériaux jusqu’au support et permettent le prélèvement d’échantillons représentatifs de matériaux non liés. Enfin, il est essentiel de localiser et d’enregistrer exactement la position de tous les réseaux souterrains. Si un tuyau ou un câble se trouve à moins de 150 millimètres du niveau retraité, les risques de rupture sont élevés surtout si les réseaux sont vieux. 3.4.2

Caractérisation des matériaux en place

La possibilité de retraitement en place sera fonction de la qualité et de la composition des matériaux dans la chaussée ; ceci déterminera s'ils peuvent être par la suite corrigés et s'ils peuvent avoir des caractéristiques mécaniques adéquates après retraitement avec un liant bitumineux. Pour les matériaux non liés, il est nécessaire de déterminer leur composition granulométrique, la plasticité des fines (avec des essais comme l'essai au bleu de méthylène ou l'essai d’équivalent de sable) et la teneur en eau. 1

Un fraisage sélectif, le stockage intermédiaire, le mélange, le tamisage et/ou un concassage complémentaire sont différents moyens qui peuvent être envisagés pour produire des stocks plus homogènes et éventuellement obtenir la granularité et la composition requise pour un retraitement des matériaux en centrale. AIPCR

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Pour les fraisâts d’enrobés bitumineux et les granulats de matériaux traités avec un liant hydraulique, ou avec les matériaux non liés peu résistants, il est nécessaire d’évaluer leur composition granulométrique probable après fragmentation de la chaussée. Sur les fraisâts de matériaux bitumineux, on détermine également la teneur en liant 2 et, sur le liant extrait, les caractéristiques résiduelles (pénétration à 25 °C, ou point de ramollissement bille et anneau). 3.4.3

Faisabilité du retraitement en place

La faisabilité de la réhabilitation de la chaussée par le retraitement en place à froid à l’émulsion ou à la mousse de bitume dépend en même temps : - de l'objectif des travaux, - des caractéristiques des matériaux en place (type, qualité, homogénéité), - d’une résistance suffisante du support de chaussée, - d’une épaisseur suffisante de matériaux. Les critères de faisabilité seront examinés pour chaque type d'application du retraitement en place à froid. Reconstitution d'une couche de fondation ou d'une couche de base en matériau traité pour le renforcement structurel d'une chaussée souple avec une assise en grave non traitée Ce cas correspond à la stabilisation de matériaux granulaires non traités de la vieille chaussée, en incluant les quelques centimètres de revêtement bitumineux présents. L'épaisseur de la couche stabilisée est généralement limitée à 15 centimètres avec l'émulsion de bitume (pour la stabilisation de couches de fondation à l'émulsion et au ciment, une plus grande épaisseur peut parfois être considérée) et à 30 centimètres avec la mousse de bitume. Avec les routes à faible trafic, la couche de base peut être constituée de matériau tout-venant pouvant contenir une quantité significative de fines. Le critère limitant la possibilité de stabilisation à l’émulsion ou à la mousse de bitume est alors la plasticité de la fraction fine du matériau : - si l'indice de plasticité (IP) est supérieur à 12, on cherchera une autre technique pour les travaux, - si l’IP est compris entre 6 et 12, on peut envisager de pré-traiter le matériau avec de la chaux (de 1 à 2% maximum) sur 25 à 30 centimètres. C'est l'analyse économique (de préférence une analyse du coût sur le cycle de vie) qui déterminera si le retraitement en place à froid est viable. Avec les chaussées souples construites avec une couche de base faite d’une grave bien gradué, la situation est a priori plus favorable du point de vue de la qualité des matériaux. On peut alors se référer aux critères retenus pour les mélanges à froid faits avec de nouveaux matériaux : Pour la grave-émulsion, • Propreté des matériaux Equivalent de sable PS ≥60 ou valeur de bleu de méthylène sur la fraction 0/D ≤1 g/kg • Courbe granulométrie du matériau à recycler, après correction granulaire si nécessaire par addition de granulats : D ≤ 31.5 mm 3 25 à 35 % fraction passant à 2 mm 4 à 8 % fraction passant 0,08 mm 2

Si les matériaux bitumineux sont faits avec du cut-back ou s’ils contiennent encore des fluxants, la teneur en liant résiduel doit ête déterminée après chauffage (3 heures à 120 °C). 3 Aux Etats-Unis, pour le retraitement en grande épaisseur (full-depth reclamation), l’ARRA suggère pour le matériau fragmenté : 98-100% passant 50,8 mm (2 in) et 95% passant 38,1 mm (1.5 in). AIPCR

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Pour la grave traitée à la mousse de bitume, la teneur en fines peut être plus importante comme indiqué au chapitre 3.5.2 Réhabilitation de la couche de surface bitumineuse et de la partie supérieure de la couche de base faite de matériaux non liés ou traités avec un liant hydraulique Dans cette catégorie, on peut trouver : - le retraitement en place de la couche de liaison et des quelques centimètres supérieurs de la couche de base, en particulier quand il s’agit de remédier à des problèmes de décollement et de perte de cohésion aux interfaces ; - la reconstitution d'une couche de base traitée. Pour un retraitement à l'émulsion, il est recommandé que la proportion de matériaux " blancs " n'excède pas 25% du matériau à recycler afin d'obtenir un enrobage et une homogénéité corrects. L'épaisseur du retraitement en place est limitée à 12 centimètres. •

Propreté des matériaux non traités les mêmes critères que ci-dessus

•

Courbe granulométrique D du matériel après fragmentation : D ≤25 mm (en acceptant quelques % supérieurs à 25 mm)

• Caractéristiques du liant vieilli (le critère suivant est employé seulement avec l'objectif d'un rajeunissement du liant) pénétrabilité moyenne à 25 °C ≥ 10/10 mm TBA ≤70 °C en moyenne (maximum de 75 °C) (ces valeurs sont des moyennes pondérées sur toute l'épaisseur recyclée) Ces limites sur les caractéristiques du liant vieilli tendent à éviter de devoir ajouter un liant qui serait très mou et qui poserait des problèmes de stabilité du mélange au jeune âge. Dans les pays à climat tempéré (comme la France, l’Espagne), pour le retraitement en place à l'émulsion, ceci conduit à l'addition de bitume ayant au plus une pénétrabilité à 25 °C d’environ 220 / 10 mm. Réparation du revêtement bitumineux Il s’agit ici du retraitement en place de seules couches bitumineuses. L'épaisseur du retraitement en place est limitée à 12 centimètres afin de réaliser un compactage correct. • Courbe granulométrique La règle habituelle est que l'épaisseur de la couche doit être au moins égale à trois fois la taille du diamètre maximum nominal. Ceci conduit à une valeur de D après fragmentation de 25 mm (en acceptant quelques % supérieurs à 25 millimètres). • Caractéristiques du liant vieilli (le critère suivant est seulement employé avec l'objectif d’un rajeunissement du liant) pénétrabilité moyenne à 25 °C ≥ 10/10 mm TBA ≤ 75 °C en moyenne (maximum de 80 °C). Ceci correspond, pour des pays à un climat tempéré, et un retraitement en place à l'émulsion, à l'addition de bitume ayant une pénétrabilité maximale à 25 °C de 400/10 mm.

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3.5

FORMULATION DU MELANGE

3.5.1

Contenu et étapes de l'étude de formulation du mélange

L'approche pour la formulation des mélanges en matériaux retraités à l'émulsion ou à la mousse de bitume demeure principalement empirique. Ceci est dû au fait que les mélanges constitués en laboratoire sont une simulation médiocre des phénomènes qui se produisent en place avec la rupture de l'émulsion ou la cure du mélange à la mousse de bitume, ainsi que l'évolution, qui a lieu avec le temps, des caractéristiques mécaniques du matériau retraité. Selon la pratique de chaque pays, diverses méthodes de formulation des mélanges sont employées pour le retraitement en place à froid ; on retrouve cependant les étapes principales suivantes : 1. Caractérisation des matériaux à recycler, en particulier : - l’homogénéité, - l'évaluation du matériau à retraiter pour juger si l'addition de granulats est nécessaire pour corriger la composition granulométrique, - la plasticité des fines (dans le cas de la stabilisation d’un matériel granulaire), afin d'ajouter au besoin de la chaux ou du ciment, - la qualité des granulats à recycler pour déterminer si elle est convient pour l'utilisation visée, - la nature et la teneur en liant bitumineux pour déterminer le besoin de rajeunissement. 2. Le choix du nouveau liant. 3. L’étude de la compatibilité/affinité entre le liant et le granulat (dans le cas de la stabilisation d’un matériau granulaire non traité). 4. La détermination de la teneur totale en fluide pour le compactage du matériau. 5. L’étude de l’enrobage pour déterminer la teneur en eau initiale, pour choisir l'émulsion et la teneur en fluide totale (dans le cas de l’utilisation d'émulsion de bitume). 6. Le choix de la teneur en liant résiduel et la détermination des propriétés mécaniques. La caractérisation des constituants ne diffère pas des études traditionnelles pour les mélanges bitumineux à chaud ; elle n'est pas détaillée ici. On peut se rapporter aux paragraphes précédents pour quelques indications spécifiques. Pour le retraitement en place des mélanges bitumineux ou de matériaux liés, la question est comment préparer des échantillons représentatifs pour les essais en laboratoire de l'étude de formulation du mélange. C'est la difficulté principale. Pour la composition granulométrique et pour la forme des particules, l'idéal est de disposer de matériau fraisé comme il le sera pendant les travaux, mais c'est très rarement possible à l'étape de l'étude préliminaire. Autrement, il est souhaitable de prendre des matériaux par fraisage avec une petite machine. Pour le prélèvement, dans tous les cas, il est nécessaire de respecter la profondeur à retraiter. Sans matériaux fraisés, des matériaux devront être préparés en laboratoire à l'aide d'un concasseur à mâchoires de laboratoire en essayant de simuler l'effet du fraisage. 4 Au début du chantier, avec la machine de retraitement en place, il est nécessaire de déterminer la distribution granulométrique réelle produite en place et de comparer celle-ci à l'étude préliminaire pour vérifier la représentativité des résultats. La courbe granulométrique doit être déterminée sur le matériau fraisé ou fragmenté ainsi qu’après extraction du liant s'il apparaît nécessaire de corriger la composition granulaire pour répondre aux exigences pour la couche qu’il est prévu de retraiter. 4

Une méthode utilisée par une entreprise en Espagne consiste à cribler le matériel extrait de la chaussée en deux fractions (supérieure et inférieure à 32 mm). La fraction supérieure à 32 mm est placée dans un concasseur à mâchoires de laboratoire puis est criblée au tamis de 5 mm. La fraction initiale passant 32 mm est mélangée aux fractions 0/5 et 5/25 dans les proportions suivantes : 50 kg de fraction passant 32 mm, 7 kg de 0/50 et 1 kg de 5/25. AIPCR

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3.5.2

Considérations sur la composition granulométrique

Puisque le retraitement en place vise à la réutilisation, si cela est possible, du matériau existant, l'objectif n’est pas de chercher à créer une nouvelle composition granulaire respectant un fuseau étroit comme on le ferait pour de nouveaux matériaux. Néanmoins, plusieurs aspects importants doivent être considérés : - l’homogénéité de la composition granulométrique sur chaque section à recycler, - les situations limites du point de vue de la composition granulaire qui font que celle-ci peut ou non être corrigée pour permettre le retraitement en place. D'une façon générale, du fait des difficultés de compactage des matériaux retraités en place à froid, on cherchera à obtenir des matériaux ayant une granulométrie continue, - les discontinuités de compositions et les matériaux pierreux matrice sont généralement peu adaptés au retraitement à la mousse de bitume, car la distribution du liant ne peut pas établir les liaisons et se porte sur un enrobage de la fraction la plus fine. Ceci cause habituellement des concentrations de liant sous forme de boulettes. L'ajout de granulat peut être nécessaire dans deux cas : - pour accroître la capacité structurelle de la chaussée en augmentant son épaisseur, - pour corriger la composition granulaire des matériaux à recycler (par exemple, ajout de gravillons à un sable-bitume). Du point de vue de l'évaluation de l’homogénéité de composition, le tableau 3.1 présente les recommandations faites en Espagne, pour le retraitement en place des mélanges bitumineux. Tableau 3.1. Dispersion maximale acceptable de composition après extraction du liant, sur une section de route considérée comme homogène (Espagne) Matériel fraisé

Liant résiduel

Passant > 2 millimètres ≤2 millimètres ≤0,063 millimètres

% de toute la masse du matériel sec à retraiter

Dispersion maximale ± 6 ±3 ± 1,5 ± 0,5

Cas du retraitement en place à l'émulsion de bitume Pour le retraitement en place des matériaux non liés, les fuseaux granulaires retenus pour la formulation de la grave-émulsion peuvent être pris comme référence. Avec les mélanges bitumineux usuels, le fraisage produit environ 1 à 2 % de fines, les autres restant agglomérées par le liant. Quelques cas doivent être examinés avec une attention particulière du fait de risques d'échec comme les macadams faits avec des granulats durs, en raison du grand déficit de la fraction sableuse. Cas du retraitement en place à la mousse de bitume Pendant le processus de mélange, les gouttelettes de mousse de bitume sont fixées préférentiellement sur les fractions les plus fines (sable et fines) et n’enrobent que partiellement les gravillons. C'est le mastic qui forme les liaisons entre les éléments les plus grands du squelette minéral. Ainsi, les conditions sur la composition du mélange diffèrent pour le retraitement en place avec la mousse de bitume de celles du retraitement à l'émulsion. La teneur en fines doit être au moins de 5%. Figure 3.2 présente les zones considérées comme les plus appropriées au retraitement en place à la mousse de bitume du point de vue de la composition granulométrique. Ces fuseaux sont très larges et dans ces limites, une granulométrie continue avec une valeur de VMA minimale (vides dans le squelette minéral) devrait être recherchée. AIPCR . 77. 78.02.F - 2003

% passing

100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 0,01

D

A B C

0,1

1

mm

10

100

Figure 3.2. Limites recommandées pour définir la convenance de la composition granulaire pour le traitement à la mousse de bitume (Akeroyd, 1988) Zone A : idéale ; zone B : acceptable ; zone C : matériau trop grenu, peut parfois être corrigé par addition de fines ; zone D : matériau peu adapté, trop fin. 3.5.3

Choix du nouveau liant

Retraitement à l'émulsion de bitume Les caractéristiques de l'émulsion à employer dépendent du matériau à retraiter. Fondamentalement, trois cas peuvent être considérés. Le premier (cas A) correspond à la stabilisation de matériaux granulaires non liés (ou quand ils représentent la quasi-totalité de la couche à recycler). Ce cas est analogue à la grave-émulsion. Les caractéristiques chimiques de l'émulsion sont très liées à la teneur en fines et à leur activité. Les plus appropriées sont des émulsions cationiques sur-stabilisées (tableau 3.2). Le choix du bitume est à faire en fonction du trafic et des conditions climatiques. Pour des trafics faibles et moyens et dans des climats tempérés, on peut employer un bitume dont la pénétration à 25 °C se situe entre 70/100 et 180/220. En Scandinavie, où les hivers sont sévères, on emploie un bitume plus mou (jusqu'à une pénétration de 400) voire encore plus mou (V6000 à V12000) s'il y a un risque de soulèvements importants ou de tassements différentiels pendant les périodes de gel/dégel. Dans quelques cas, avec certains types de granulats, des émulsions anioniques peuvent être employées. Le deuxième cas (cas B) est typique du retraitement en place à froid des mélanges bitumineux, comme exécuté en Europe, pour la reconstruction d'une couche de base ou d'une couche de liaison à partir d’un matériau à granularité continue et à faible teneur en fines. Les émulsions les plus appropriées ici sont les émulsions cationiques à rupture lente, faites avec un bitume ayant une faible viscosité (avec parfois un agent de régénération). Le troisième cas (cas C) est typique du retraitement en place à froid des mélanges bitumineux tel qu’exécuté aux Etats-Unis pour le retraitement d'une couche de surface faite d’un mélange ouvert. Les émulsions utilisées, cationiques ou anioniques «high-float » à vitesse de rupture moyenne, contiennent un pourcentage significatif de fluxant (5 à 10%). Les indications données ci-dessus sont portées dans le tableau 3.2, avec la référence aux caractéristiques définies dans les normes du CEN (Comité Européen de Normalisation). Aux

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Etats-Unis, les caractéristiques recommandées pour les liants hydrocarbonés pour les mélanges à froid retraités sont proposées dans les rapports AASHTO M226 et AASHTO M20. A noter que dans tous les cas la technologie des émulsions permet de grandes possibilités d'ajustement en fonction des matériaux de recycler en particulier afin d'améliorer l'adhésivité et les caractéristiques de rupture. Tableau 3.2. Suggestion pour le choix de l'émulsion de bitume pour le retraitement en place à froid (caractéristiques définies dans les normes européennes CEN) Propriétés de l'émulsion Teneur en liant Indice de rupture Temps de mélange avec des fines Stabilité du mélange avec le ciment Adhésivité par l'essai d'immersion dans l'eau Liant de Pénétration résidu de distillation (EN 1431) Point de ramollissement bille et anneau Viscosité Teneur en fluxant

Norme EN 1428 Pr EN 13075-1 Pr EN 13075-2

A 55 –65% > 160 > 180

Cas B 60 –65% 120 –180 > 180

C 60 –70% 80 –140 --

Pr EN 12848

≤2

--

--

Pr EN 13614

≥75%

≥75%

≥75%

EN 1426

Adapté au trafic et aux conditions climatiques, et à la viscosité du liant vieilli à recycler

EN 1427 EN 12595 EN 1431

0 –2%

0 –2%

5 –10%

Les agents possibles de régénération des dérivés légers de pétrole. Ils sont destinés à équilibrer les proportions asphaltènes/maltènes du bitume vieilli, à redonner ainsi une certaine ductilité et réduire la fragilité à basse température. Cependant, contrairement au cas du recyclage à chaud en centrale, le retraitement en place à froid ne permet que se produise un mélange intime le liant de régénération et le bitume vieilli. Le liant de régénération tend plutôt à agir comme un lubrifiant. Une proportion trop élevée peut compromettre la stabilité du mélange et mener à une surface glissante. Traitement à la mousse de bitume Les bitumes habituellement choisis pour produire la mousse dans des climats tempérés ont une pénétration de 60 à 250, souvent aux environs de 100. Des grades plus durs sont généralement évités en raison des risques de colmatage des buses de pulvérisation et d’une qualité de mousse inférieure menant à une moindre dispersion du liant dans le mélange. Dans les régions froides, on emploiera un bitume plus mou. A titre d’exemple, le tableau 3.3 présente les recommandations faites en Norvège. Tableau 3.3 Recommandations pour le choix du bitume en Norvège Température moyenne annuelle (°C) 6

Classe de bitume V6000 –12000 330/430, V6000 –12000 160/220 –330/430, V12000

La pénétration n'est pas une caractéristique suffisante pour qualifier le bitume pour produire de la mousse. Deux caractéristiques sont actuellement considérées pour cela : AIPCR

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-

le rapport d'expansion, HEU, qui est le rapport du volume maximum de mousse au volume initial de bitume, le temps de demi vie, τ1/2, qui est une mesure de la stabilité de la mousse ; c'est le temps en secondes pour que le volume maximal de la mousse diminue de moitié.

Coefficient d’expansion

Les facteurs ayant une influence sur la qualité et les caractéristiques de la mousse sont nombreux. Les principaux sont la quantité d'eau injectée et la température du bitume. Figure 3.3 illustre l'effet de ces deux facteurs.

20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0

5%

Température du bitume

Teneur en eau pour la mousse 4%

180ºC 170ºC 160ºC

3% 2% 1%

0

5

10

15

20

25

30

Demi vie (secondes) Figure 3.3. Illustration de l'influence de la quantité d’eau injectée et de la température du bitume sur les valeurs du rapport d'expansion et du temps de demi-vie de la mousse. Les valeurs habituellement exigées pour HEU et τ1/2 sont un taux d’expansion supérieur à 10 et un temps de demi-vie d’environ 20 à 30s 5, tandis que des valeurs de 7 pour HEU et de 7s pour τ1/2 sont considérées comme des minima absolus. Ces valeurs minimales ne devraient pas être considérées indépendamment, mais plutôt en combinaison.  Pour le bitume pur sans agent moussant, l'approche a été affinée pour déterminer l'optimum de composition avec la proposition d'un index de mousse FI qui combine les coefficients HEU et τ1/2 (Jenkins, 2000) :

FI =

− τ1 2     4 − ER m − 4 ln 4   +  1+ c  ER m * t s  ER   ln 2  m    2c  

où ts est le temps d’injection nécessaire pour produire toute la mousse (en s), ERm le rapport maximum mesuré d'expansion juste après la fin de l’injection, c un coefficient donné par un diagramme. Ces caractéristiques sont obtenues en laboratoire avec une unité de laboratoire pour la production de mousse (Figure 3.4). Le tableau 3.4 indique, selon la valeur de l'index FI, l’aptitude d’utilisation de la mousse de bitume pour des mélanges à froid en fonction de la température du granulat.

5

Certains retiennent un temps de demi-vie de 15s mesuré après la fin de l’injection AIPCR

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Figure 3.4. Unité de laboratoire pour la fabrication de mousse de bitume Tableau 3.4. Classification de l’aptitude d’emploi de la mousse de bitume pour les mélanges froids Index de Mousse FI (s) < 75 75 –100 100 –125 125 –175 175 –200 > 200

Granulat à 15 °C

Granulat à 25 °C

Inadapté Très médiocre Médiocre Moyen Bon Très Bon

Inadapté Médiocre Moyen Bon Très Bon Très Bon

Un index FI supérieur à 125 est recommandé. Si la température du granulat est de 10 à 15 °C avant le mélange, la mousse devrait avoir une demi-vie d’au moins 20 s et un index FI minimum de 500. Un agent moussant est nécessaire pour obtenir ces caractéristiques. Le retraitement par des températures inférieures à 10°C ne devrait pas être envisagé. Des agents anti-moussant sont parfois ajoutés dans le processus de fabrication du bitume. Dans ce cas-ci, il est nécessaire d'ajouter un agent moussant pour pouvoir produire la mousse de bitume et obtenir les caractéristiques ci-dessus. 3.5.4

Etude de l'affinité entre le liant et le granulat

Retraitement à l'émulsion de bitume La question de l'affinité entre le liant et le granulat est un phénomène plus complexe avec les mélanges traités par émulsion qu'avec les mélanges à chaud. Pendant l'étape de mélange, le granulat est le facteur principal d'instabilité de l'émulsion ; il détermine en grande partie le processus d’enrobage et de montée en cohésion. Dans les mélanges à froid, et en particulier lorsqu'il s'agit du retraitement, en plus du paramètre surface spécifique, il est nécessaire de tenir compte des possibilités d'absorption d'eau et de la nature chimique de la surface minérale. Dans le retraitement à froid, il faut distinguer les mélanges où la partie minérale exposée à l'enrobage est faible (les phénomènes que nous décrirons plus tard auront peu d'importance) de ceux où la quantité d'agrégat vierge est grande. Dans ce dernier cas, le mélange peut être comparé à une grave-émulsion et tous les phénomènes décrits ci-après affecteront le processus d'enrobage.

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La présence du granulat produit une fixation de l'agent émulsifiant, qui change le contenu de l'agent tensioactif dans la phase aqueuse. En outre, et ceci est intimement lié à ce qui précède, il y a un dépôt et une fixation de gouttelettes de bitume sur la surface minérale. En même temps, en raison du mélange du granulat avec une émulsion très ionisée (l'émulsion cationique a un pH voisin de 3) on peut noter : - un changement de la valeur de pH en raison de la réaction de la surface minérale qui consomme une partie des ions de la phase aqueuse, et - une libération de cations du granulat, qui peut avoir une influence considérable sur l'instabilité de l'émulsion. Trois phénomènes au moins peuvent initier le processus de rupture de l'émulsion au contact du granulat (Potti, 1999) : - une capacité élevée d'absorption de l'eau par le granulat, - un changement soudain de la valeur de pH, - la présence de cations. Un granulat qui a une capacité élevée d'absorption d'eau produit une précipitation des particules du bitume par “aspiration” ; ceci conduit à un enrobage avec des liaisons faibles. C'est typiquement le cas des roches volcaniques qui ont une porosité élevée. Ce phénomène d'aspiration est d’autant plus important que les granulats sont secs et que la température est élevée. Un changement soudain du pH est un phénomène typique des granulats calcaires avec une neutralisation du pH initial. Ceci peut être repéré par l’analyse de l'eau libérée pendant la rupture (Lesueur, 2000). Cette eau peut avoir un pH de 10-12. Le troisième processus est la présence de terminaisons cationiques libérées par la surface minérale. Par conséquent, en plus des essais traditionnels effectués sur le granulat: composition granulométrique, équivalent de sable et essai au bleu de méthylène… il est suggéré d'étudier les phénomènes décrits ci-dessus par les essais suivants : - la détermination de la capacité d'absorption de l'eau au moyen d'un essai dérivé de l'essai d’équivalent de kérosène en centrifugeuse (CKE) mais en utilisant de l'eau au lieu du kérosène, - la détermination de la réaction du granulat en environnement acide (pour les émulsions cationiques) avec une surveillance du changement du pH, - la détermination des cations en solution. Pour la caractérisation de l'émulsion de bitume, en plus des essais habituels (viscosité, contenu résiduel de liant, etc.), il faut déterminer la distribution des diamètres des particules de bitume (à l'aide d'un dispositif à laser en interprétant les résultats avec le modèle de Mie ou de Frauenhoffer), ainsi que le contenu résiduel en émulsifiant. La capacité d'absorption de l'eau par le granulat aura une influence sur la quantité d'eau nécessaire pour le mélange. Un excès d'eau ou d'émulsifiant peut favoriser l’enrobage mais il peut être beaucoup plus nuisible pour la phase de rupture et pour la montée en cohésion, avec comme conséquence des propriétés mécaniques amoindries du mélange. Traitement à la mousse de bitume Pour le traitement à la mousse de bitume, en raison de l'enrobage partiel des gravillons par les gouttelettes du bitume, il est souvent nécessaire d’augmenter l'adhésivité par l'addition de chaux ou de dopes d’adhésivité en fonction de la nature du granulat. Le dope d’adhésivité est habituellement pré-mélangé au bitume.

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3.5.5

Étude de laboratoire pour la conception des mélanges retraités

L'étude doit permettre de déterminer les quantités suivantes : - le contenu total en fluide pour assurer un compactage adéquat du mélange, dans le cas du retraitement en place des mélanges bitumineux ou des matériaux ”blancs“, - la quantité d'eau à ajouter au moment du fraisage pour obtenir ensuite le bon enrobage par l'émulsion ou une bonne distribution de la mousse de bitume, - la teneur en liant pour obtenir les propriétés mécaniques requises. Ce chapitre traite successivement du retraitement en place à l'émulsion puis à la mousse de bitume. Retraitement en place à l'émulsion de bitume Détermination de la teneur en fluide totale pour le compactage Étude basée sur l'essai Proctor modifié Cette approche utilise la notion «de teneur en fluide totale » (TFC), correspondant à : la teneur en eau initiale des matériaux recyclés, plus l'eau d’apport et l'émulsion de bitume avant rupture. L'essai Proctor modifié est employé pour déterminer la valeur de TFC correspondant à l'optimum (densité sèche maximale). Si à l'étape suivante, un enrobage suffisant ne peut pas être obtenu sans que la teneur en fluide totale excède la valeur de saturation, on peut ajouter un peu de ciment si la correction nécessaire est petite. Sinon, et si les conditions climatiques et le chantier s’y prêtent, on peut envisager une première fragmentation de la chaussée pour permettre une aération suffisante du matériau avant le retraitement en place. Dans le cas de la stabilisation en place de matériaux non-traités pour former une couche de base, au Canada-Québec, l'essai Proctor modifié est également employé pour estimer la densité sèche, qui peut être obtenue sur chantier. L'évaluation de la maniabilité du matériau traité peut aussi être étudiée avec le maniabilimètre de Nynas (Redelius, 1993). Méthode de l'Orégon Cette méthode présentée par l'Association pour la Réutilisation et le Recyclage de l’Asphalte (ARRA), est applicable au retraitement en place d’enrobés bitumineux sans apport de granulats vierges avec des émulsions cationiques ou anioniques « high-float ». La teneur en émulsion est d'abord estimée à l’aide de la formule suivante, en fonction du matériau fraisé et des caractéristiques du bitume résiduel: ECEST = 1,2 + Ag + AAC + AP/V ECEST : contenu supplémentaire estimé d'émulsion en pourcentage, Ag : ajustement pour des gradations de fraisage, en pourcentage, AAC : ajustement pour fraiser le contenu résiduel de bitume, en pourcentage, AP/V : ajustement pour la pénétration ou la viscosité de fraisage, en pourcentage. Les coefficients d'ajustement Ai sont obtenus à partir de la figure 3.5. Exemple: - le % de passant au tamis de 6,3 millimètres (1/4’’) est 62 % - le contenu résiduel de bitume est 5,9% - la pénétration à 25°C (77F) est de 18 10/10mm alors, ECEST = 1,3 %.

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Æ Ag = - 0,1 Æ AAC = 0 Æ AP/V = + 0,2

Figure 3.5. Diagrammes pour l'application de la méthode de l’Oregon Des éprouvettes (diamètre intérieur de 4’’ et élancement de 3 environ) sont alors préparées par compactage statique6 à la teneur en émulsion estimée EC et avec des teneurs en eau croissantes. La différence entre la masse initiale et celle après compactage est notée comme la perte en fluide. Le teneur en fluide totale pour la formulation est celle pour laquelle la perte en fluide est de 1 à 4 grammes. Étude de l’enrobage Cette question doit être examinée principalement pour le retraitement en place à l'émulsion de matériaux “blancs” et de mélanges d’enrobés bitumineux et de matériaux “blancs”. Un bon enrobage par l'émulsion de bitume suppose une certaine humidité initiale. Cette teneur en eau est d’environ : - 1,5 à 2,5% dans le cas du retraitement en place des mélanges bitumineux, - 3 à 5% dans le cas du retraitement en place de matériaux blancs ou comportant une certaine proportion de matériaux bitumineux. La teneur en eau nécessaire croît avec la quantité de fines. Au début, la quantité d'eau, qui peut être absorbée par le matériau non traité, peut être estimée avec un essai dérivé de l'essai équivalent de kérosène en centrifugeuse en utilisant l'eau au lieu du kérosène. Un mélange de granulats, d'eau d’apport et d'émulsion est préparé pour différentes valeurs de teneurs en émulsion et en eau, il est laissé séché dans l’air ambiant (6 à 10 h au Canada-Québec) avant d'effectuer les observations. La qualité de l'enrobage est estimée visuellement. La teneur en eau d’apport choisie est la plus faible quantité permettant d’obtenir un pourcentage minimal fixé de granulats couverts de liant (au Canada-Québec 80 % pour les couches de base). C'est à cette étape de l'étude qu'on ajuste les caractéristiques de l'émulsion en ce qui concerne le temps de rupture. Choix de la teneur en liant La teneur en émulsion nécessaire pour l’enrobage et l’obtention des performances mécaniques habituellement exigées se situe dans les plages suivantes : - 2 à 3% dans le cas du retraitement en place des mélanges bitumineux, - autour de 7% dans tous autres cas. 6

Une minute sous 138 MPa puis 30 secondes pour atteindre 172.4 MPa maintenus pendant une minute AIPCR

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La stabilisation des assises non liées en grave des routes à faible trafic est parfois réalisée avec une teneur en liant inférieure. L'optimisation est faite, encore maintenant, selon des critères de résistance à l'eau et de stabilité dérivés d’essais conçus initialement pour les mélanges bitumineux à chaud (Marshall, Hveem). Les méthodes et leurs variantes sont cependant multiples ; ceci reflète l'empirisme des approches actuelles. Aux Etats-Unis il y a au moins dix méthodes différentes. Lorsque l’on fait une comparaison, il est donc important de ne pas dissocier les résultats des essais mécaniques des conditions choisies pour la préparation et la cure des éprouvettes soumises aux essais. Dans plusieurs pays, la méthode employée est dérivée de la méthode Marshall. Dans la méthode décrite par l’Asphalt Recycling et Reclaiming Association (ARRA), les corps d’épreuve 7 sont préparés avec une teneur en eau totale de 3% pour des teneurs en émulsion variant par incrément de 0,5%. Les spécimens sont alors soumis à essais (poids spécifique, stabilité et fluage à 60 °C). A l'optimum, de nouvelles éprouvettes sont préparées avec des quantités additionnelles de l'eau par incrément de 0,5% pour déterminer le teneur en vides moyenne. La composition du mélange de référence doit avoir un pourcentage des vides entre 9 et 14%. Dans la méthode de ministère des transports du Québec, adapté de la méthode Marshall, la teneur en bitume est choisie pour satisfaire les critères suivants : une stabilité supérieure à 7500 N et une perte de la stabilité, après saturation sous vide et immersion dans l'eau, inférieure à 30%. En Espagne, les éprouvettes sont fabriquées par compactage statique, et subissent une cure à 50 °C dans une étuve ventilée jusqu'à poids constant (en pratique durant 3 jours). La teneur minimale en émulsion est déduite d’essais de compression simple sur des éprouvettes sans et avec immersion ; les valeurs seuils de résistance proposées pour des mélanges bitumineux retraités en place dépendent du trafic (tableau 3.5). Tableau 3.5. Valeurs minimales de la résistance en compression simple pour les mélanges bitumineux retraités en place (Espagne – norme NLT-161)

De 200 à 2000 PL/jour/sens ≤ 199 PL/jour/sens

R air (MPa) 3 2,5

r après immersion (MPa) 2,5 2

r/R mini (%) 75 70

En France, la sensibilité à l'eau et la résistance minimale sont déterminées par l'essai Duriez (NF P 98 2514). Les critères (Cf. § 4.2) portent sur : - la teneur en vides après compactage statique, - le rapport r/R de la résistance en compression simple après immersion et conservation dans l’air, - la résistance en compression simple après 14 jours de cure. Étude de la compactabilité du matériau retraité La presse à cisaillement giratoire peut être utilisée pour évaluer la compactabilité du matériau retraité et pour vérifier que la teneur en vides après compactage ne sera pas trop élevée. L'essai, tel qu’il est pratiqué sur les mélanges bitumineux à chaud, doit être adapté car l'émulsion rompt pendant l'essai et de l'eau est expulsée de l'échantillon (Moutier, 1977). La détermination des paramètres d'essai afin d'obtenir la meilleure discrimination du comportement en cours de compactage des matériaux retraités à l’émulsion est encore un sujet de recherche {(Lesueur, 2000), (Poirier, 2000)}. A l’heure actuelle, il n'y a aucun protocole d’essai permettant d’optimiser la teneur totale en fluide avec la presse à cisaillement giratoire.

7

Les mélanges sont compactés à raison de 50 coups par côté avec la dame Marshall puis ils sont soumis à une cure de 6 jours à 60 °C. AIPCR

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En France, le critère du compactabilité généralement retenu est une teneur en vides après 100 girations (réglages : 1° et 600 kPa) qui doit être inférieure à 25%. En Norvège, la proposition actuelle est de retenir comme référence 96% du niveau du compactage après 200 girations (Myre, 2000). Retraitement en place à la mousse de bitume Une certaine teneur en eau avant traitement à la mousse de bitume est également importante pour obtenir une bonne dispersion du liant lors du mélange avec le granulat, pour améliorer la maniabilité et pour faciliter le compactage. Pour les projets les moins importants, la formulation du mélange peut être déterminée en suivant d’une démarche que l’on peut résumer par les trois étapes suivantes (Jenkins, 2001) : - détermination de la teneur en fluide du matériau à recycler correspondant à l'optimum de l'essai Proctor modifié, - première évaluation de la teneur en bitume à partir de la courbe granulométrique du mélange et en particulier de la teneur en fines. Le tableau 3.6 indique les valeurs recommandées, - détermination de la teneur en bitume à partir des résultats d’essais de compression diamétrale sur des éprouvettes de laboratoire traitées avec la mousse de bitume. Pour les projets représentant un enjeu économique important ou un grand risque, il est recommandé d'inclure d'autres étapes intermédiaires dans la démarche pour optimiser la teneur en eau du mélange et la teneur en bitume, comme cela est présenté par la figure 3.6. Détermination of la teneur en eau à l’optimum de l’essai Proctor modifié sur les granulats non traités

Détermination de la teneur en liant à partir de la courbe granulométrique (cf. Tableau 6)

Optimisation de la teneur en eau pour le malaxage (OMMC) à partir d’essais de compression diamétrale h Optimisation de la teneur en fluide pour le compactage (OFC) à partir de la densité sèche maximale

Détermination de la teneur en bitume à partir des résultats d’essais mécaniques sur des corps d’épreuve préparés à la teneur en fluide totale (OFC)

Figure 3.6. Diagramme de la démarche pour la formulation de matériau retraité avec la mousse de bitume pour les projets importants

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Tableau 3.6. Teneur en mousse de bitume recommandée pour commencer l'étude de formulation (Afrique du Sud) % passant le tamis 4,75 mm < 50

> 50

% passant le tamis 0,075 mm 3 –5 5 - 7,5 7,5 –10 > 10 3 –5 5 –7,5 7,5 –10 > 10

Teneur en mousse de bitume (% de poids de granulats secs) 2,5 3,0 3,5 4,0 3,0 3,5 4,0 4,5

Préparation des corps d’épreuve de laboratoire pour les essais mécaniques Les essais mécaniques effectués pour déterminer la composition optimale d'un mélange retraité à la mousse de bitume sont effectués, en général, sur les éprouvettes cylindriques («briquettes» Marshall) soumises à un processus conventionnel de cure pour simuler le départ de l'eau et de la rigidification du matériau qui a lieu dans la chaussée. Actuellement, il n'y a pas de protocole unique pour le processus de cure ; il change selon les pays, on doit donc être prudent dans la comparaison entre les différentes spécifications techniques. 8 Teneur en eau d’apport La teneur en eau optimale pour le malaxage varie avec la granulométrie du mélange et en particulier avec la teneur en éléments fins inférieurs à 0,075 mm. C'est environ 70 pour cent de la teneur en eau correspondant à l’optimum Proctor modifié. Pour les plus grands projets, il est recommandé pour faire une analyse de sensibilité avec des essais de compression diamétrale sur des éprouvettes préparées à différentes teneurs en eau. Sensibilité à l’eau Comme l’enrobage des gravillons n’est que partiel avec la mousse de bitume, la sensibilité à l’eau est un aspect important à considérer. Ceci est évalué au moyen d’essais de compression diamétrale sur des éprouvettes cylindriques d'abord soumises à une cure puis immergées dans l’eau 9. Le tableau 3.7 présente les valeurs recommandées en Afrique du Sud, selon les conditions climatiques, pour la résistance à la traction résiduelle (le rapport des résistances dans les essais de compression diamétrale après immersion et dans l’air). Au Royaume-Uni, indépendamment des résultats des essais de l’étude de formulation, une valeur minimum absolue de 3,5% est exigée pour la teneur en bitume (Milton, 1999).

8

A titre d’exemple, en Afrique du Sud, il est recommandé de conserver l’éprouvette 24 h dans son moule (quand les éprouvettes sont susceptibles de s’endommager) puis de la porter à 40 °C pendant 72 h. Ceci vise, plus ou moins, à simuler l’évolution qui se passerait sur le site en 6 mois. Au Royaume-Uni, les éprouvettes subissent une cure de 72 h à 60 °C. Les éprouvettes sont conditionnées dans l’air pendant un minimum de 12 h à 20 °C avant les essais. 9 A titre d’exemple, le manuel MS-2 de l’Asphalt Institute propose une immersion d’une heure à 25 °C sous un vide de 100 mm of mercure, puis d’une seconde heure à la pression ambiante. AIPCR

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Tableau 3.7. Spécifications, en Afrique du Sud, sur la résistance en traction résiduelle pour les mélanges traités à la mousse de bitume Conditions climatiques régionales Sec (N > 5) Modéré (5 > N > 2) Humide (2 > N) Vallonné –bien drainé 50 60 70 Plat –mal drainé 60 65 75 N: Index de Weinert (N = 12 Ej/MAP où Ej est l'évaporation en millimètre pour le mois dont les valeurs sont les plus élevées et MAP est la hauteur de la moyenne des précipitations annuelles en millimètre)

L'utilisation de dopes d’adhésivité est recommandée dans les régions humides ou dans les secteurs mal drainés. L'addition d'un pour cent de ciment (ou de chaux) est souvent suffisante. Si la couche de matériau traitée à la mousse de bitume doit demeurer très flexible, il est recommandé de remplacer le ciment par des dopes tels que des amines.

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3.6

CARACTERISTIQUES MECANIQUES DU MATERIAU RETRAITE

Dans le cas de la formulation de nouveaux matériaux, l'ingénieur routier a la possibilité de choisir les constituants et d'ajuster la composition du mélange bitumineux afin d'obtenir des caractéristiques mécaniques prédéfinies fixées par les normes et les documents de spécifications. Dans le cas du retraitement en place à froid à l'émulsion ou à la mousse de bitume, les matériaux en place détermineront en grande partie les valeurs des caractéristiques mécaniques, une fois qu'un enrobage correct est obtenu. Par conséquent, on peut seulement donner ici des intervalles indicatifs et plutôt larges pour les valeurs possibles des caractéristiques mécaniques. Il est également important de rappeler qu’en raison du changement dans le temps des caractéristiques mécaniques du matériau retraité à froid dans la chaussée, les valeurs déterminées dans le laboratoire après un processus conventionnel de cure ont un certain caractère arbitraire. Les différences de valeurs de résistance indiquées par différents pays s’expliquent par les matériaux recyclés et par l'objectif du retraitement (principalement stabilisation de matériau granulaire versus retraitement de couches bitumineuses de surface). Les caractéristiques mécaniques qui sont usuellement considérées pour la formulation des mélanges sont : - la résistance en compression simple ou la valeur de stabilité Marshall sans et avec immersion dans l'eau, principalement comme propriété représentative de la durabilité, - le module de rigidité, comme caractéristique de déformabilité. Actuellement, la résistance à la fissuration par fatigue n’est pas étudiée excepté à des fins de recherche. 3.6.1

Matériaux retraités à l'émulsion de bitume

Généralement les spécifications de résistance se rapportent à une valeur minimum de résistance en compression. Plusieurs exemples ont été donnés dans les chapitres précédents de ce guide. Pour compléter ces indications, les valeurs de résistance en compression diamétrale obtenues au Canada-Québec s'étendent : - avec des granulats concassés bien gradués et des mélanges de fraisâts d’enrobés et de granulats concassés bien gradués, de 0,40 à 0,80 MPa, - avec du tout-venant granulaire, de 0,25 à 0,50 MPa, En ce qui concerne la rigidité, les valeurs de module d’Young obtenues en France (pour une température de l’ordre de 15°C) sur des matériaux retraités prélevés dans la chaussée après quelques mois se situent dans les intervalles suivants : - matériau granulaire non lié stabilisé avec de l'émulsion de bitume, 1500 à 2500 MPa, - matériau retraité à l'émulsion comprenant 75 à 90% de matériau bitumineux recyclé, 2000 à 3000 MPa, - matériau retraité à l'émulsion avec plus que 90% de matériau bitumineux recyclés, 3000 à 4000 MPa. Note: après une période variable, qui peut s'étendre de quelques semaines à plus d'un an après compactage (selon la nature de l'émulsion, l'affinité entre le liant et l'émulsion, les conditions climatiques…) en général, il devient possible (mais parfois jamais !) de prélever des échantillons par carottage pour faire des essais de laboratoire afin de déterminer une valeur de module. La cure du mélange et le vieillissement du liant s’accompagnent d’une augmentation du module du matériau. Après quelques années, on a observé des valeurs d'environ 4000 MPa avec des granulats siliceux. 3.6.2

Matériaux retraités à la mousse de bitume

Pour les matériaux granulaires retraités à la mousse de bitume, une classification est proposée en Afrique du Sud, qui combine les résultats d’essais de compression diamétrale et de compression AIPCR

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simple. Les classes sont indiquées dans le tableau 3.8. La classe FB4 est limitée à des routes à faible trafic, la classe FB1 est prévue pour les trafics les plus élevés. Les valeurs basses, associées à une faible teneur en liant, peuvent ne pas assurer une bonne durabilité des matériaux retraités en présence de l'eau. Tableau 3.8. Système de classification pour les matériaux traités à la mousse de bitume (Afrique du Sud)

Résistance en compression simple à 25 °C (kPa)

700 –1400 1400 –2000

Résistance en compression diamétrale à 25 °C (kPa) 100 – 300 300 – 500 FB4 FB3 FB2

FB1

Il est reconnu en Afrique du Sud que les essais de compression diamétrale et de compression simple ne sont pas les essais idéaux pour caractériser les mélanges à froid. L'essai triaxial fournit des propriétés plus fiables et plus fondamentales du mélange, mais il n'est pas employé dans les études courantes pour des questions de durée et de coût. Néanmoins, l'essai triaxial devrait être retenu pour les mélanges à froid qui n'ont pas une teneur élevée en ciment (< 1,5%). En raison de la distribution de mousse de bitume sous forme de gouttelettes, le matériau traité à la mousse (squelette granulaire maintenu par un mortier riche en mousse de bitume) ne montrera pas la même susceptibilité du module à la fréquence de sollicitation et à la température qu'un mélange à chaud qui aurait la même composition granulaire et la même teneur en liant. Pour le retraitement de couches bitumineuses, au Royaume-Uni, les valeurs cibles pour le module tel que déterminé avec l’appareil Nottingham Asphalt Tester sont un module en compression diamétrale minimum de 2000 MPa pour les résultats individuels et de 2500 MPa pour la valeur moyenne sur l'ensemble de la série d’essais (Milton, 1999).

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3.7 3.7.1

CONCEPTION DES CHAUSSEES UTILISANT DES MATERIAUX RETRAITES Aspects géométriques

Dans le cas du retraitement en place à froid à l'émulsion ou à la mousse de bitume pour la réfection d'un revêtement, l'épaisseur retraitée doit être d’au moins 5 centimètres et d'un maximum de 12 centimètres afin d'assurer l’homogénéité et un niveau de compactage suffisant sur toute l’épaisseur de la couche. Dans le cas de la stabilisation en place à froid à l'émulsion (resp. la mousse de bitume) d'une couche de base non liée, l'épaisseur traitée sera de 10 à 25 centimètres (resp. 10 à 30 cm), la limite supérieure venant des conditions pour le compactage et pour permettre la cure du matériau. 3.7.2

Aspects mécaniques

Matériaux retraités à l'émulsion de bitume L'évaluation des caractéristiques mécaniques est une question à considérer quand l'objectif du retraitement en place est d'augmenter la capacité structurelle de la chaussée existante pour les routes qui supportent un trafic poids lourds minimum (environ 50 camions lourds par jour). Lorsque les travaux sont justifiés seulement par la réparation du revêtement ou pour des chaussées supportant un très faible trafic lourd, les études de laboratoire mentionnées plus haut pour déterminer la composition du mélange retraité peuvent être considérées comme suffisantes. Les chaussées souples ayant une couche de base faite d'un mélange bitumineux à froid se dégradent généralement par cumul de déformations permanentes du support ou des couches inférieures non liées. Si la teneur en liant est faible, le matériau retraité se comporte comme un matériau granulaire avec un module un peu plus élevé. Si la teneur en liant est assez élevée, le matériau retraité montrera de la cohésion mais sa raideur et sa résistance sont inférieures à celles des matériaux enrobés à chaud traditionnels. En raison de ces caractéristiques mécaniques moindres, la détérioration du matériau retraité froid est diffuse avec des microfissures, qui se développent rapidement. Quand on utilise une méthode de dimensionnement rationnelle, avec un modèle de type multicouche élastique pour la chaussée, le critère de dimensionnement sera généralement une limitation sur la valeur de la contrainte verticale εZ au niveau du sol support sous la charge à l’essieu de référence. Une telle méthode exige la connaissance de valeurs représentatives du module d’Young pour le matériau retraité et les autres couches de la chaussée. Cependant, les matériaux retraités à l'émulsion de bitume ont des caractéristiques mécaniques qui changent avec le temps avec le départ de l'eau et la coalescence de la phase bitumineuse. Comme indiqué plus haut, on ne sait pas encore simuler précisément en laboratoire ces changements et par conséquent quelle est l’évolution de la valeur de module à partir de la fin du chantier et au cours des années suivantes. La faible cohésion au jeune âge, souvent ne permet pas de carotter la chaussée pour déterminer une valeur de module en laboratoire sur des éprouvettes. Dans ces conditions, une manière d’estimer les valeurs de module d’Young assignées aux couches de matériau retraité dans un modèle élastique multicouche traditionnel pour le dimensionnement est : - de faire une analyse inverse de mesures de déflexion, - de les déduire de corrélations empiriques avec des caractéristiques tirées d’autres essais en laboratoire. A titre d’exemple, le tableau 3.9 présente des relations utilisées en France (pour des granulats silico-calcaires) avec des valeurs de compression diamétrale sur des corps d’épreuve préparés selon le protocole de l'essai Duriez. En Espagne, une valeur de 4000 MPa à 20 °C est retenue pour les mélanges bitumineux retraités en place.

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Tableau 3.9. Exemple de corrélation entre les résultats de l'essai de Duriez et une évaluation du module d’Young pour des matériaux retraités à l'émulsion, une fois en place dans la chaussée (France) Résultats de l'essai Duriez

Estimation du module d’Young à 15 °C - 10 hertz (MPa)

Matériau bien gradué non lié stabilisé avec de l'émulsion : • R à 14 jours entre 1,5 et 2,2 MPa et r/R > 0,55 • R à 14 jours entre 2,2 et 3,0 MPa et r/R > 0,55 Matériau retraité à l'émulsion comprenant 75 à 90% de matériau bitumineux recyclé : • R à 14 jours inférieur 4 MPa et r/R > 0,65 • R avec 14 jours plus de haut que 4 MPa et r/R > 0,65 Matériau retraité avec l'émulsion avec plus que 90% de matériau bitumineux recyclé : • R à 14 jours plus de haut que 4 MPa et r/R > 0,70 • Autres cas

1500 2500

2000 3000

4000 3000

Matériaux retraités à la mousse de bitume Les caractéristiques mécaniques des matériaux retraités en place à la mousse de bitume changent pendant les mois qui suivent la fin des travaux. L'interprétation de mesures de déflexion faites en Australie (Queensland, 2001) a conduit à assigner les valeurs suivantes aux matériaux retraités à la mousse de bitume : - de 1000 à 2000 MPa à court terme (premiers mois), - jusqu'à 5000 MPa dans certains cas à long terme (après quelques années). Ces valeurs sont cohérentes avec celles mentionnées dans d'autres publications, par exemple : - 2500 à 5000 MPa pour Le retraitement en place de matériau bitumineux mélangé à des granulats concassés (Wirtgen, 1998), - 2500 MPa est la valeur cible utilisée au Royaume-Uni, valeur qui a été retrouvée par calcul inverse de mesures de déflexion sur des chaussées souples réhabilitées (Milton, 1999). La méthode sud-africaine de formulation des mélanges traités à la mousse de bitume reconnaît que, pour les mélanges comportant une faible teneur en liant, les méthodes de dimensionnement demande à être adaptées. Avec des matériaux granulaires traités à la mousse de bitume ayant une teneur en bitume < 2% et un dosage en ciment ≤ 1%, il est nécessaire de tenir compte de la dépendance du module en fonction du niveau de contrainte. Les valeurs de rigidité peuvent doubler de Mr = 600 à 1200 MPa pour une augmentation de la contrainte totale (σ1+ σ2 + σ3) de 100 à 900 kPa pour des matériaux anguleux de qualité et bien gradués. Cette augmentation en valeur absolue est moindre pour les matériaux sableux, par exemple, Mr = 100 à 600 MPa pour la même gamme de contrainte. Il est important de subdiviser un mélange granulaire traité à la mousse de bitume en une série de couches minces de rigidité réaliste pour modéliser une chaussée avec de tels matériaux. 3.7.3

Paramètres d'entrée pour le dimensionnement des chaussées

Dans beaucoup de pays, la conception est effectuée sur une base empirique à partir d’abaques. Le guide 1986 de l'AASHTO emploie une méthode de dimensionnement utilisant la notion de nombres structuraux, SN. Les valeurs du coefficient de couche, ai, applicables aux matériaux retraités ont été déduites du comportement de sections expérimentales : - pour des matériaux retraités à l'émulsion de bitume, la gamme va de 0,17 à 0,41 avec une valeur moyenne de 0,29, - pour des matériaux retraités à la mousse de bitume, la gamme va de 0,20 à 0,42 avec une valeur moyenne de 0,31.

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Il est dit qu'une valeur de 0,30 à 0,35 peut être employée pour le retraitement en place à froid, ce qui est à comparer à la valeur de 0,44 proposée pour les mélanges bitumineux à chaud. Ceci représente une réduction de 32 à 21%. En utilisant le catalogue des solutions de renforcement des chaussées du ministère des travaux publics en Espagne, le facteur d'équivalence entre les mélanges bitumineux retraités à l'émulsion de bitume et les mélanges bitumineux à chaud est de 0,75 (1 centimètre de matériau retraité en place à froid = 0,75 centimètres de mélange bitumineux chaud). Ceci est comparable à la proposition de l'AASHTO. De telles valeurs devraient probablement seulement être appliquées au cas du retraitement des couches bitumineuses supérieures. L'Asphalt Institute propose des abaques pour le dimensionnement des chaussées réhabilitées avec des matériaux retraités en place à froid. L'épaisseur totale de matériau retraité et celle du revêtement fait d'un mélange bitumineux à chaud sont données en fonction du trafic cumulé (exprimé en nombre d’essieux équivalents de 80 kN) et de la portance du support. Deux classes de mélanges sont définies : le type A pour les mélanges granulaires produits en centrale ou avec un équipement spécialisé pour le retraitement en place des chaussées, le type B pour les mélanges sableux ou les mélanges produits en place au moyen de stabilisatrice et de niveleuses. L'épaisseur combinée de la couche de base retraitée à froid et de la couche de surface est obtenue à partir de diagrammes. L'épaisseur du matériau retraité s’obtient alors en soustrayant la valeur recommandée du revêtement en enrobé à chaud. Quand une partie de l’ancienne couche de base granulaire est préservée sous la couche retraitée, l'épaisseur restante est prise en compte et peut réduire l'épaisseur nécessaire de matériau retraité en appliquant un coefficient d'équivalence allant de 0,2 si l'indice de plasticité des fines est à plus égal à 6, à 0,1 si l’IP est supérieur à 6. Pour les calculs de dimensionnement avec un modèle élastique multicouche, il est nécessaire d’attribuer à la couche de matériau retraité des valeurs représentatives pour le module d’Young et le coefficient de Poisson. Pour le choix de valeurs du module d’Young on se rapportera au § 4.2 ; pour le coefficient de Poisson, lequel n'est jamais déterminé expérimentalement en pratique, on peut choisir une valeur de l’ordre de 0,35. Comme mentionné au § 4.2, le critère de dimensionnement est souvent une valeur limite pour la déformation élastique verticale εZ au niveau du sol support. A titre d’exemple, en France, le critère pour les routes à faible trafic est : εz,lim = 1200 N-0.222 avec N, nombre cumulé d'essieux standards de 130 kN. 3.7.4

Couche de roulement

La couche retraitée à l'émulsion ou à la mousse de bitume devra être couverte par un mélange bitumineux à chaud ou au moins par un enduit superficiel pour : - protéger la chaussée des infiltrations d'eau et de l'abrasion par le trafic, - obtenir la texture et l’adhérence requises. Le revêtement doit être mis en œuvre après qu'un temps suffisant soit laissé pour la cure du matériau retraité et un gain en cohésion (Cf. §7). Le choix du revêtement dépend de la nature de la couche de chaussée retraitée, du trafic, des conditions climatiques (la protection est nécessaire en particulier vis à vis des agressions créées par les opérations de viabilité hivernale), ainsi que des objectifs définis par les autorités routières en terme de niveau de service (uni en particulier). A titre d’exemple, lorsque l’on retraite en place une couche de liaison à l'émulsion de bitume, en France on suggère de choisir : - Pour un trafic < 200 PL/jour : entre un enduit superficiel, un enrobé coulé à froid, ou un béton bitumineux très mince ; - Pour un trafic entre 200 et 750 PL/jour : AIPCR

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entre une couche de béton bitumineux mince (4 centimètres), ou une couche de béton bitumineux très mince. Pour le retraitement en place d’une couche de base, l'épaisseur du revêtement bitumineux à chaud dépendra de la conception de la structure de chaussée, avec une valeur minimum pour assurer la protection de l’assise de chaussée. Par exemple, au Canada-Québec, l'épaisseur minimum du revêtement bitumineux à chaud est de 50 millimètres pour les routes secondaires et de 70 millimètres pour les routes nationales. Aux États-Unis, conformément aux recommandations de l'Asphalt Institute : pour des routes à très faible trafic (ESAL < 104), la couche d'usure peut être limitée à un enduit superficiel ; pour les trafics plus élevés, l'épaisseur du revêtement bitumineux varie de 50 à 130 millimètres. Même si les matériaux traités à la mousse de bitume sont stables et peuvent être circulés juste après travaux, il est recommandé qu'un traitement de surface soit appliqué rapidement pour assurer la protection contre les infiltrations d'eau et les arrachements par le trafic. Cependant, il est recommandé de réaliser le revêtement seulement si la teneur en eau dans la couche retraitée est inférieure de 2 pour cent au moins à la valeur de l’optimum Proctor modifié. La durée dépend des conditions climatiques ; pour un climat tempéré il sera généralement d’au moins une semaine.

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3.8

TRAVAUX DE RETRAITEMENT EN PLACE

Le retraitement en place à froid combine un ensemble de tâches élémentaires, qui sont énumérées dans le chapitre 3.8.1. Le chapitre 3.8.2 est consacré au retraitement en une ou deux étapes distinctes. La façon d'effectuer les tâches élémentaires est traitée au chapitre 3.9, qui présente les différents matériels tandis que le chapitre 3.10 donne des directives pour l'exécution des travaux. 3.8.1

Tâches élémentaires

Correction du profil géométrique Dans un certain nombre de cas quand on veut conserver le niveau de la surface de la chaussée existante ou quand il s’agit de corriger le profil transversal (suppression de la cambrure), le retraitement sera précédé par un remodelage de la surface par un fraisage préalable avec enlèvement de matériau. Apport de granulats et correction de la granulométrie Quand la composition granulométrique du matériau en place doit être corrigée ou afin de corriger une mauvaise géométrie de surface ou encore pour augmenter l'épaisseur de la couche retraitée sans affecter les matériaux sous-jacents, il faut apporter de nouveaux granulats. Cet apport de matériau peut se faire : - en répandant le granulat vierge 10 sur la chaussée existante et en mettant en forme avec une niveleuse avant fraisage. Ceci permet de reprofiler en même temps, - en approvisionnant les granulats dans une trémie du malaxeur du train de retraitement (Cf. §3.9). Addition de chaux ou de ciment Portland Pour de petits chantiers sur des routes à faible trafic, s'il est nécessaire d’ajouter de la chaux ou du ciment, ceci peut être fait avec des sacs répandus manuellement sur la surface de la chaussée en amont du fraisage. Il est cependant préférable de se servir d'un épandeur muni d’un distributeur alvéolaire afin d'obtenir une bonne régularité du dosage et un bon contrôle de la largeur traitée. Une autre solution, qui est préférable pour limiter l'émission de poussières, est d'injecter le liant sous forme de coulis dans la chambre de pulvérisation11. L'eau ajoutée pendant ce processus doit être prise en compte dans la formulation du mélange. Fragmentation La vitesse linéaire des outils, leur forme, leur nombre, leur position sur le tambour de fraisage, leur usure, ont une influence sur le résultat de la fragmentation des matériaux de chaussée. Selon la dureté des matériaux, il sera nécessaire de changer plus ou moins fréquemment les outils du rotor. La régularité de la profondeur retraitée et de la qualité de la fragmentation en dépendent. Certaines machines comportent un crible et un dispositif de concassage qui permettent de réduire la taille des plus gros éléments ou les plaques d’enrobés produites par la fragmentation de la chaussée. Additions de fluide Il s’agit d'une part, de l'apport d'eau pour la pré-humidification des matériaux en place, d'autre part, de l'apport de l'émulsion ou de la mousse de bitume.

10

Le répandage de granulats pré-laqués peut aussi être envisagé pour améliorer la résistance du mélange retraité 11 Certaines machines de retraitement en place sont aussi équipées de dispositifs intégrés pour une addition précise et sans poussière de chaux et/ou de ciment. AIPCR

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Quand le retraitement en place est effectué en plusieurs étapes, l'eau nécessaire en complément de celle de l'émulsion ou de la mousse de bitume est incorporée au moment de la fragmentation de la chaussée (Figure 3.7). Ceci contribue en même temps à réduire l'usure des outils et l'émission de poussières. L'introduction du liant (émulsion de bitume ou mousse de bitume) a lieu, selon l'atelier de retraitement, pendant la fragmentation ou lors d’une phase séparée de mélange. Les liquides sont ajoutés au moyen de rampes d’injection situées dans la chambre de fragmentation ou dans le mélangeur associé. Le débit est asservi à la vitesse de déplacement de la fraiseuse ou au poids de matériaux retraités mesuré sur une bande avec bascule de pesage.

Figure 3.7. Injection de l’émulsion ou de la mousse de bitume et de l’eau d’apport à partir de deux rampes dans la chambre de fragmentation Malaxage Le malaxage par les seuls tambours transversaux d'une machine de fragmentation n'homogénéise pas les matériaux dans la direction transversale. Pour obtenir une meilleure homogénéité afin d’éliminer des fluctuations de nature ou/et d'épaisseur des matériaux en place à recycler, le mélange vertical effectué par les outils de pulvérisation doit être complété par un mélange transversal. Ceci peut être fait : - par les diverses manipulations subies par le matériau (mise en cordon avec reprise par le finisseur ou alimentation par bande de la trémie du finisseur), - avec un malaxeur intégré dans l’une des machines du train de retraitement, - en faisant deux passes de la machine de retraitement comme cela est spécifié couramment dans certains pays comme l’Australie. Répandage Le répandage et la mise en forme du matériau retraité peuvent être exécutés de diverses manières selon la nature des machines qui composent le train de retraitement : - sur les routes à très faible trafic pour lesquelles l’uni n’est pas une préoccupation majeure, une niveleuse peut mettre en forme le matériau après un pré-compactage derrière la machine de stabilisation ; - avec un finisseur après reprise des matériaux mis en cordon ; - avec une table intégrée dans les machines multifonctions de retraitement.

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Compactage Il est plus difficile de compacter les matériaux retraités à froid en place que les mélanges bitumineux à chaud traditionnels. Il est par conséquent nécessaire d'utiliser des compacteurs puissants (Cf. §3.9.2). 3.8.2

Retraitement en une ou deux étapes

L'ensemble des tâches élémentaires impliquées par le retraitement en place à froid est généralement effectué dans une seule séquence depuis la fragmentation jusqu’au compactage du matériau retraité. Parfois cependant, il est nécessaire de procéder en deux étapes distinctes pour la fragmentation puis pour le retraitement. Cette manière de procéder est à considérer en particulier dans les cas suivants. Correction importante du profil de la chaussée Quand il est nécessaire de corriger des défauts importants du profil de la chaussée ou d'augmenter de manière significative l'épaisseur de la chaussée, ces cas nécessitent des apports importants de nouveaux matériaux qui seront mélangés au matériau en place. Dans ces cas, on opérera comme suit : - répandage du nouveau matériau sur la surface de la chaussée et fraisage sans liant. C'est à ce stade que l'eau est ajoutée pour une pré-humidification du matériau avant enrobage. En cas d'addition de chaux ou de ciment pour corriger la teneur en eau ou la plasticité des fines, l'addition est faite également à ce stade ; - pré-compactage ; - réglage du profil avec une niveleuse ; - compactage léger ; - retraitement en place à l'émulsion ou à la mousse de bitume à la profondeur requise ; - compactage final. Nota : Si la quantité de granulats d’apport est grande, il peut être plus rentable d’augmenter l'épaisseur en enrobés bitumineux à chaud du revêtement de chaussée. Matériaux trop humides Si la teneur en eau des matériaux en place est trop élevée pour le retraitement en place à l'émulsion ou à la mousse de bitume et si la quantité de fines n'est pas trop grande, on peut opérer comme suit : - fragmentation de la chaussée avec addition possible de chaux ou du ciment. La possibilité d'aération et de modification de la teneur en eau sera maximale si le matériau est placé en cordon puis réglé avec une niveleuse ; - réglage ; - compactage léger ; - retraitement en place à l'émulsion ou à la mousse de bitume. Dans le cas du retraitement en place à la mousse de bitume, s'il y a un pré-traitement avec de la chaux, ceci doit avoir lieu environ une heure avant le retraitement avec la mousse de bitume (4 heures sont recommandées en Afrique du Sud).

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3.9 3.9.1

MATERIELS POUR LE RETRAITEMENT EN PLACE Les différente ateliers de retraitement

Une grande variété de machines a été conçue pour le retraitement en place à froid à l’émulsion ou à la mousse de bitume. Ces appareils vont de machines dérivées de celles utilisées pour la stabilisation de sol aux ensembles complexes qui produisent à la fois le fraisage, le concassage, le malaxage et la mise en forme avec un pré-compactage des matériaux retraités. Ces ensembles peuvent se composer de plusieurs machines opérant à une certaine distance les unes des autres ou reliées entre elles, ou d'une machine unique qui exécute l’ensemble des fonctions. Ceci conduit à un grand nombre de configurations possibles auxquelles correspondent des coûts différents d'investissement et d'exploitation aussi bien que des différences dans le rendement et la qualité des travaux selon le contexte du chantier de retraitement. Ce chapitre décrit les configurations et les types de matériels employés actuellement. Train de machines séparées Cette configuration est surtout employée aux Etats-Unis et au Canada pour le retraitement en place des couches de surface. Elle est dénommée ”train de retraitement en une seule passe” (single-pass recycling train) ou “train complet” (full train) (Figure 3.8). Ce “train ”comporte une fraiseuse de forte puissance, opérant généralement sur une pleine largeur de voie de 3,80m, tirant une unité de criblage et concassage suivie d'un dispositif de malaxage. Le matériau pulvérisé est conduit vers un crible et les morceaux de trop grande dimension passent dans un concasseur (Figure 3.9). Lors du fraisage d’un revêtement bitumineux on cherche généralement à obtenir 100% de passant à 37,5 millimètres (1,5’’) et 90 à 100% de passant à 25 millimètres (1’’). Le matériau est convoyé alors par bande à un malaxeur situé sur la même remorque ou sur une remorque attelée.

Fraiseuse Concasseur

Malaxeur Finisseur

Cordon Citerne d’émulsion

Figure 3.8. Train de retraitement en place L’eau, le bitume (pour la mousse de bitume) ou l'émulsion sont apportés par des camions citernes reliés à la machine précédente par des conduites souples.

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Figure 3.9. Unité de criblage et de concassage Si nécessaire, de nouveaux granulats pour corriger la granulométrie sont répandus en amont du train de retraitement. La chaux est fréquemment employée ; elle est également disposée sur l’ancienne chaussée, en amont de la fraiseuse, à l'aide généralement d'un épandeur. Le matériau de chaussée une fois mélangé à l'émulsion de bitume est déposé dans la trémie du finisseur, ou plus souvent mis en cordon et repris avec un releveur de cordon pour la mise en œuvre avec un finisseur. Dans cette configuration, le finisseur est situé à une distance de 50 à 100 m de l'arrière du train de retraitement en place. Ces configurations correspondent à des assemblages réalisés par les fabricants de matériels sur demande des entreprises routières en recomposant des matériels traditionnels (fraiseuse, broyeur, cribles). Pour le retraitement en place des 4 à 6 centimètres du revêtement bitumineux, le compactage est effectué avec un compacteur à pneumatiques suivi d'un cylindre lisse utilisé sans vibration. Cette configuration de train permet un rendement élevé pour le retraitement en place des revêtements. Elle est adaptée aux chantiers de grande longueur avec des tracés plutôt droits. L'incorporation d’une unité intermédiaire pour le criblage et le concassage permet le retraitement en place en faible épaisseur sur 5 à 6 centimètres. Fraisage intégré + criblage + concassage et une machine séparée de pavage Ici, c'est la même machine, qui effectue le fraisage, qui crible et concasse les éléments grossiers et effectue le mélange avec le liant en utilisant deux malaxeurs longitudinaux parallèles équipés de palettes (Figure 3.10). Le matériau retraité est placé en cordon, repris et mis en forme par un finisseur. L'eau, le bitume ou l'émulsion de bitume sont fournis par des tuyaux souples à partir de camionsciternes placés immédiatement en avant de la machine de retraitement. Si une addition de nouveaux granulats est nécessaire, elle est effectuée en amont de la machine.

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BALANCE ELEVATEUR A GODETS BANDE CRIBLE

CONCASSEUR FRAISAGE POMPE POUR FLUIDE

MALAXEUR A 2 ARBRES

Figure 3.10. Machine de retraitement combinant des opérations de fraisage, de criblage et de concassage Machine unique pour la fragmentation + le malaxage + la mise en œuvre Cette configuration et la suivante n'incluent pas de dispositif intermédiaire de criblage et concassage. Ainsi il n'est pas possible ici de corriger la taille maximum du matériau recyclé ; ceci renforce le besoin d'avoir des états de fragmentation parfaitement adaptés au cas de chantier. Toutes les fonctions sont exécutées en utilisant ici une seule machine (Figure 3.11). Le matériau fragmenté est traité dans la chambre de pulvérisation avec le liant bitumineux, ou bien il passe par une deuxième chambre dans laquelle il est repris avec un tambour transversal et mélangé au liant bitumineux dispersé par des rampes de pulvérisation. Une table équipée de vibrateurs et de dameurs met en forme et fait un pré-compactage du matériau retraité. L'eau, le bitume ou l'émulsion de bitume sont fournis à partir de camions-citernes placés en avant de la machine.

Figure 3.11. Machine de retraitement combinant les opérations de fragmentation, de mélange et de répandage

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Fraiseuse et malaxage + mise en œuvre Le fraisage est exécuté ici avec des fraiseuses, une ou plusieurs, traditionnelles. Il y a trois possibilités pour amener le matériau fraisé à la machine qui assure le malaxage + mise en œuvre : - la mise en cordon et l’emploi d’un releveur de cordon, - le chargement dans des camions suivi du déchargement dans une trémie. Dans ce cas-ci la surface peut être préparée avant mise en œuvre de la nouvelle couche en balayant les débris restants et par le répandage d’une couche d'accrochage, - le transfert par une bande dans une trémie. Le malaxeur comporte habituellement deux axes parallèles équipés de palettes et d'un réservoir de la taille moyenne (approximativement 10 m3) pour l'émulsion. Parfois la machine porte également un silo pour les additifs comme la chaux. D'autres machines ont un double système de malaxage. La première partie est équipée d'un axe transversal, qui mélange le matériau fraisé aux granulats d’apport. Ces derniers sont apportés traditionnellement par camions et sont déchargés dans une trémie frontale du malaxeur. Après cette première étape de mélange, le matériau est repris par un deuxième malaxeur qui comporte deux axes longitudinaux équipés de palettes. Le matériau retraité est transféré à la machine de répandage équipée d'une table lourde et vibrante pour fournir le pré-compactage. Le répandage est effectué en largeur variable de 2,5 à 4.5 m ou même davantage. Un réservoir portant l'émulsion suit la machine. Diverses machines spécialisées de malaxage + répandage existent sur le marché (Figure 3.12). Certains équipements comportent un système des brosses pour le relevage du matériau fraisé pour empêcher qu’il ne reste des débris de matériau recyclé sur la surface fraisée. Bien que le coût de la machine de malaxage + répandage soit relativement élevé, cette configuration est moins chère que les précédentes. Cet aspect économique est l’un des avantages de cette solution, qui permet l'utilisation séparée des diverses machines ainsi qu’un retraitement en place sur des largeurs variables.

Camion avec citernes d’eau, d’émulsion et silo de ciment

Machine de recyclage

Camion amenant des granulats d’apport

Fraiseuse

Figure 3.12 Machine combinant les opérations de malaxage et répandage Fragmentation + malaxage et une machine de répandage Cette configuration et la suivante ne comportent pas de malaxeur séparé. Le mélange est effectué en même temps que la fragmentation de la chaussée (Figure 3.13). Le réservoir de stockage pour le bitume ou l'émulsion de bitume est placé sur une remorque attachée et poussée par la machine de fragmentation + malaxage. S'il est nécessaire d'apporter de l'eau en complément de l'émulsion, elle doit être injectée par une deuxième rampe d’injection avec un circuit fluide distinct. Quand l'ajout de granulats ou d’additifs (ciment ou chaux) est nécessaire, il est accompli en répandant ces matériaux sur la chaussée en amont du fraisage. Pour éviter des problèmes de poussière en cas du vent, l'addition du ciment ou de la chaux peut être faite sous forme de coulis AIPCR . 101. 78.02.F - 2003

dans la chambre de mélange. Dans ce cas, il faut tout particulièrement prêter attention au contrôle des apports d'eau pour éviter une teneur en eau excessive. La largeur d’action de ces machines varie de 1 à 3,5m.

Figure 3.13. Machine de retraitement combinant les opérations de fragmentation et de malaxage Dans cette configuration, le répandage du matériau retraité est effectué avec une machine indépendante (Figure 3.14). Le matériau une fois fraisé et mélangé est placé en cordon sur la chaussée. L'effet de séchage dû aux diverses manipulations doit être pris en compte pour ajuster le dosage requis en eau. Le matériau retraité peut être déposé dans un camion ou directement dans la trémie du finisseur à l'aide d'un convoyeur à bande. Cette dernière option n'est cependant pas conseillée car le matériau retraité à l'émulsion adhère très facilement ce qui peut avoir comme conséquences la ségrégation et un endommagement de la bande.

Figure 3.14. Finisseur répandant le matériau recyclé disposé en cordon AIPCR

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Si le tambour de fraisage produit une bonne homogénéité verticale sur l'épaisseur des couches retraitées, il n'y a pratiquement aucune homogénéisation transversale pendant le mélange. Un certain mélange se produit lors de la reprise du matériau pour sa mise en œuvre avec le finisseur mais ceci peut être insuffisant pour obtenir un matériau homogène sur l’ensemble de la largeur retraitée, en particulier si la constitution de la chaussée est hétérogène suivant le profil transversal. Machine de fraisage + malaxage C'est la configuration la plus simple. Au contraire des précédentes, cette fois il n’y a plus d'équipement de répandage (ni intégré, ni distinct). Le matériau mélangé est laissé en place et mis en forme par un système de volets en sortie de la machine (Figure 3.15). Ces machines sont dérivées des équipements de stabilisation des sols. Les principaux avantages de ces machines sont leur simplicité, leur robustesse et leur moindre coût. Elles présentent cependant deux limites : - l'impossibilité d'homogénéiser transversalement le matériau retraité, - la difficulté d’obtenir une grande régularité aussi bien que l'absence du pré-compactage, qui influencent l’uni et l’homogénéité des performances mécaniques.

Figure 3.15. Retraitement en place avec une seule machine 3.9.2

Critères de performance pour les matériels

La durabilité de la couche de chaussée retraitée en place dépend de l’homogénéité obtenue. Ceci implique que les matériels employés pour mener à bien les travaux aient des fonctionnalités et des caractéristiques appropriées. L'adéquation des divers matériels aux divers cas de chantier peut être jugée à partir des critères suivants. Homogénéisation du matériau avec le liant Lorsqu'il s'agit de la stabilisation de matériaux non traités : - en couche de base pour les routes à faible trafic (T < 85 essieux de 130 kN/jour/sens), et - en couche de fondation des routes avec un trafic inférieur à 150 essieux de 130 kN/jour/sens, on peut accepter que le mélange soit seulement effectué par l'action verticale du rotor de fragmentation (si le matériau en place est homogène dans le sens transversal). Pour les autres applications, le retraitement en place devrait être effectué avec une homogénéisation verticale et transversale, au moyen d'un malaxeur associé ou en reprenant le matériau retraité avec un finisseur. Contrôle de la profondeur retraitée Excepté les cas mentionnés ci-dessus de retraitement en place des couches de base des routes à faible trafic, la variation de la profondeur retraitée doit être inférieure à ± 1,5 centimètres. AIPCR

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Ajout d'eau et de liant Les camions-citernes doivent être choisis en fonction des travaux et du tracé en plan de la route afin de réduire au minimum la rupture du travail de la machine de retraitement. On conseille d'utiliser des camions-citernes ayant une capacité excédant 10 000 litres (même supérieure à 20 000 l pour les chantiers à grande cadence). Addition de ciment ou de chaux Les épandeurs doivent comporter des systèmes pour s'assurer que le débit est contrôlé à ± 0,5 % du débit spécifié. La tolérance associée de construction pour le débit serait ±10 % de la valeur indiquée. Injection de l'eau L'eau doit être injectée dans les chambres de fragmentation ou de mélange par une rampe alimentée par des pompes à débit variable asservies à la vitesse d’avancement de la machine. La largeur d'injection doit également être réglable en fonction de la largeur retraitée. Dosage du liant La rampe d’injection doit permettre l’application d’une largeur variable de liant. Le débit d’injection doit être asservi à la vitesse d’avancement du malaxeur (quand la fragmentation et le malaxage sont effectués simultanément) ou avec le poids du matériau à retraiter (dans les autres cas). Émulsion de bitume La méthode de dosage de l'émulsion doit être précise à ± 10 % de la valeur spécifiée. Ceci exige des possibilités de doser un débit aussi faible que 15 l/min environ. Mousse de bitume Un injecteur test doit équiper la machine de retraitement pour s'assurer que le débit du bitume et les valeurs spécifiées de coefficient d'expansion et de temps de demi-vie de la mousse de bitume sont respectés pour chaque nouveau porteur de liant. Les systèmes de contrôle de la rampe d’injection doivent s'assurer que le débit est obtenu avec une précision de ± 0,5 % par rapport à la valeur visée, afin de limiter la variation de la teneur en bitume ajoutée à ± 0,6 % de la teneur visée. Compacteurs La difficulté avec les matériaux retraités à froid est qu'elle exige un niveau élevé d'énergie de compactage (Figure 3.16). On associe l'utilisation d'un rouleau vibrant (avec une charge statique d’au moins 11 tonnes pour les couches minces et 15 t pour les couches épaisses) et d'un compacteur à pneumatiques (avec une charge par roue de 50 kN et une pression minimale de gonflage de 0,8 MPa).

Figure 3.16 Compactage avec un cylindre vibrant et un compacteur à pneus AIPCR

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3.10 EXECUTION DES TRAVAUX 3.10.1 Organisation du chantier Une planification précise des travaux tenant compte des caractéristiques géométriques de la chaussée à retraiter est nécessaire pour la qualité des travaux et pour le maintien de la route sous circulation. Le travail, dans la plupart des cas, sera organisé pour réaliser la réhabilitation d'une voie, d’une demi-chaussée ou de la pleine largeur sur une base journalière. Ceci déterminera le nombre de passes de fraisage, la position des joints longitudinaux, le sens de chaque passage et de la longueur retraitée. La configuration des machines de retraitement en place permet habituellement de ne fermer qu’une seule voie de circulation à la fois. Il est conseillé de limiter la longueur du chantier mobile à moins d'un kilomètre. La sécurité routière sera assurée par l'application des dispositions réglementaires en matière de signalisation et par l'installation de séparateurs pour délimiter la largeur fermée à la circulation. 3.10.2 Conseils pratiques Travaux préparatoires La programmation des travaux préparatoires doit permettre à l’atelier de retraitement de progresser sans interruption. Suivant les chantiers, les travaux préparatoires comporteront tout ou partie des tâches suivantes : - la réparation ou l'installation de dispositifs de drainage dans les secteurs où l'humidité du support est excessive ; - le déplacement des obstacles tels que les trous d'homme, les bouches d’accès aux services enterrés afin de permettre le retraitement en place à la profondeur nécessaire ; - le fraisage préliminaire d'une partie du revêtement bitumineux afin de maintenir (au besoin) la surface de la chaussée au même niveau après retraitement en place. Cette opération est fréquente en milieu urbain pour tenir compte des contraintes de seuils et de l'existence de bordures de trottoirs. Pour déterminer l'épaisseur du fraisage, on devra tenir compte d’un foisonnement d’environ 10% du matériau retraité en place quand la profondeur retraitée est supérieure à 10 centimètres ; - la correction des profils longitudinaux ou transversaux, afin d'assurer la régularité de l'épaisseur retraitée et un uni approprié. Il s’agit du traitement des zones présentant des ornières profondes ou de grands nids de poule. Cette opération est particulièrement importante lorsqu'il s'agit d’un retraitement en faible épaisseur. On peut également chercher à corriger le profil longitudinal par l'effacement des cambrures mais ceci suppose une épaisseur suffisante de matériau apte à être retraité ; - la réparation des grands défauts localisés ; - le décapage de la terre végétale sur les accotements pour éviter les risques de contamination des matériaux retraités en cas de la mise en œuvre avec une niveleuse ; - le nettoyage de la chaussée pour enlever la terre et les débris ; - la préparation des chemins de roulement de la machine de retraitement afin d'assurer une progression et une profondeur régulières de travail. Conditions atmosphériques limites Dans les deux cas du retraitement à l'émulsion ou à la mousse de bitume, le retraitement ne doit pas être entrepris en cas de la pluie ou de risques de pluie. La température ambiante optimale se situe entre 15 et 30 °C. Aussi pour assurer une cure correcte, il est conseillé de ne pas entreprendre les travaux en arrière-saison. Le retraitement à froid avec l'émulsion ne devrait pas être entrepris si la température de l'air est inférieure à 5 °C. Si la température du granulat est inférieure à 10 °C, il y a un risque élevé que la mousse de bitume ne se disperse pas correctement dans le mélange. Le retraitement doit être évité par des températures basses. AIPCR

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Joints longitudinaux et bandes de retraitement adjacentes Les joints longitudinaux entre le matériau retraité et le matériau en place (quand le retraitement en place ne se rapporte pas à la pleine largeur de la chaussée) et la frontière entre les bandes retraitées adjacentes constituent toujours des zones de faiblesse. Aussi est-il important que ces zones ne soient pas situées dans les bandes de roulement. On tiendra compte également du profil transversal en situant un des joints sur la ligne de changement de profil en travers. Entre la partie retraitée de la chaussée et celle laissée en place, il est nécessaire de prendre en compte le foisonnement du matériau retraité qui peut entraîner une sur-épaisseur. Le matériau retraité a une teneur en vides plus grande que le matériau laissé en place. Le retraitement en place des bandes adjacentes doit être effectué avec un léger recouvrement (1,5 à 2 fois l'épaisseur de la couche avec au minimum 150 millimètres). L'incidence de cette reprise dépend de la façon dont sont effectués les travaux de retraitement : - si le matériau retraité est mis en cordon et repris avec un finisseur, le mélange transversal qui a lieu aura une incidence négligeable (le matériau qui est traité deux fois représente moins de 10 % du tout), - si le retraitement en place est effectuée par une machine unique équipée seulement de rotors transversaux, on doit prêter attention à un excès d'eau ou de liant dans ces bandes (le retraitement a lieu ici sans déplacement latéral des matériaux) et adapter transversalement le fonctionnement des injecteurs des rampes pour l'eau d’apport et le liant. Quand deux machines de retraitement travaillent en parallèle, il est nécessaire d'adopter les mêmes précautions. Le décalage entre les deux machines doit être aussi petit que possible de sorte que le compactage puisse être accompli sur toute la largeur sans créer de joint longitudinal à l'intérieur d'une voie. Joints transversaux Ces joints correspondent à un arrêt de l’atelier de retraitement. Ceci crée toujours un changement dans l’homogénéité des matériaux qui devrait être évité. Le procédé pour réduire au minimum le sous ou le surdosage dépend des machines utilisées pour le retraitement en place et en particulier du mode d'addition du liant. Avec les machines qui combinent la fragmentation et le malaxage, il est suggéré d’effectuer une reprise sur une longueur égale au diamètre du rotor de fragmentation, soit environ 1,5 m. Fragmentation du matériau retraité La vitesse d’avancement de la machine et la vitesse de rotation du rotor doivent demeurer constantes sur chaque section homogène afin d'assurer une profondeur uniforme et l’homogénéité du matériau retraité. Les pics des outils de coupe doivent être dans en bonne condition et l'usure homogène; ils doivent être fréquemment vérifiés (au moins après chaque demi-journée du travail) et être changés en tant que de besoin selon l’usure. Addition d'eau et d'émulsion La distribution doit être homogène pour ces deux fluides. Le dosage de l'eau doit être ajusté selon la teneur d'humidité initiale, les conditions climatiques et les résultats de l'étude de formulation si nécessaire adaptée par la suite après la planche d'essai de compactage. Le bon état des injecteurs et des dispositifs de dosage doit être vérifié, avant le commencement des travaux, hors de la zone à retraiter. Il est nécessaire de nettoyer les injecteurs à chaque arrêt et au moins deux fois par jour.

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Malaxage Avec certaines machines combinant le fraisage et le malaxage, il est possible de modifier le volume de la chambre de mélange ce qui a une influence sur la distribution granulométrique produite ainsi que sur l’homogénéité et l'efficacité du mélange. Couche d'accrochage Dans le cas de la réhabilitation d'une couche de liaison d’une chaussée à assise traitée, ou lorsque l’on retraite une partie seulement des couches bitumineuses existantes, l’accrochage de la couche retraitée sur son support est essentiel pour un bon comportement mécanique de la structure de chaussée. Comme indiqué en chapitre 8, toutes les configurations de machines de retraitement en place ne permettent pas l'application d'une couche d'accrochage. Lorsque l’on utilise un releveur de cordon, il est nécessaire de balayer la surface fraisée aussi bien que possible et en particulier d'enlever les éléments fins de sorte que l'émulsion de la couche d'accrochage soit pulvérisée sur un support propre. Le dosage courant est d’environ 150 à 200 g/m2 de bitume résiduel. Répandage La qualité d’uni et la régularité sont favorablement influencées par l'utilisation d'un finisseur à table lourde (table + vibrateurs). Compactage Il est nécessaire de rechercher le niveau maximum du compactage compatible avec l’uni spécifié. Les procédures de compactage résulteront du compromis entre ces deux aspects; elles seront vérifiées sur la section de l'épreuve de convenance. Elles dépendront de nombreux paramètres: profondeur et type du retraitement en place, de la dureté et du dosage du liant supplémentaire, de l'augmentation de la cohésion du matériau traité, des conditions climatiques, etc. Le nombre de compacteurs nécessaires est déterminé en relation avec le rendement de la machine de retraitement et avec le nombre de passes pour atteindre le niveau de compacité requis. La composition de l’atelier de compactage diffère selon les pays. Pour le compactage de couches épaisses, il semble préférable d'utiliser en premier les rouleaux vibrants (après quelques passages sans vibration) puis les compacteurs lourds à pneumatiques et de finir par quelques passes d'un cylindre lisse pour effacer les marques. Dans le cas du retraitement et du compactage de couches minces, comme aux Etats-Unis, on placera plutôt les compacteurs à pneumatiques en tête suivis des cylindres lisses sans vibration. Scellement de la surface Après compactage, un scellement de la surface est conseillé quand il y a des risques de détérioration de la surface en raison des conditions atmosphériques (basses températures ou risque de pluie forte dans les 48 heures qui suivent la fin des travaux de retraitement) ou du fait des sollicitations produites après remise en circulation (en particulier si le tracé est sinueux, dans les zones d’arrêt…). Le scellement de la surface est obtenu par la pulvérisation d'une émulsion diluée (concentration de 30%) avec un dosage en liant résiduel entre 250 et 350 g/m2. Quand la route est remise en circulation, le scellement est complété par le répandage de petits gravillons 4/6 ou 2/4 aussi légèrement dosés que possible (2 à 3 l/m2 sont suffisants). Le gravillonnage sera suivi de quelques passes d’un compacteur à pneumatiques et du balayage des gravillons roulants. Pose du revêtement définitif Pour faciliter la cure, il est nécessaire de retarder la mise en place de la couche de roulement jusqu'au départ par évaporation d’une grande partie de l'eau résiduelle. Cette durée dépend des conditions climatiques, qui suivent la fin du retraitement en place, mais aussi du trafic que subira la AIPCR

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couche à la fin des travaux. La cure peut prendre quelques jours dans les périodes chaudes (température supérieure à 25 °C) ; dans des périodes plus fraîches elle peut prendre deux semaines ou plus. Pour le retraitement à la mousse de bitume, au Royaume-Uni, la période minimum de cure avant mise en place du revêtement est de 36 heures. Dans certains pays, des critères basés sur la teneur en eau résiduelle sont utilisés pour juger de la possibilité de réaliser la couche de roulement finale (la valeur seuil est de l'ordre de 1 ou 1,5%). En Espagne, il est recommandé de ne mettre en place la couche de roulement définitive que lorsque la teneur en eau dans le mélange bitumineux retraité est devenu inférieure à 1% pendant au moins 7 jours ou quand le matériau peut être extrait de la chaussée par carottage.

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3.11 CONTROLE DE QUALITE 3.11.1 Spécifications et Contrôle Qualité/Assurance de la Qualité En raison de la variabilité inévitable rencontrée généralement le long des sections à retraiter, l'écriture des spécifications doit laisser à l'entrepreneur assez de flexibilité pour pouvoir apporter les ajustements appropriés aux procédures de retraitement. Actuellement, pour ces travaux, les spécifications sont une combinaison de spécifications sur les méthodes et sur les résultats des travaux avec comme tendance d’orienter les spécifications sur les résultats. La formulation de spécifications performantielles basées sur des caractéristiques mécaniques du matériau traité a été envisagé à une époque au Royaume-Uni, mais elle a été écartée en raison de difficultés et des grandes incertitudes sur les possibilités d'extraction régulière de carottes entières à partir de la chaussée. Les spécifications usuellement retenues portent sur : - les caractéristiques des additifs et du liant de retraitement ; - le diamètre maximal des matériaux de la chaussée retraitée. Cette exigence est essentielle pour la régularité et l’uniformité du répandage. En raison de la variabilité du matériau en place, il n’est pas réaliste de produire des spécifications pour de nombreuses tailles de tamis intermédiaires ; - la profondeur de fragmentation et l’épaisseur de retraitement si elles sont différentes ; - la teneur en eau de pré-mélange et la teneur en liant ; - la densité du matériau compacté. L'utilisation de la densité maximum théorique est recommandée à la place de valeurs de densité déterminées en laboratoire, en raison de la variabilité du matériau en place et des différences de condition de compactage entre le laboratoire et le chantier ; - la calibration des matériels. En raison des variations des matériaux en place, un contrôle efficace peut seulement être obtenu par l’exercice d’un contrôle continu de la profondeur de fraisage et de l'application du liant de retraitement. Le contenu détaillé du contrôle de qualité dépend des matériels utilisés et ne sera pas présenté ici. Dans les chapitres suivants l'attention est prêtée à certains aspects plus spécifiques au retraitement en place à froid. Les généralités sur les opérations de contrôle de qualité ne sont pas abordées. Le lecteur est également invité à se référer à différents documents énumérés dans le chapitre des références bibliographiques pour plus de détails. 3.11.2 Avant les travaux L'acceptation des divers matériels exige un examen détaillé de la documentation technique, des références aux travaux précédents et un contrôle de la conformité de ces matériels à la proposition faite par entreprise dans son offre. Un contrôle des constituants, du dosage des additifs et la vérification des valeurs indiquées par les systèmes de contrôle en continu sont à faire lors de l’épreuve de convenance. Des sections d'essai sont souvent nécessaires pour vérifier les possibilités de l'équipement de retraitement en place et pour choisir les modes opératoires en tenant compte des spécificités des matériaux du site. Sur ces sections d'essai, on déterminera en particulier : - l'influence de la vitesse d’avancement de la machine de pulvérisation sur la distribution granulométrique et sur la qualité de l’enrobage (dans le cas des machines qui combinent les fonctions de fragmentation et de malaxage), - la profondeur efficace de la fragmentation, - le nombre de passes des compacteurs, la teneur en eau optimale pour le compactage et la tolérance sur la teneur en eau...

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3.11.3 Pendant les travaux Au début du chantier, l'entrepreneur doit démontrer que le matériel et les procédures proposés répondent aux spécifications. Ceci devrait être évalué avec une section représentant au moins 100m pour de très petits chantiers et une demi-journée de travail pour les chantiers importants. Cette section servira également aux mesures de référence de densité avec les sondes nucléaires. Lors des travaux, on doit procéder à la vérification des aspects suivants, avec une fréquence qui doit être adaptée à la taille du chantier et aux changements des matériaux de chaussée le long du tronçon à retraiter : - dosage de l'eau et du liant, - taille maximum du matériau recyclé, - teneur en eau du matériau en place, - profondeur du retraitement, en plus des contrôles traditionnels du compactage. 3.11.4 Après les travaux Il n'y a aucun contrôle spécifique différent de ceux exécutés à l’occasion d’autres types de travaux de réhabilitation de chaussée.

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3.12 CONSIDERATIONS DE COUT 3.12.1 Considérations générales Un certain nombre d'avantages associés au retraitement en place à froid, par rapport aux techniques traditionnelles de réhabilitation par le rechargement devraient se refléter directement sur les coûts directs des travaux : - pas ou beaucoup moins de granulats vierges à fournir, - moins de transport de matériaux. Cependant, la comparaison entre les solutions ne devrait pas être faite sur le coût de la réhabilitation de la chaussée seul mais sur une base plus globale afin d'être représentative de la valeur économique réelle du projet. On devrait en particulier inclure les coûts : - de mise en décharge des matériaux, - des travaux annexes (ajustement des niveaux, relèvement des bordures, des accès, etc.) liés à l’élévation du profil de la route, - les dommages aux routes voisines associés au transport des matériaux jusqu’au chantier, - etc. La réalisation d’une analyse du coût sur la durée de vie devrait également être encouragée afin d’appréhender également les coûts du gestionnaire et des usagers associés aux activités de réhabilitation et d'entretien préventif sur la période d'analyse. Ce type d'analyse peut rendre le retraitement en place à froid plus concurrentiel (FHWA, 1998). Le transport du matériel de retraitement jusqu’au chantier peut avoir un grand impact sur le coût des travaux. Par conséquent les gestionnaires de la route quand ils planifient les travaux de réhabilitation devraient examiner la faisabilité et la pertinence du regroupement de certaines opérations dans des secteurs voisins. Ceci peut réduire de manière significative le coût de retraitement par mètre carré de chaussée remise en état. 3.12.2 Coûts directs à considérer pour une évaluation complète Les coûts dépendent fortement des caractéristiques du projet : surface à retraiter, rendement journalier et distances quotidiennes de transport des matériaux en particulier. Ce chapitre énumère les articles à considérer pour l'évaluation des coûts directs. Matériaux (à la tonne) - liant bitumineux (émulsion ou bitume, pour le retraitement et pour la protection de surface au besoin), - dope d’adhésivité (au besoin), - modificateur de plasticité (chaux ou ciment, au besoin), - sable (pour la protection de surface, au besoin), - granulats importés (pour la correction granulaire ou autre, au besoin). Le prix des matériaux est la somme du prix au départ de l'usine (ou de la carrière) plus le prix du transport. Habituellement le prix du transport doit être augmenté pour tenir compte du temps de déchargement. Tous les coûts additionnels liés à la manipulation du matériau sont inclus ici. Bien que de grandes quantités de l'eau soient nécessaires pour le retraitement en place, l'eau, pour humidifier le matériau retraité ou pour produire la mousse de bitume, n'est pas souvent identifiée dans le bordereau de prix ; le coût doit alors être inclus dans le prix du matériau et/ou de l'opération de retraitement. Retraitement (par mètre carré ou mètre cube) Le coût de l'opération de retraitement combine les coûts suivants :

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matériel (machine de retraitement y compris son transport au chantier plus le matériel annexe: compacteurs, citernes d'eau, niveleuses, unité de production de coulis ou épandeur de liant en poudre, au besoin), personnel, consommables (les outils de coupe, gaz, eau au besoin).

Le coût de l'opération de retraitement dépend fortement du rendement quotidien de l'atelier, qui est déterminé par l'épaisseur de la couche, la nature du matériau à retraiter et l'efficience de l'organisation du chantier. Les productions quotidiennes vont habituellement de 2 500 à 8,000 m2, 4 500 m2 étant une valeur typique. Pour de petits chantiers le transport du matériel de retraitement peut avoir un impact élevé sur le prix final. Le coût des travaux extérieurs de protection devrait être inclus ici. Le coût final est habituellement indiqué au mètre carré (en utilisant l'épaisseur moyenne de la couche finale) ou au mètre cube de couche réalisée ; le plus souvent les recouvrements ne sont pas inclus. En général il est également nécessaire d'avoir des prix unitaires pour les postes suivants. La préparation de surface (par mètre carré) Cet article inclut tout les travaux nécessaires pour préparer la surface de la chaussée au retraitement : nettoyage, réparations localisées, etc. La signalisation

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3.13 ILLUSTRATION DE LA TECHNIQUE Quelques exemples sont présentés ici pour illustrer une variété de situations où le retraitement en place à froid à l'émulsion ou à la mousse de bitume a été employé. 3.13.1 Exemple d'application au Canada-Québec Le retraitement en place est une technique utilisée au Canada-Québec pour la réhabilitation des sections de route quand les dégradations observées sont liées au comportement de la partie supérieure de la chaussée et pas aux événements associés au gel. La séquence des opérations de retraitement en place est la suivante : - fragmentation de la chaussée jusqu’à une profondeur maximum de 300 millimètres. Si l'épaisseur des couches bitumineuses est supérieure à 150 millimètres, la partie supérieure est d'abord enlevée par fraisage de sorte que le matériau fragmenté ne contienne pas plus que 50% de matériau bitumineux recyclé. Cette limitation a été introduite pour limiter la réduction du module du matériau fragmenté, - un réglage et un compactage limité afin d'obtenir une forme appropriée de la chaussée et de permettre la poursuite de la circulation pendant les travaux, - l'addition au besoin de granulats pour corriger la courbe granulométrique du matériau obtenu après fragmentation ou pour corriger le profil existant de la chaussée, - le réglage avec une niveleuse des granulats d’apport, - un premier compactage, - le traitement en place sur une épaisseur de 100 à 150 millimètres à l'émulsion ou à la mousse de bitume, - le compactage final, - la pose du revêtement bitumineux après une période de cure de 1 à 7 jours selon les conditions atmosphériques. 3.13.2 Exemple d'application dans KwaZulu Natal (Afrique du Sud) Le retraitement en place tend à se répandre pour la réhabilitation et l'amélioration des routes existantes en Afrique du Sud. A titre d’exemple récent, une section de 30 kilomètres sur l'itinéraire R22 à travers la région des Makhatini Flats dans le nord du KwaZulu-Natal a été mise aux normes des routes revêtues en utilisant la méthode du retraitement en place. Une pénurie de matériaux de construction appropriés dans le secteur a incité à l'adoption de cette méthode de construction qui a nécessité de recycler la couche de roulement en grave (précédemment importée au-dessus des distances au-dessus de 50km) pour constituer une nouvelle couche de base, mélangée avec le matériau sableux localement disponible. Ce mélange a été stabilisé avec de la mousse de bitume et de la chaux hydratée. La réhabilitation nécessitait l’élargissement de la chaussée et la rectification du tracé en plan. Ceci a entraîné l’enlèvement de la couche de surface existante en gravier et son stockage temporaire pour permettre la reconstruction de l’assise de la chaussée. Les travaux ont été réalisés dans l'ordre suivant : - terrassements en utilisant le sable local de dune d'Eileen pour une mise à la cote finale de la route moins 200mm ; - apport d’un sable silteux à partir d’un emprunt sélectionné et mise en œuvre pour réaliser une couche de forme de 100mm sur l’arase des terrassements ; - apport de la grave de l’ancienne couche de roulement depuis le dépôt provisoire et mise en place en une couche de 100mm d’épaisseur sur la couche de forme ; - pré-traitement en utilisant la méthode de retraitement en place pour mélanger une couche de 200mm avec 2% de chaux hydratée, mettre en œuvre et compacter, le matériau étant laissé évoluer pendant une période d’au moins 24 heures ; - stabilisation sur une épaisseur de 250mm avec 3,7% de mousse de bitume par retraitement en place, compactage, réglage au niveau final et compactage avec un compacteur à pneumatiques pour terminer la couche de base.

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La route a ensuite été ouverte à la circulation pour au moins une semaine avant de balayer les gravillons roulants et d’appliquer un coulis bitumineux de 8mm. Cette route a été couverte d’un enduit superficiel monocouche 0/13mm après 5 ans. 3.13.3 Exemple d'application au Cap (Afrique du Sud) Le retraitement en place est de plus en plus utilisé pour la réhabilitation des routes existantes en Afrique du Sud. Sur la route N7 près du Cap, 18,7 kms de la voie lente d'une route à quatre voies à chaussées séparées ont été réhabilités par retraitement en place à la mousse de bitume. Cette solution fut un compromis. La solution optimale aurait consisté à reprendre la couche de base existante comme couche de fondation et à la recharger par de nouvelles couches de base et de roulement bitumineuses, mais ceci excédait le budget disponible. Des essais extensifs ont été effectués sur les couches de base et de fondation pour déterminer leur homogénéité en terme de composition et ainsi leur aptitude à être recyclées par retraitement en place à froid. En outre, des essais ont été faits sur des échantillons prélevés dans la chaussée pour déterminer la teneur optimale en liant bitumineux et en ciment. L’emploi d'émulsion de bitume et celui de mousse de bitume ont été examinés pour le retraitement en place. Les essais en laboratoire ont comporté des essais triaxiaux statiques et dynamiques avec les deux types de traitement, qui ont donné des résultats comparables pour l'émulsion et la mousse. Une teneur en bitume de 2,3% et de 1% en ciment a été choisie pour le projet, compte tenu des résistances obtenues. La décision d’employer la mousse de bitume plutôt que l'émulsion, a été prise principalement sur la base de considérations sur la teneur en fluide et sur les conditions de compactage. L'eau supplémentaire présente dans les mélanges à l'émulsion, ainsi que la teneur en eau en place, auraient conduit à une quantité de fluide totale de plusieurs pour cents au-dessus de la valeur de l’optimum, compromettant ainsi le compactage. La séquence retenue pour les travaux était la suivante. La couche de base existante avait une épaisseur de 200mm et une partie de la couche de fondation a dû être incluse dans la couche retraitée pour améliorer le pourcentage de fines. Par conséquent le fraisage a été fait sur une profondeur de 250mm, c’est-à-dire. 200mm de la couche de base et 50mm de fondation. La couche de surface était composée de 19mm de Cape Seal si bien que très peu de matériau bitumineux s’est trouvé incorporé au matériau retraité. La mousse de bitume et le ciment ont été ajoutés sur la pleine largeur de la voie lente et de l’accotement sur une épaisseur de 250mm ; la spécification sur le compactage était d’obtenir 101% de l’optimum Proctor modifié. Cette spécification fut ensuite transformée en 85% de la densité relative apparente. Le compactage a été effectué avec un cylindre de 18 tonnes et une fois la bonne teneur en eau obtenue, aucun problème de densité n'a été rencontré. Les granularités sont restées homogènes avec très peu de variations. Aucune circulation n’était autorisée sur la couche. Le répandage était fait à la niveleuse et le matériau en excès (jusqu’à 10%) était évacué. Une quantité limitée de slushing a été autorisée pour le compactage de la surface. La couche de roulement bitumineuse n’a pas été mise en place avant 48 heures, après application d'une couche d'accrochage. Dans certains cas, en raison des conditions atmosphériques, le matériau retraité n’a été recouvert par l'enrobé qu’après plus de 3 semaines. 3.13.4 Exemple d'application à Casablanca (Maroc) En 1999, la municipalité de Casablanca a fait face au problème de la réhabilitation de la chaussée de l'autoroute urbaine qui était sévèrement endommagée sur les deux voies. La solution classique était un rechargement de la chaussée existants avec une nouvelle couche de base de 12 cm d'épaisseur en enrobés bitumineux avec une couche de roulement bitumineuse de 6 centimètres. AIPCR

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Cependant, cette solution présentait deux inconvénients majeurs du fait de l’élévation du niveau de la surface de la chaussée : - la démolition et la reconstruction de la glissière de sécurité en béton du côté du terre-plein central ; - le gabarit des ponts se trouvait réduit en deçà des normes. Par ailleurs, la durée des travaux était estimée à 8 mois alors que cette autoroute doit accepter un trafic quotidien de 40 000 véhicules. La solution alternative choisie a combiné le remplacement du matériau existant par un mélange bitumineux et un retraitement en place à froid en fonction des différences de dégradations et d’exigence sur la capacité structurelle pour les voies lentes et rapides: - fraisage froid de la voie lente sur 8 centimètres et insertion d’une nouvelle couche d’enrobé à module élevé de 8 cm ; - retraitement en place à froid à l'émulsion de bitume des 8 centimètres supérieurs pour la voie rapide. Les deux voies ont été couvertes par une couche de roulement en béton bitumineux de 6 centimètres. Avec cette solution, la durée des travaux a été limitée à 2,5 mois. Elle a réduit considérablement le transport des matériaux dans ce secteur urbain et a limité le relèvement du niveau de la surface de la chaussée ce qui a permis l’économie de travaux annexes onéreux. 3.13.5 Exemple d'application en Louisiane (Etats-Unis) Pour la reconstruction de la route 190 près de Baton Rouge (USA) le projet en béton armé continu comportait une couche de fondation en matériau traité à la chaux et une couche de grave non traitée de 20 centimètres. Le projet comportait également l’enlèvement de la chaussée existante composée de 20 centimètres d'un rechargement bitumineux sur la chaussée initiale en dalles de béton ; ceci produisait de grandes quantités de matériau de chaussée bitumineux à recycler. La réutilisation avec traitement du matériau bitumineux est apparue moins onéreux que l’importation de grave non traitée pour constituer une nouvelle couche. Le rechargement bitumineux a donc été fraisé puis traité en centrale fixe à la mousse de bitume et du ciment Portland. Une unité de scalpage/criblage a été installée en amont du malaxeur pour éliminer les éléments supérieurs à 25 millimètres. Deux pour cent d’eau 2% ont été ajoutés pour atteindre l’optimum de teneur en eau de 8%. Le mélange sortant du malaxeur était déchargé directement dans les camions, qui ont fourni le matériau traité à la chaussée à moins d’un mile du chantier. La couche de base a été réalisée en deux couches. L’épaisseur finale après compactage de 10 centimètres a été obtenue à partir de 15 centimètres de matériau. Le compactage de chaque couche était réalisé avec 5 passes d'un cylindre métallique de 14 tonnes. Le problème principal rencontré lors du chantier avec le finisseur était la capacité à compacter les joints longitudinaux compacts. La mise en œuvre du matériel retraité sur toute l'épaisseur avec un dozer a été essayée avec succès. 3.13.6 Exemple d'application dans le Maryland (Etats-Unis) 12 La chaussée existante présentait des fissures d’origine thermique, de l’orniérage, un profil déformé avec de la fissuration grave et des réparations localisées. Cette route étant la seule voie d’accès à un hôpital, la circulation des services de secours et commerciale devait être maintenue pendant les travaux et la route ne pouvait pas être totalement fermée pendant les travaux de réhabilitation. La route était bordée des deux côtés par des caniveaux en béton. Après réhabilitation par traitement, la surface du revêtement en enrobés à chaud devait se trouver au niveau des caniveaux. Par conséquent la couche de base retraitée de 100 millimètres devait être, après compactage à 37,5 millimètres en dessous du niveau des caniveaux. En retraitant en place à froid il a été décidé de déplacer une partie du matériau vers le centre de la chaussée et créer une 12

Exemple tiré du guide “Pavement recycling guidelines for state and local governments” (FHWA, 1998) AIPCR

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pente sur le profil en travers de 20 pour cent. Le retraitement s’est fait l’aide d’un porteur de bitume poussé par une machine de fraisage opérant en pleine largeur de voie (3m) avec un rotor fraisant de haut en bas. Le matériau de l’ancienne chaussée fraisé était mélangé au liant en une même opération et disposé directement dans un finisseur qui l’a répandu à l’épaisseur souhaitée. Le compactage a été assuré en combinant un compacteur à pneumatiques lisses de 30 tonnes et d'un cylindre vibrant métallique de 12 tonnes. Le matériau retraité a pu être circulé sans problème majeur. La circulation a été maintenue pendant le chantier avec des restrictions sur les voies et la vitesse. Le matériau retraité a été laissé pour une période de cure de sept jours. La circulation a alors été rétablie sans restriction. 3.13.7 Exemple d’application en Allemagne En Allemagne, le retraitement à froid en centrale fixe est utilisé depuis 1990 comme une alternative au retraitement avec des liants hydrauliques pour le recyclage des matériaux de chaussée contenant du goudron. Le recyclage de matériaux de chaussée contenant du goudron n’est en effet pas autorisé par un procédé à chaud. Le goudron, dérivé par pyrolyse de la houille, contient une quantité considérable d’hydrocarbones aromatiques polycycliques (HAP) qui sont classés comme cancérigènes. Le goudron dérivé de brown coal contient moins de HAP mais beaucoup de phénol, qui est toxique en grande concentration. Il peut être élué par l’eau ou libéré dans un procédé à chaud. Dans le retraitement à froid, jusqu’en 2003 seule l’émulsion de bitume était employée, une nouvelle recommandation va autoriser aussi la mousse de bitume. Comme l’on veut s’assurer que le matériau comportant du goudron est bien contenu pour éviter toute élution de produits toxiques, seul le retraitement en centrale est autorisé. La composition granulométrique du mélange doit respecter les spécifications des mélanges bitumineux pour couche de base. Ceci peut entraîner l’addition de granulats vierges. Pour éviter la dispersion des matériaux contenant du goudron, cette addition est limitée à 15% en poids. Les émulsions, dosées à 60 à 65%, sont à base de bitume 50/70 ou 70/100 selon la norme EN 12 591. De plus, une valeur de pH au plus égale à 3 et un temps d’écoulement inférieur à 12 s (norme DIN 52023-1) sont recommandés. Ce sont les mêmes grades de bitume qui sont retenus pour la mousse de bitume. Les mélanges comportent usuellement une teneur en liant de 4 à 5% pour l’émulsion (3 à 5% pour la mousse de bitume) et 1,5 à 2% de liant hydraulique. Ceci permet en général de satisfaire aux spécifications : - liaisons effectives au sein du mélange, - teneur en vides comprise entre 4 et 12%, - stabilité Marshall ≥ 2 kN (à 60 °C) ou ≥ 10 kN (à 25 °C) - respect des exigences environnementales indiquées ci-après. L’étude de formulation doit comporter des essais de lixiviation. Deux éprouvettes sont testées selon la norme DIN 38 414. Le lixiviat est contrôlé vis à vis de la teneur en HAP (les 16 HAP selon EPA) qui doit être inférieure à 0,03 mg/l et l’indice de phénol qui doit aussi être inférieur à 0,03 mg/l. L’aspect critique est de trouver l’équilibre entre l’épaisseur de couverture bitumineuse pour satisfaire aux exigences environnementales et une stabilité acceptable pour la couche compactée. A l’exception des aspects environnementaux, les autres indications chiffrées sont seulement des recommandations car cette application ne peut pas encore être considérée comme une méthode habituelle de construction.

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3.14 CONCLUSIONS Le retraitement en place à froid à l’émulsion ou à la mousse de bitume a démontré, par les nombreuses applications réalisées dans plusieurs pays, l’intérêt économique et la valeur technique de cette solution pour la réhabilitation de chaussées supportant un trafic poids lourds modéré. Il convient de souligner la diversité de ces applications qui vont de la stabilisation de couches d’assise en grave non traitée à la réhabilitation de couches de surface en enrobés bitumineux. Cette solution s’inscrit dans une démarche de développement durable en valorisant les matériaux existants et en limitant le recours à l’emprunt de matériaux vierges. Sa prise en considération au stade des études d’entretien doit donc être encouragée par les services gestionnaires d’autant que la technique se prête souvent à la réalisation de travaux sous circulation. Si les premières applications ont été faites il y a quelques décennies avec des matériels traditionnels de construction routière, il existe maintenant des matériels spécifiques pour le retraitement en place des chaussées. Ces matériels, par leur puissance, par les dispositifs de contrôle de la profondeur de travail et de l’injection du liant, ont permis d’améliorer de manière importante la régularité et la qualité des travaux. Ceci a rejailli directement sur la durabilité des sections retraitées. Il ne faut perdre non plus de vue la solution complémentaire du retraitement à froid en centrale qui peut s’avérer mieux adaptée dans certains cas compte tenu des besoins et ressources en matériaux pour le chantier considéré et de la nature des travaux à réaliser. L’essentiel des dispositions techniques présentées dans ce guide pour le retraitement en place à froid à l’émulsion et à la mousse de bitume est aussi applicable au retraitement à froid en centrale. La démarche de formulation reste cependant encore très empirique en raison notamment de l’absence de méthode d’étude en laboratoire permettant de reconstituer des corps d’épreuve représentatifs de l’état des matériaux après fragmentation et de simuler leur évolution en place pendant la période de cure qui suit la mise en œuvre. Cet empirisme se traduit par l’emploi d’essais de laboratoire conventionnels ne rendant pas compte des caractéristiques intrinsèques du matériau et effectués sur des corps d’épreuve soumis à des procédures arbitraires de cure. A partir de là il est difficile de formuler des spécifications performantielles sur le matériau en place. Par ailleurs la multiplicité des méthodes d’étude rend difficile la comparaison entre résultats d’un projet à l’autre. De ce fait, les spécifications pour les travaux restent encore largement fondées sur les moyens et leur contrôle. Il est dès lors essentiel de s’assurer en début de chantier que les paramètres retenus pour les travaux (vitesses de rotation et d’avancement pour la fragmentation, dosage en eau d’apport et en liaison, plan de compactage, etc.) permettent d’obtenir l’homogénéité et la compacité nécessaires à des travaux de qualité et durables. L’avantage de la technique est de permettre une adaptation, dans certaines limites, à la variabilité locale de nature et d’état des matériaux en place. Il faut cependant pour cela, dans la conduite du chantier, être très attentif à l’identification des conditions rencontrées au fur et à mesure de l’avancement de l’atelier de retraitement, adapter en conséquence les paramètres de fonctionnement et les maintenir constants sur les sections considérées comme homogènes. Moyennant ces précautions, l’expérience a prouvé que des travaux de bonne qualité étaient possibles. Pour l’essor de la technique qui a déjà démontré tout son intérêt sur les plans technique, économique et environnemental, il est important de continuer à soutenir les efforts de recherche, en vue tout particulièrement de faire évoluer les méthodes de formulation et de permettre l’énoncé de spécifications performantielles dont le respect pourra être vérifié sur site. Des actions sont engagées dans ce sens (voir par exemple le projet européen Score, 2002), elles sont à poursuivre.

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3.15 RÉFÉRENCES 36. Akeroyd, F. M. L., Hicks, B. J. (1988) Foamed bitumen road recycling. Highways, January 37. ARRA. Guidelines for cold-in-place recycling. Asphalt Recycling and Reclaiming Association. Annapolis, USA 38. ARRA. Full depth reclamation, a century of advancement for the millenium. Asphalt Recycling and Reclaiming Association. Annapolis, USA 39. Asphalt Institute (1986). Asphalt Cold-Mix Recycling. Manual series n°21, second edition, 1986, Lexington, USA 40. Del Val, M. A., Rocci, S. Guia para el dimensionamiento de firmes reciclados en situ en frio. Probisa, Espagne. 41. Dirección General de Carreteras de Espaňa (2001) Reciclado de firmes. Orden Circular 8/2001. Art. 20 Recyclado in situ con emulsión de capas bituminosas, pp.11-24 42. Estonian National Road Administration (1996) Instruction on construction of stabilised pavement layers. 43. Federal Highway Administration (1998) Life-cycle cost analysis in pavement design. Report FHWA-SA-98-079, Washington, U.S.A. 44. Jacobson, T., Hornwall, F. (2000) Cold recycling of asphalt pavement. Mix in plant. 2nd Eurasphalt & Eurobitume Congress. Barcelona, Book2, pp. 260-267 45. Jenkins, K. (2000) Mix design considerations for cold and half-warm bituminous mixes with emphasis on foamed bitumen. Ph. D. thesis, University of Stellenbosch, South Africa 46. Jenkins, K., Collings, D., Theyse, H., Long, F. (2002) Interim guidelines : The design and use of foamed bitumen treated materials. University of Stellenbosch, AA Loudon and Partners, CSIR Transportek 47. Kendhal, P. S., Mallick R. B. (1997) Pavement recycling guidelines for state and local governments. Participant’s reference book. Federal Highway Administration report FHWASA-98-042. Washington, U.S.A. 48. Lafon, J.-F. (1993) Retraitement à froid des chaussées à l’émulsion de bitume. Méthodologie d’étude , suivi de réalisations et de comportement. Bulletin de liaison des Laboratoires des Ponts et Chaussées, n°183, pp.23-34 49. Lesueur D. (2000) Predicting the in-place compacity of cold mixes. 2nd Eurasphalt & Eurobitume Congress. Barcelona, Book2, pp. 315-325 50. Lesueur, D. (2000) Emulsion aggregates interactions through water analysis. 2nd Eurasphalt & Eurobitume Congress. Barcelona, Book2, # 334 51. Milton, L. J., Earland, M. (1999) Design guide and specification for structural maintenance of highway pavements by cold in-situ recycling. TRL report 386, Transport Research Laboratory 52. Ministère des Transports du Québec. Méthode de formulation à froid des matériaux recyclés stabilisés à l’émulsion. Procédure de laboratoire LC-26002. Juin 1996. 53. Ministère des Transports du Québec. Guides et Manuels techniques : Retraitement en place des chaussées (1996). Laboratoire des chaussées. ISBN 2-550-31030-6 54. Muncy, S. G. (1993) Cold in-place recycling practices in North America. 5th Eurobitume congress. Vol 1B, paper 4.39, pp 886-889 55. Moutier, F. (1977) Mélanges hydrocarbonés à l’émulsion. Etude du départ de l’eau à la presse à cisaillement giratoire. Bulletin de liaison des Laboratoires des Ponts et Chaussées, JuilletAoût, pp. 61-70 56. Myre, J., Telle, R. (2000) Mix design for cold mixes. 2nd Eurasphalt & Eurobitume Congress. Barcelona, Book2, pp. 417-424 AIPCR

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3.16 ANNEXE – RETRAITEMENT A FROID EN CENTRALE A L’EMULSION OU A LA MOUSSE DE BITUME Le retraitement à froid à l’émulsion de bitume ou à la mousse de bitume peut être réalisé en place ou en centrale fixe. Le choix entre ces deux solutions techniques a un impact important sur les aspects logistiques et l’économie du projet. Le retraitement en centrale fixe est généralement employé pour réutiliser les matériaux de chantiers précédents alors que le retraitement en place permet le réemploi sur place des matériaux de la chaussée à réhabiliter. Cette dernière technique s’avère en général plus économique pour les travaux de réhabilitation du fait de la réduction importante en besoin de transport de matériaux. Inversement, le retraitement en centrale permet un meilleur contrôle de la variabilité des matériaux qui peuvent être disposés dans des stockages intermédiaires et peuvent être mieux caractérisés avant retraitement. Le retraitement en centrale est employé lorsqu’il y a des stocks de fraisâts d’enrobés et que la chaussée doit être démontée pour quelque raison. La méthode la plus courante pour cette déconstruction est le fraisage à froid suivi du transport des fraisâts jusqu’à une centrale. Un mélange bitumineux retraité en centrale à froid peut aussi être utilisé pour recharger une chaussée existante qui n’a pas besoin d’être démontée. Malgré les différences sur le lieu où s’opère le mélange, dans le cas du retraitement à froid à l’émulsion de bitume ou à la mousse de bitume, les exigences sur les matériaux, sur les matériels, la méthode de formulation, mais aussi les conditions d’emploi sont très largement similaires. Les indications données dans ce guide sont donc aussi, pour l’essentiel, applicables au retraitement en froid en centrale. Cette annexe vise à compléter la présentation de l’éventail des techniques de retraitement à froid. Des indications sur la méthode de construction et les matériels peuvent être trouvées dans le document Pavement recycling guidelines for state and local governments (FHWA, 1998). Une autre illustration du retraitement à froid en centrale fixe est présentée ciaprès ; il s’agit de la méthode pratiquée en Suède où, chaque année, 600 000 tonnes de vieux enrobés sont retraitées à froid (Jacobson, 2000). Bien que l’emploi des malaxeurs continus domine, des centrales de malaxage discontinues sont aussi utilisées. Un élément commun de ces centrales est leur grande mobilité. Par suite, la technique est applicable à petite échelle, et, comme elle peut être implantée à proximité des travaux ou du lieu de stockage temporaire, elle peut réduire les besoins en transport. Le vieil enrobé est concassé et criblé ; les aggrégats plus grands que 16 mm pour les couches de surface (22 mm pour les couches d’assise) sont enlevés. Le granulat est habituellement criblé en deux fractions 0-8 et 8-16 ou 8-22 mm. Des granulats vierges sont ajoutés si la teneur en liant du fraisât est élevée (> 6%) ou pour améliorer l’homogénéité et la maniabilité du mélange. La teneur en eau est ajustée en fonction des résultats de l’essai Proctor modifié. En raison des conditions climatiques de la Suède, un bitume mou est utilisé pour l’émulsion (voir chapitre 4.3.2). Le mélange retraité comportant une proportion élevée d’éléments grossiers, le risque de ségrégation pendant le chargement, le transport et la mise en oeuvre doit donc être prise en considération.

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4 GUIDE POUR LE RECYCLAGE A CHAUD EN CENTRALE DES ENROBES BITUMINEUX

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4.1

REMERCIEMENTS

Le présent guide a été préparé au sein de comité technique 7/8 « Chaussées routières » par un groupe de travail présidé par Jan van der Zwan (Pays-Bas) avec la participation des experts Jan van der Klooster et Ruud Reintjes (tous les deux des Pays-Bas) qui ont, pour une bonne part, rédigé ce guide. Des contributions écrites ont été reçues de : Andrus Aavik (Estonie), Claude de Backer (Belgique), Luc de Bock (Belgique), Rudi Bull-Wasser (Allemagne), Safwat Said (Suède), Sally Ellis (Royaume-Uni), Yasumasa Torii (Japon). Des commentaires ont été reçus de : Allan Bell (Australie), Bronislaw Jefimow (Pologne), Jean-François Corté (France), Guillermo Templeton (Mexique), Jan Kudma (République Tchèque), John Williams (Royaume-Uni), Micael de Silva Alves (Portugal), Elias Ndlovu (Zimbabwe), Jean-Gabriel Hammerschlag (Suisse). Un mot de remerciement spécial est réservé à Rudi Bull-Wasser, qui a fourni les dessins de ce guide, et à VBW-Asfalt (Association néerlandaise des entrepreneurs d’asphalte), à Torbjörn Jacobson (Suède) et à la Division d’Ingénierie Hydraulique et Routière (Pays-Bas) pour la mise à disposition de photos.

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4.2

RESUME

Ce rapport démontre que le recyclage de recyclats d’enrobés pour la fabrication d’enrobés à chaud peut être aussi simple et aussi compliqué que la production d’enrobés chauds neufs. De même qu’il y a plusieurs manières d’organiser, de spécifier et de produire les enrobés, il existe aussi plusieurs manières de recycler les enrobés dans les centrales d’enrobés à chaud. La conclusion la plus importante de ce rapport est que la meilleure façon pour chaque pays de recycler les enrobés en centrale à chaud est d’adapter la méthode utilisée pour la production des enrobés normaux.

Figure 4.1. Les routes asphaltées modernes satisfont aux exigences élevées des usagers (ici, une couche de roulement en enrobés drainants). Le recyclage des enrobés peut se répéter maintes fois. Il n’existe pas de directive unique pour décrire ou même prescrire le recyclage des enrobés en centrale à chaud ; il y a plutôt diverses méthodes, qui donneront des résultats plus ou moins bons. Il n’y a pas non plus une seule réglementation ou un seul élément préférentiel d’équipement. Ce rapport se situe donc entre une directive stricte et une description de l’« état de la technique ». L'avantage est que chaque pays, indépendamment de la phase de développement du recyclage des enrobés en centrale dans laquelle il se trouve, apprendra quelques nouveautés, sans avoir à réinventer la roue. Abréviation RA

ARA NA HAP RAT

Définition Recyclats d’enrobés ( par ex. conformément à la norme européenne prEN 13108-8) Enrobés bitumineux - Projet). Le granulat RA est obtenu en concassant des enrobés démolis ou à partir du fraisage de couches bitumineuses de routes ou de digues. Ces granulats ont habituellement un calibre maximum de 40 mm (13 à 32 mm pour l'application dans les couches de roulement et les couches de liaison). Enrobé de recyclage à base de recyclats d'enrobés. Enrobé neuf, c'est-à-dire sans RA. Hydrocarbures polycycliques aromatiques Recyclat d’enrobé contenant du goudron

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4.3

POINTS IMPORTANTS POUR LES DECIDEURS

Dans ce rapport, le recyclage à chaud d'enrobés en centrale est défini comme une technique permettant de produire des enrobés en centrale avec un certain pourcentage de granulats de recyclats d'enrobés (RA) comme matière première. Ce pourcentage peut varier de 0 à presque 100 % selon le type de centrale et le type de mélange à produire. Dans le contexte de ce guide, le recyclage est considéré comme la réutilisation de matériaux (déchets) sous la même forme que celle qu'ils avaient auparavant, et avec plus ou moins la même application. Dans de nombreux pays, les opinions quant à l’usage d’ARA sont semblables à celles concernant l’usage des NA. Cela veut dire que les principes de base servant à apprécier l'usage des NA peuvent servir en grande partie pour estimer la valeur des ARA. De plus amples informations se trouvent dans l’annexe 4.13.2. 4.3.1

La Pyramide d’exigences

La « pyramide d’exigences » (Figure 4.2), un modèle « intelligent » utilisé aux Pays-Bas, peut s’appliquer pour définir les paramètres destinés à spécifier certaines qualités. Elle a plusieurs niveaux : Niveau d’exigences 1 : Exigences de l’usager 2 : Exigences fonctionnelles 3. Exigences de la structure 4 : Propriétés élémentaires des matériaux 5. Exigences concernant les matériaux

Type d’exigences Sécurité, confort, durabilité, accessibilité, temps de parcours Frottement, uni, réduction de bruit, nombre de voies Résistance, capacité portante, durabilité Résistance contre la fatigue et l’orniérage, degré de compactage, porosité Composition de mélange, résistance à l’écrasement et au polissage, propriétés rhéologiques de liant, compactabilité, vides

EXIGENCES DES USAGERS

EXIGENCES FONCTIONNELLES

EXIGENCES DE CONSTRUCTION

SECURITE, CONFORT, ACCESSIBILITE, TEMPS DE TRAJET, ETC

UNI, REDUCTION DU BRUIT, ADHÉRENCE, NOMBRE DE VOIES, ETC

RIGIDITÉ, PORTANCE, DURABILITE, ETC

PROPRIÉTÉS ÉLÉMENTAIRES DES MATÉRIAUX

RESISTANCE A LA FATIGUE, DEFORMATION, FISSURATION, EPAISSEUR, ETC

EXIGENCES SUR LES MATÉRIAUX BRUTS ET LES PRODUITS DE CONSTRUCTION

COMPOSITION, GRANULARITE, VIDES, DEGRE DE COMPACTAGE, CPA, PEN, ETC

Figure 4.2. La pyramide d’exigences

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Grâce à l’utilisation de ce modèle et en partant des spécifications au niveau le plus élevé (en général, un compromis entre des buts politiques différents), le technologue routier est capable de développer des spécifications jusqu’au niveau le plus bas. Par ailleurs, les spécifications au niveau le plus bas garantiront que la route aura la performance à laquelle on s‘attend aux niveaux supérieurs. Des modèles définissent la relation entre les différents niveaux ; par ex. : la méthode pour la détermination de la composition du mélange pour la relation entre les niveaux 5 et 4 ; la méthode pour la conception de la structure pour la relation entre les niveaux 4 et 3. Si on répond aux spécifications au niveau le plus bas (incluant les exigences relatives à la production, à la pose et à la compaction), on produira des enrobés avec des caractéristiques fonctionnelles spécifiques (résistance à la fatigue, durabilité, rigidité, résistance à la déformation et à la fissuration, etc.). On se sert de ces caractéristiques pour calculer l’épaisseur des couches nécessaire à la capacité portante compatible avec les volumes de circulation correspondant à la durée de vie désirée, et pour établir les caractéristiques de surface nécessaires pour obtenir un déplacement confortable et sûr. Cette philosophie ne s’applique pas seulement au recyclage, mais mène également à une meilleure compréhension des nouvelles approches des enrobés en général. (Voir aussi l'annexe 4.13.2). L’utilisation de ce modèle rend possible la réduction des risques associés à l’emploi des nouveaux matériaux pour lesquels seule une information empirique restreinte est disponible ainsi que la réduction du temps d’attente pour l’obtention des résultats de pistes d’essais. 4.3.2

Spécification d’exigences de niveau 5

L’enrobé à chaud (NA ou ARA) qui répond aux spécifications du niveau 5 de la pyramide d’exigences sera de bonne qualité. Ces exigences s’appliquent au mélange lui-même ainsi qu’à sa production, sa pose et son compactage. En complément, il faut satisfaire aux exigences des matériaux constituants telles que la qualité des granulats minéraux et des liants bitumineux. Ces caractéristiques apparaissent aussi sur la pyramide d’exigences au niveau 5. Beaucoup de pays spécifient des exigences en relation avec : - la composition du mélange en termes de granulométrie des pierres, des sables et des fines d’apport ainsi que de teneur et de type de liant ; - les caractéristiques Marshall, telles que la stabilité, le fluage et le quotient ; - les caractéristiques volumétriques comme les vides, les vides remplis de bitume, etc. RA est un élément constitutif des mélanges ARA, et les caractéristiques suivantes de RA doivent être vérifiées : - analyse granulométrique de tout composant minéral ; - quantité de liant et sa viscosité ; - quantité et analyse granulométrique de pierres rondes et des pierres concassées et, là où cela a son importance, d’autres critères de qualité pour l’agrégat minéral ; - quantité de HAP ; - quantité de liant modifié et type de modifications (par exemple polymères). Avec ces données il est possible de fixer une composition d’enrobés contenant des RA. (Voir également le chapitre 4.6 « Formulation du mélange « ). 4.3.3 Composition et production de ARA Philosophie et restrictions quant aux pourcentages de RA à utiliser Il existe deux approches différentes de la quantité de RA dans un mélange La première approche consiste à limiter l’addition de RA à une faible quantité (par exemple de 10 à 15 %), et de ne pas s’en servir dans tous les mélanges. Cela peut s’effectuer au niveau technique le plus bas par addition froide (voir le chapitre 4.8), ce qui réduit les coûts d’investissement. En ajoutant seulement une petite quantité de RA, l’influence de la non homogénéité éventuelle sur l’enrobé résultant est minimisée et presque négligeable. On suggère AIPCR . 125. 78.02.F - 2003

même parfois que les agrégats du RA ne doivent pas répondre nécessairement à toutes les exigences auxquelles doivent répondre les granulats neufs, par exemple le CPA peut être moindre, s‘il y a seulement 10 % de RA dans le mélange total et à la surface du revêtement. Si la quantité totale de RA produite dans un chantier ou dans un pays peut être utilisée de cette manière, il n’est pas nécessaire d’investir davantage ou de faire plus de recherches. Si cela n’est pas une solution pratique, il se peut que des pourcentages plus élevés de recyclage soient nécessaires. Cela demande des méthodes additionnelles plus variées au plan technique et technologique. Dans la deuxième approche, l’homogénéité du RA est un facteur important pour la détermination de la quantité maximale de RA admise dans un mélange. Cette quantité maximale est basée sur les facteurs suivants (valeurs moyennes) : - les caractéristiques de l’agrégat et du liant (valeurs moyennes) ; - l’homogénéité des caractéristiques ; - l’équipement disponible de la centrale d’asphalte. En se servant des catégories ou de l’écart type des caractéristiques de la viscosité, de la teneur en liant, des fines d’apport et des granulats, il est possible de déterminer la quantité maximale de RA dans un mélange en se basant sur les tolérances admises par les prescriptions. Comme le producteur doit garantir les propriétés du produit final, si une quantité plus grande de RA est ajoutée, l’homogénéité de ce RA doit être meilleure que lorsque seule une petite quantité est ajoutée. Inversement, quand le RA a une faible homogénéité, seule une petite quantité peut être ajoutée au mélange. Quelques mélanges sont plus sensibles aux changements volumétriques que d’autres, par exemple le SMA. Le recyclage des mélanges pour les assises est plus simple à contrôler que le recyclage des enrobés pour les couches de roulement. L’adéquation technique de l’équipement doit être prise en considération. Le chapitre 4.8 recommande la quantité maximale de RA qui peut être ajoutée. Avec les « méthodes froides », on peut atteindre un taux de recyclage de 10 à 20 %, selon la teneur en eau des matériaux. En se servant d’un tambour parallèle il est possible d’augmenter ce taux jusqu'à 80 % (Figure 4.3) Il faut évaluer les limitations de chaque type d’équipement.

Figure 4.3. Une centrale d’enrobage avec un tambour parallèle pour de hauts pourcentages de recyclage

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Chacun des facteurs mentionnés ci-dessus restreint la quantité de RA qui peut être ajoutée. Naturellement, les chiffres les moins élevés donnent le pourcentage qui peut être ajouté pour la production d’un certain type de mélange avec l’équipement de la centrale d’enrobage, compte tenu des caractéristiques spécifiques de cette matière première. Toutefois, la quantité relative de vieux enrobés devant être recyclée, par rapport aux enrobés neufs, sur base des règlements nationaux, est un facteur économique très important dans le calcul du pourcentage à réaliser. Quelques pays émettent des restrictions techniques quant au pourcentage de RA à utiliser pour la production des divers niveaux de qualité des enrobés. Belgique La partie flamande de la Belgique limitait, pour les couches d’assises, la quantité de RA à : - 40 % pour RA homogène - 20 % pour RA non-homogène et - 10 % dans le cas d’addition froide. Les mêmes pourcentages s’appliquent aux couches de roulement, mais seulement quand le RA est ajouté chaud . L’utilisation de RA n’est toutefois pas autorisée dans les couches de roulement de type SMA ou enrobés drainants [14,15,16] Pays-Bas En théorie, les Pays-Bas admettent 50 % de RA dans les couches de roulement. Cependant, dans la pratique, on utilise seulement 20 %, parce que la plupart des entrepreneurs ne prennent pas les risques liés aux pourcentages plus élevés. Il n’est pas permis d’utiliser le RA dans des mélanges sensibles tels que les SMA [2]. Le comportement de ce type de mélange est déterminé par ses propriétés volumétriques. Il est évident qu’avec l’ajout d’un certain pourcentage de RA, il est plus difficile de contrôler les propriétés volumétriques des mélanges potentiellement sensibles à l’orniérage. Dans le cas des enrobés drainants, les Pays-Bas ont entrepris d’importantes recherches quant aux possibilités de recycler des anciens enrobés drainants en nouveaux enrobés drainants [1]. Royaume Uni Le Royaume-Uni utilise les RA dans des proportions variées ; 10 % pour les couches de roulement, 30 % pour les couches d’assises (cela peut être augmenté jusqu'à 50 % et même plus, si des essais accélérés de chaussées donnent de bons résultats. 100 % pour les couches d’assises est même possible, à condition que des précautions adéquates soient prises). Si cela est possible, on préfère recycler les RA dans les mélanges les moins sensibles. La nécessité d’arriver à de hauts pourcentages de recyclage peut se baser sur des règlements locaux ou nationaux ainsi que sur les quantités de RA produites en relation avec la production des mélanges chauds. L’incorporation de hauts pourcentages est possible, mais des investissements dans l’équipement de manutention (homogénéisation) sont nécessaires. Ainsi, sur base des situations locales, les entrepreneurs et les clients doivent prendre en considération les facteurs locaux lors de la prise de décision quant à la pratique du recyclage le plus durable, et qui offre le meilleur rapport qualité-prix. 4.3.3

Les données fournies dans les dossiers d’appels

Dans beaucoup de pays, les données concernant les RA reprises au paragraphe 4.3.2. sont recueillies par le client au départ de carottes extraites de l’ancien revêtement bitumineux et de l’examen des données historiques des vieilles couches bitumineuses. Ces données sont fournies à l’entrepreneur par les dossiers d’appels d’offres. Selon la législation locale (pour l’environnement), des exigences tant techniques qu’environnementales (par exemple HAP) sont nécessaires.

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4.3.4

La composition des mélanges par le producteur d’enrobés

La composition des mélanges est mise au point, par calcul, par le producteur d’enrobés qui se sert des données concernant les matériaux composants signalées plus haut. L’élément principal de cette composition du mélange est constitué par les propriétés du RA, en particulier les propriétés et la quantité du liant (= bitume). La philosophie est que le mélange du vieux et du nouveau bitume doit satisfaire aux exigences du bitume normalement spécifié pour le mélange considéré. Cela implique des propriétés complémentaires aux caractéristiques de base de pénétration, température de ramolissement ou viscosité. Cela implique aussi que pendant la production dans la centrale d’enrobage un mélange intensif du vieux et du nouveau bitume ait lieu. Cela est discutable. Toutefois, dans la pratique, il semble que des mesures et des modèles simples soient suffisamment adéquats pour garantir le comportement du liant, à condition qu’un bitume pas trop durci soit utilisé. Pour cette raison certains pays imposent des restrictions à la viscosité de vieux bitume durci : par exemple une pénétration minimale de 15 (moyenne de 5 valeurs) ou de 10 (valeur individuelle). Plusieurs pays se servent de la pénétration du vieux bitume comme un indicateur pour le calcul de la quantité et des propriétés du nouveau bitume. Cela se fait pour satisfaire aux spécifications pour le liant dans un mélange ARA en production. D’autres pays utilisent la température de ramollissement comme indicateur selon le test « Bille-Anneau» ou encore la viscosité du liant . Ces approches sont discutées plus en détail au chapitre 4.5 « Etudes préliminaires. » La quantité et la granulométrie des pierres rondes et concassées des RA sont aussi d’ordre capital : beaucoup de pays n’admettent pas de pierres rondes dans les couches de roulement et dans certaines couches de liaison. La quantité de HAP dans le TAG est également d’ordre capital pour plusieurs pays qui minimisent son inclusion dans toutes les constructions routières. Par exemple, la Belgique, l’Allemagne, la Suisse et la Suède interdisent le recyclage de matériaux contaminés par du goudron dans un mélange d’asphalte chaud. Aux Pays-Bas, il y a une défense absolue de recycler de l’asphalte pollué par du goudron dans les mélanges chauds et froids. Les limites pour le contenu de HAP dans les RA pour le recyclage à chaud varient d'un pays à l'autre, et se situent entre 25 et 75 mg/kg d’enrobés (voir le chapitre 4.5.2). En général, les exigences concernant les autres éléments de la composition du mélange et les propriétés physiques comme la stabilité, le fluage et le quotient Marshall, ainsi que les rapports volumétriques, sont les mêmes que pour les enrobés neufs. Bien que les combinaisons de propriétés varient entre les pays, le facteur le plus important est que la qualité du mélange du vieux et du nouveau bitume est contrôlée, et que le mélange ARA satisfait aux exigences normalement appliquées au nouvel enrobé. Cela devrait permettre aux pays de se servir de leurs systèmes de qualité existants pour la production de ARA. 4.3.5

Fraisage et stockage de RA

Le RA dont dispose le producteur d’enrobés pour l’utilisation d'ARA provient soit d’un stock ou du fraisage d’un vieux revêtement. Ce RA doit être stocké à la centrale jusqu’à son utilisation en ARA. Le producteur d’enrobés compose le mélange sur base des propriétés de ces matériaux et il doit donc veiller à ce que le RA soit homogène et reste homogène (Voir le chapitre 4.5 pour les exigences d’homogénéité de RA ; et le chapitre 4.9 pour l’exécution et la production de ARA).

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Figure 4.4. Fraisage d’un vieil enrobé 4.3.6

Production et contrôle de qualité de RA

Après que la composition théorique de ARA a été définie, le producteur d’enrobés est capable de produire l’ARA dans la centrale de malaxage, et il se sert de la composition du mélange mentionnée ci-dessus pour contrôler la production d’ARA. Le producteur d’asphalte contrôle les matières brutes qui lui parviennent, particulièrement les propriétés qui sont liées à la production d'ARA (voir le chapitre 4.5, « Études préliminaires », et le chapitre 4.9 «Production d'ARA »). Il contrôle ensuite le produit sortant, soit la composition de l'ARA (voir le chapitre 4.10, « Contrôle de qualité »). 4.3.7

Transport et pose de l’ARA

Le transport et la pose (épandage ou compactage) de l'ARA ne sont pas discutés dans cette recommandation, car il n'existe pas de différence importante entre la pose d'ARA et de NA. 4.3.8

Coûts

Bien que l’aspect durabilité du recyclage d'enrobés à chaud en centrale soit indiscutable, l’aspect économique du processus de recyclage détermine la faisabilité du recyclage d'enrobés. Les facteurs de coût qui sont inclus dans une analyse économique peuvent affecter la faisabilité du recyclage d'enrobés. Par exemple : Les coûts directs de la production sont-ils les seuls à être impliqués, ou bien les aspects environnementaux sont-ils également inclus (par la législation) ? Il n'est pas possible de donner une réponse exacte aux aspects économiques du recyclage, car ils sont en grande partie influencés par des objectifs environnementaux et des règlements nationaux. Dans des pays où la disponibilité de matières premières est élevée, et où la mise en décharge de RA est autorisée à de très faibles coûts, les producteurs d'enrobés répugnent à investir dans la technologie du recyclage. De plus, les clients semblent peu enclins dans ces situations à accepter des enrobés de recyclage. Là où les normes environnementales sont élevées, et où une pression politique s'exerce en faveur du recyclage, le recyclage d'enrobés a du succès, et il est donc rentable. En général, les gouvernements peuvent influencer les conditions économiques par des règlements (voir le chapitre 4.11).

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4.4 4.4.1

INTRODUCTION La place et la pertinence du recyclage à chaud d'enrobés en centrale

Différenciation entre « réutilisation » et « recyclage » Le terme de « recyclage » s'applique à presque tous les processus dans lesquels des déchets sont réutilisés plutôt que d'être détruits ou mis en décharge. Toutefois, dans de nombreuses situations, le matériau est transformé en un autre matériau, parfois très différent du matériau qu'il était auparavant. Ce que l'on doit faire de ce matériau de valeur inférieure, tant du point de vue technique qu'économique, est un nouveau problème. Il vaut mieux limiter le terme « recyclage » aux processus qui produisent un matériau ayant les mêmes caractéristiques que le matériau dont il provenait. Le recyclage signifie que le matériau est réutilisé de la même façon qu'auparavant (voir le cycle de la construction à la figure 4.5). Ainsi, la quantité de déchets et l'utilisation de nouveaux matériaux sont minimisées autant que possible. Le recyclage à chaud d'enrobés mérite pleinement que le terme de « recyclage » lui soit appliqué.

Primary raw materials Production

Recycling waste materials Supply of raw materials Re-use materials

Demolition

Construction

materials information Use and maintenance

Useful application

Use and maintenance Waste/emission Energy

Figure 4.5. Le cycle de la construction Différenciation entre les méthodes de production Production en place Les techniques de recyclage à chaud en place, telles que le «repaving» et le «reforming», sont utilisées dans plusieurs pays. Comme ces techniques sont entièrement différentes du recyclage en centrale, et qu'elles sont appliquées par des entreprises spécialisées, elle ne sont pas traitées dans ce rapport. Production en centrale Les nombreuses manières de recycler les enrobés en centrale ont certaines caractéristiques en commun : - on utilise des recyclats d’enrobés (fraisés ou concassés) provenant de vieilles routes ; - le matériau est traité dans une centrale de production d'enrobés, dans une extension de celle-ci ou dans une centrale spécialement conçue, analogue à une centrale d'enrobage ; - le vieil enrobé est ajouté à de l'enrobé neuf, dans des quantités allant de 20 à 80 %, ou presque 100 % (sans matériau neuf) ; - le mélange résultant est mis en oeuvre en construction routière de la même manière qu’un enrobé neuf. AIPCR

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Comme ce rapport le démontrera, on peut s'attendre à ce que ces enrobés fonctionnent au même niveau que les enrobés ne contenant que des matériaux neufs. Cela signifie que l’enrobé (ARA) qui contient des recyclats d’enrobés est un véritable matériau de recyclage, et un matériau qui peut éventuellement être recyclé lui-même au même niveau (fonctionnel). Différenciation entre valeur pour la construction et la valeur économique Avec les enrobés de recyclage produits à chaud en centrale, on aboutit à la même capacité portante, c'est-à-dire la même valeur pour la construction. D'autres méthodes de recyclage (par ex. les mélanges froids liés avec du ciment) résultent en un matériau avec une capacité portante beaucoup plus faible. En général, quand on utilise des mélanges recyclés à froid, il faut multiplier l'épaisseur par 2,5 pour réaliser la même capacité portante. Du point de vue économique, le recyclage à chaud pourrait sembler être la meilleure option, mais dans la pratique, les facteurs économiques sont dominés par les influences du marché, comme discuté au chapitre 34. 4.4.2

Politique concernant le recyclage à chaud d'enrobés en centrale

La plupart des gouvernements ont pour objectif de minimiser l'utilisation de matières premières, et de réutiliser et recycler les matériaux (déchets) dans l'industrie du bâtiment. Chaque année, un pourcentage croissant de RA est récupéré de routes existantes. Les gouvernements créent - ou tentent de créer - les conditions rendant sa réutilisation aussi facile que possible, en mettant en place une législation qui interdit la mise en décharge. (Le RA est considéré comme un déchet dans la plus grande part de la législation environnementale, malgré le fait qu'il soit recyclé en tant que matière première de valeur pour la production d'enrobés). Par conséquent, le RA a un attrait supplémentaire pour les clients : parfois, au lieu d'exiger un paiement, les entrepreneurs les créditeront pour son coût. Le RA est largement utilisé dans plusieurs pays dans des couches d'assises non liées ou liées (dans ce dernier cas, en ajoutant du ciment). Cela pourrait être considéré comme un gaspillage de bons matériaux , parce qu'il est techniquement facile de renouveler les propriétés du vieil enrobé (RA) et de fabriquer un enrobé de recyclage contenant du RA dont les propriétés sont au moins égales à celles d'un enrobé composé uniquement de matières premières neuves. De cette manière, le cycle de la construction, de l'utilisation, de la démolition et de la réutilisation est pleinement bouclé. 4.4.3

Evolution historique du recyclage d'enrobés

Premières techniques pour le recyclage d'enrobés à chaud La plupart des pays ont mis au point des techniques pour recycler les enrobés en centrale après la crise de l'énergie des années 1970. Les Pays-Bas et l'Allemagne avaient testé des techniques expérimentales («Gussasphalt») avant 1950. La plupart des pays ont commencé par réutiliser le RA à froid dans des couches d'assises non liées ou liées au ciment ou ciment-chaux, puis ils ont progressé et appliqué le recyclage d'enrobés. Centrales discontinues sans tambour de chauffage séparé (addition froide) Une technique précoce développée dans de nombreux pays consista à utiliser une centrale discontinue sans tambour séparé de chauffage, pour chauffer le RA (le granulat de RA n'était pas préchauffé, d'où la désignation « addition froide »). Cette technique, appelée «processus du Minnessota », est utilisée aux États-Unis depuis la fin des années 1970. Le pourcentage maximum de RA n'était que d'environ 20 %, en raison de l'énergie supplémentaire nécessaire pour chauffer les minéraux neufs, et pour sécher et chauffer le RA humide et froid.

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Recyclage de 100 % de RA Il existe peu de rapports sur les développements techniquesvisant au recyclage complet (90 % ou plus) de RA dans les ARA. Aux Pays-Bas, la centrale appelée Renofalt-plant fut construite en 1976. Le RA était chauffé avec de la vapeur dans des compartiments, ce qui donnait des granulats humides et empêchait le RA de coller et le bitume de durcir par oxydation. Environ 10 % du sable et des pierres (rondes ou concassées) étaient ajoutés et les matériaux ont été transportés vers un tambour de séchage et de chauffage spécialement mis au point, dans lequel la température était amenée à un niveau de 150 - 170 °. Le malaxage avec un agent réjuvénateur avait lieu dans un malaxeur traditionnel. Au début des années 1990, le même groupe d'entrepreneurs a mis en place le système MARS (« Microwave Asphalt Recycling System », système de recyclage des enrobés par microondes), dans lequel le RA est chauffé dans un tambour normal jusqu'à environ 130 °. Le RA chauffé passe ensuite dans un tunnel à micro-ondes, dans lequel il est à nouveau chauffé à 155°. Environ 10 % du sable et/ou des pierres et une faible portion d'agent réjuvénateur sont ajoutés, pour répondre aux exigences en matière de composition. MARS permet un recyclage allant jusqu'à 90 % . Ce système présente l'avantage de réduire les émissions occasionnées dans le tambour puisque les températures y sont plus faibles grâce au chauffage supplémentaire par les systèmes à micro-ondes. La production de cette centrale a été arrêtée en 1998, vu la mise en place de centrales discontinues équipées d’un tambour de chauffage séparé. Les émissions réduites n'étaient pas une raison suffisante pour que le gouvernement des Pays-Bas soutienne cette technique, car toutes les autres centrales de production satisfaisaient déjà aux règlements des Pays-Bas en matière d'émissions. En outre, il y a eu des problèmes d’interférences avec les ondes des réseaux GSM locaux. Au Japon, tout le recyclage est exécuté avec des centrales discontinues avec tambour parallèle et tambour sécheur-enrobeur. Ce sont des installations privées. Les centrales discontinues avec tambour de chauffage séparé Au début des années 1980, plusieurs pays ont ajouté un tambour de chauffage séparé à de nombreuses centrales discontinues existantes, par exemple la Belgique et l'Allemagne en 1984 et les Pays-Bas en 1986. Le RA froid et humide était préchauffé dans le tambour de chauffage, avant que de nouveaux minéraux. Cela a permis d'augmenter de 20 % le pourcentage de RA (addition froide), pour atteindre un maximum d'environ 50 %, en fonction du mélange. Les tambours sécheurs-enrobeurs Le mélange de RA (jusqu'à 50 – 60 %) avec des matériaux neufs dans des tambours sécheursenrobeurs spécialement modifiés était pratiqué en Allemagne à la fin de années 1970. De même, en Belgique également, le premier recyclage a eu lieu avec des tambours sécheurs-enrobeurs. L'utilisation de ce type de centrale de recyclage n'a jamais été aussi répandue que celle des centrales discontinues avec tambour de chauffage séparé. Cela tient à ce que dans la plupart des pays (européens), on a produit des quantités relativement faibles de mélanges différents. Le nombre de clients différents desservis a entraîné un nombre très élevé de mélanges différents par centrale. D'autres problèmes ont été occasionnés par les différentes formulations de mélanges auxquelles le tambour sécheur-enrobeur a dû faire face. Recyclage d'enrobés à chaud en centrale avec destruction de goudron Dans de nombreux pays, les travailleurs sont protégés par une législation en matière de santé et de sécurité sur le lieu de travail. Bien que l'utilisation de nouveaux produits à base de goudron soit interdite en construction routière dans de nombreux pays, du goudron est parfois présent dans les recyclats. Certains pays autorisent le recyclage à chaud et à froid des matériaux de construction routière contenant du goudron ; dans d'autres pays, seul le recyclage à froid dans les couches de AIPCR

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fondation liées est autorisé. Les Pays-Bas ont interdit la réutilisation des matériaux contenant du goudron depuis le 1e janvier 2001, et le goudron a dû être éliminé. Dans le recyclage des enrobés en centrale, le dernier développement est la destruction par voie thermique du goudron (HAP) contenu dans les RAT et la réutilisation des minéraux nettoyés à raison d’environ 10 - 15 % dans une production normale d'enrobés. Les Pays-Bas ont appliqué cette méthode appelée « TCU », et ils ont fait fonctionner une centrale de démonstration ces 12 derniers mois (voir l'annexe 36A). 4.4.4

La croissance du recyclage d'enrobés à chaud au cours de la dernière décennie

Des tentatives ont été faites pour collecter des informations sur les différents types de centrales, les possibilités de recyclage et la croissance pendant ces cinq dernières années. Bien que les informations aient été insuffisantes pour un aperçu détaillé, il est évident que dans plusieurs pays, l'augmentation du recyclage d'enrobés est énorme (Figure 4.6). « L'Asphalte par les chiffres en l'an 2000 », publication annuelle de l'EAPA, permet de conclure que depuis 1996, le nombre de sites de production en Europe s'est stabilisé à environ 4500 unités, et que le nombre de ceux convenant au recyclage à chaud est stable, à environ 1100 centrales.

Figure 4.6. L'utilisation de recyclats augmente Le pourcentage moyen de réutilisation d'enrobés atteint 25 %. Ce pourcentage varie d'un pays à l'autre, et il va d'un chiffre très bas à plus de 90 %. Une variation analogue (de 0 à 80 %) caractérise le recyclage réel de recyclats dans la production d'enrobés. Comme on pouvait s'y attendre, les chiffres élevés proviennent des pays à forte densité de population où les normes environnementales sont élevées, tels que l'Allemagne et les Pays-Bas. 4.4.5

Quantités de RA et d’ARA

Dans la plupart des pays, le tonnage total de RA et d'ARA comparé au tonnage total d'enrobés produits et le pourcentage de RA dans les ARA (moyenne établie sur tous les types de centrales) continuent de croître régulièrement. Dans certains pays, le pourcentage total de RA, comparé au tonnage total d'enrobés produits, s'est stabilisé, et en général, il oscille entre 15 % et 50 %. Les raisons des pourcentages accrus du recyclage sont : − les conditions (les outils) imposés par les gouvernements, par ex. l'augmentation des prix de mise en décharge des déchets (par ex. RA), ou l'interdiction de déverser des déchets recyclables (par ex. aux Pays-Bas), ce qui entraîne des prix inférieurs de l'ARA comparé au NA ; − les avantages économiques, à la fois pour le client et le producteur ; AIPCR

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− −

les exigences dans les documents d’appel d'offre, stipulant l'utilisation d'ARA ; la capacité améliorée des centrales modernes de recyclage d'enrobés à chaud, permettant de recycler des pourcentages supérieures de RA dans les ARA.

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4.5

ÉTUDES PRELIMINAIRES, ESSAIS ET CLASSIFICATION DU RA

Ce chapitre décrit les essais qui doivent être effectués sur le RA avant qu'il soit utilisé. Ce sont en particulier : − les méthodes pour calculer la quantité, les propriétés et la viscosité du liant dans l'ARA à produire ; − la manière de gérer les changements au niveau du liant contenu dans le RA ; − la manière de traiter la composition des minéraux du RA (quantité de pierres rondes et concassées) ; − que faire du RA pollué par du goudron ; − autres mesures préliminaires sur le RA ; et − les exigences concernant l'homogénéité du RA. 4.5.1

Calcul des quantités et des propriétés de l'ancien et du nouveau liant dans l'ARA

Comme indiqué ci-dessus, il est facile de composer de l'ARA ayant les mêmes propriétés que le NA, car tous les matériaux de construction de l'ARA peuvent être renouvelés pour parvenir au même niveau de qualité que de nouveaux matériaux. Cela s’applique également à l’évaluation de la qualité du liant, en mélangeant le vieux liant avec une certaine quantité d'un nouveau liant particulier. Pour le bitume de pénétration, trois options permettent de calculer la quantité et le type du liant : − une approche d'après la pénétration ; − une approche d'après le point de ramollissement ; − pour le bitume de classe de viscosité spécifiée (particulièrement utilisé dans les climats froids: bitume mou), une règle concernant la viscosité est appliquée. Toutes ces approches ont un arrière-plan empirique, et démontrent ainsi qu'elles sont adaptées à l'objectif envisagé. Approche 1. Calcul de la pénétration du liant d'un mélange Ce que l'on nomme la formule pen/pen s'énonce ainsi : a log pen1 + b log pen2 = log penmix où: penmix : pen1 : pen2 : a et b :

pénétration calculée du liant dans le mélange contenant les recyclats pénétration du liant récupéré à partir des recyclats pénétration du liant ajouté part en masse de liant provenant des recyclats (a) et du liant ajouté (b) dans le mélange ; a + b = 1

Exemple : pen1 = 20; pen2 = 90; a = 0,25 et b = 0,75 0,25 log 20 + 0,75 log 90 = log penmix log penmix = 1,79094 ; penmix = 62 Des normes européennes (EN) ont déjà été développées ou sont en cours de développement en vue de leur application au niveau de l’UE. La récupération de liant à partir de mélanges en vue d’essais sera exécutée conformément à la norme EN 12697-3 ou EN 12697-4. Les pénétrations du liant ajouté et du liant récupéré seront déterminées conformément à la norme EN 1426.

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Approche 2. Calcul du point de ramollissement du liant d'un mélange On applique la formule ci-dessous : TR&B mix = où : TA&B mix : TA&B 1 : TR&B 2 : a et b :

a x TR&B1 + b x TR&B2 point du ramollissement calculé du liant dans le mélange contenant des recyclats point de ramollissement du liant récupéré à partir des recyclats point de ramollissement du liant ajouté part en masse de liant provenant des recyclats (a) et du liant ajouté (b) dans le mélange ; a + b = 1

Exemple : TA&B1 = 62 º C; TA&B2 = 48º C; a = 0,25 et b = 0,75 TA&Bmix = 0,25 x 62 + 0,75 x 48 = 51,5 º C Les points de ramollissement du liant ajouté et du liant récupéré seront déterminés selon la norme EN 1427 (Figure 4.7).

Figure 4.7. : Des mesures empiriques comme la pénétration ou la température de ramollissement fournissent suffisamment d'informations sur les propriétés de viscosité de vieux liants récupérés provenant de chaussées Approche 3. Calcul de la viscosité du liant d'un mélange On applique la formule ci-dessous : log log Visc mix = où: Viscmix: Visc1: Visc2: a + b =1

a log log Visc1 + b log log Visc2.

Viscosité du liant dans le nouveau mélange en Ns/m2 Viscosité du liant provenant du RA en Nc/m2 Viscosité du liant ajouté en Ns/m2

Exemple : Visc1 = 500, Visc2 = 120, Viscmix = 323 Ces approches semblent donner des résultats satisfaisants pour le bitume présentant un vieillissement normal. Comme indiqué dans le chapitre 4.3.3.3, certains pays imposent des AIPCR . 136. 78.02.F - 2003

restrictions à l'utilisation du bitume durci, mais ces restrictions sont toujours respectées dans des situations normales. Là où il y a de faibles quantités de RA dans le mélange, l'influence du liant durci peut être ignorée, et il n'est pas nécessaire d'appliquer ces règles. Le liant qui doit être ajouté est dès lors le liant normalement utilisé pour ce mélange. Dans les projets de normes européennes, cette considération vaut pour les mélanges de couche de roulement contenant jusqu'à 10 % de RA et de liant, et aux couches d'assises contenant jusqu'à 20 % de RA (voir également le chapitre 4.5.3). 4.5.2

Que faire des HAP contenus dans le RA

Certains pays interdisent l'utilisation de goudron dans les nouvelles constructions, pour des raisons de protection de l'environnement et d'hygiène du travail. Par conséquent, la réutilisation de matériaux routiers pollués par du goudron est limitée ou interdite. Le goudron contient des quantités élevées de HAP cancérigènes. Une analyse montre que les mélanges réalisés uniquement avec du goudron peuvent en théorie contenir jusqu'à environ 15.000 mg/kg HAP-10 (c'est-à-dire la somme de 10 HAP déterminés ; dans de nombreux pays, on utilise la somme de 16 HAP). Dans la pratique, les concentrations supérieures à 1000 mg/kg HAP10 dans le RAT sont rares. Certains pays continuent d'autoriser le recyclage de RAT dans certaines conditions, telles que dans les couches de fondation liées, dans lesquelles le matériau, lors d'un processus de mélange à froid, est encapsulé par le liant ajouté. Comme le goudron est de plus en plus exclu de l'environnement, certains producteurs d'enrobés ont mené des recherches sur sa destruction dans le RAT, pour que les minéraux nettoyés puissent être réutilisés. Les Pays-Bas ont réussi à élaborer une méthode, qui est discutée dans l'annexe 4.13.1. Certains pays n'autorisent qu'une faible quantité de HAP (25 - 75 mg/kg) dans les enrobés à chaud. Le même maximum est parfois conseillé pour les RA, si bien que leur recyclage en ARA ne pose pas de problèmes. Il existe plusieurs méthodes pour mesurer le goudron dans le RAT : − le spray de détection, − TLC (chromatographie en couche fine), − HPLC (chromatographie liquide à haute performance) [méthode quantitative], − GC-MS (chromatographie en phase gazeuse avec spectrométrie de masse), [méthode quantitative]. Le choix de la méthode dépend de l'objectif de l'analyse. Il est possible de choisir entre des méthodes « brutes », telles que le « spray de détection » (seules la présence ou l'absence de HAP peuvent être mesurées à un certain niveau de détection, et non la quantité de HAP) et des méthodes « fines », telles que l'HPLC. [3]. Le spray de détection a une limite de détection d'environ 250 mg/kg, tandis que la TLC a une limite d'environ 50 mg/kg. D'autres méthodes permettront des mesures précises de HAP individuel.

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Figure 4.8. Le spray de détection fournit rapidement des informations sur la présence de couches contenant du goudron dans une structure Lors du choix d'une méthode particulière, il est conseillé d'adopter une approche « pas à pas » en fonction de l'objectif recherché. Les propriétaires de routes, qui ont besoin d'informations sur la présence de produits à base de goudron dans leur réseau, trouveront peut-être utile au début d'utiliser des informations historiques et une méthode « brute » sur des carottes forées. Les questions contractuelles nécessiteraient une méthode plus sophistiquée et la fourniture d'informations plus détaillées sur le site. 4.5.3

Comment gérer les changements au niveau du liant contenu dans le RA

Un pourcentage maximum de 20 % de RA à base de bitume modifié aux polymères (PMB) pour les couches de fondation et 10 % pour les couches de roulement en ARA est recommandé et sera prescrit dans les nouvelles normes européennes pour les méthodes empiriques de formulation. Cela tient à l'absence d'essais pour mesurer les caractéristiques en matière de viscosité du bitume modifié récupéré du RA. Les PMB extraits ne doivent pas avoir les mêmes propriétés que le PMB présent dans le mélange. De plus, les relations empiriques définies dans le chapitre 28.1 ne sont valables que pour le bitume à pénétration normale, et pas pour le PMB. Selon les prévisions, jusqu'à 20 % de RA n'a pas d'influence importante sur les paramètres de viscosité prescrits pour l'ARA et par conséquent, sur les propriétés fonctionnelles du mélange. Dans ces cas, les règles en matière de viscosité ne sont pas applicables, et le liant normalement utilisé pour ce mélange peut être ajouté. Ces restrictions ne s'appliquent pas si des méthodes d’essais fondamentales pour la formulation et des essais liés au type d'enrobé sont utilisés, car les propriétés mécaniques souhaitées du mélange (niveau 4 dans la pyramide des exigences) sont mesurées directement. La plupart des pays n'utilisent pas de RA dans de nouveaux enrobés à base de PMB, bien qu'il pourrait devenir plus attirant à l'avenir de recycler un PMB spécifique dans un nouveau mélange d'enrobé avec le même liant. Déjà, des efforts spéciaux sont déployés pour recycler un PMB spécifique dans de nouveaux mélanges contenant ce même PMB. 4.5.4

Comment traiter le gravier dans le RA

Dans les pays où le gravier est utilisé dans les couches d'assises, les enrobés à base de gravier et les enrobés à base de pierres concassées devraient être séparés. Les enrobés à base de gravier peuvent être réutilisés dans les couches d'assises, mais non dans les couches de liaison ou dans les couches de roulement. Des expériences ont été réalisées consistant à broyer des enrobés anciens à base de gravier en un petit calibre et à les réutiliser dans des couches de liaison et des couches de roulement. AIPCR

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Le Japon signale que l'on veille de plus en plus à limiter le contenu des particules allongées et/ou plates à 25 % et moins. 4.5.5. Granulométrie des minéraux La granulométrie des minéraux dans le RA doit être étudiée, pour que la granulométrie des minéraux vierges ajoutés pour le nouvel ARA puisse être composée. Les exigences pour les nouveaux types d'enrobés, comme dans le cas de l'ARA, varient et sont pleinement décrites dans des spécifications des normes. Par exemple, il y a des limites au calibre et à la quantité maximum des granulats RA par rapport au type de mélange d'enrobés appliqué. 4.5.5

Coefficient de polissage des pierres (PSV) et résistance des pierres dans le RA

La résistance et le PSV des pierres dans le RA sont importants pour les couches de roulement. D'habitude, ce paramètre ne fait pas l'objet de beaucoup d'attention, parce que les pierres concassées les plus souvent présentes dans les granulats RA satisfont aux exigences du PSV et de la résistance. Mais ces exigences sont plus importantes dans les pays où des granulats de différentes sources et qualités sont utilisés pour différents mélanges. Seules les exigences pertinentes pour un mélange particulier devraient être imposée au RA, par ex. le PSV pourrait ne pas être pertinent dans les pays où des pneus à clous sont utilisés. 4.5.6

Quantité de corps étrangers et de contaminants

Certains pays limitent la quantité maximum de corps étrangers et d'autres contaminants dans le granulat de RA, d'après le type des enrobés. Aux Pays-Bas, un maximum de 5 % (m/m) de corps étrangers dans le granulat de RA est prescrit pour son utilisation dans les enrobés pour les couches d'assises, et 1 % pour les couches de roulement et de liaison. La quantité maximum de contaminants est de 0,1 % (m/m). Les « corps étrangers » incluent : le béton de ciment et les produits en béton de ciment (tuiles, briques, pierres, matériaux de couche inférieure, mortier, sable-bitume et asphalte coulé). Les « contaminants » incluent : les matériaux non pierreux tels que les métaux, les matériaux synthétiques, le bois et autres. Une norme EN est actuellement élaborée. 4.5.7

Homogenéité du RA

De nombreuses spécifications prescrivirent que le granulat de RA doit être homogène, et que ceci soit vérifié par inspection visuelle. Si le résultat de cette inspection est négatif, le granulat de RA doit être homogénéisé. Les paramètres suivants doivent être déterminés à partir d'échantillons : la teneur en liant, la pénétration et la viscosité. Le granulat RA est dit « homogène » si les écarts-types des échantillons ne dépassent pas certaines valeurs pour les trois paramètres. Ces valeurs peuvent être différentes, selon les tolérances normalement appliquées dans un pays pour NA et la quantité de RA à ajouter. Si des améliorations de l'homogénéité sont nécessaires, la procédure décrite doit être répétée. Une norme EN est en cours d’élaboration dans ce domaine. Le chapitre 4.9 « Production d'ARA » traite certains points d'intérêt et problèmes liés à l'homogénéité.

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4.5.8

Essais et classification du RA

Les informations sur l’ancien enrobé prélevé ou à prélever d'une vieille route, jointes aux essais en laboratoire constituent des données d’entrée pour utiliser le matériel dans une composition idéale dans une situation donnée. Cela signifie : comment prélever le matériau de la route ; recyclage à chaud ou un autre mode de réutilisation ; type d'ARA à produire ; structure à réaliser ; aspect spécial du contrôle de la qualité à effectuer.

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4.6

FORMULATION DU MELANGE

Comme indiqué dans le chapitre 4.4 « Introduction », les exigences pour la formulation du mélange de NA et d'ARA dans la plupart des pays sont spécifiées au niveau le plus bas dans la pyramide des exigences. C'est le niveau 5, soit le niveau des spécifications relatives aux matériaux, par ex. les exigences liées à la méthode Marshall (Figure 4.9). La première étape pour concevoir l'ARA consiste à étudier les matières premières, dont le RA est la plus importante (voir le chapitre 4.5. « Études préliminaires »). La plupart des pays appliquent la méthode de la formulation Marshall pour concevoir le mélange ARA (voir le chapitre 4.6), mais d'autres méthodes de formulation peuvent être appliquées, et il existe également une vaste gamme de méthodes d’essais différentes.. D'après les propriétés des matériaux constitutifs, le producteur peut formuler un mélange qui répond aux exigences de la composition pour l'application de ce mélange spécifique.

Figure 4.9. Il est possible d’utiliser les méthodes de formulation existantes comme l’essai Marshall pour formuler des mélanges avec de l’enrobé recyclé Comme indiqué au chapitre 4.3.2, diverses autres exigences doivent être remplies, d'après le trafic local et les conditions climatiques ; toutefois, en principe, le mélange ARA doit satisfaire aux mêmes exigences qu'un mélange NA. Comme indiqué au chapitre 4.3.1, il est possible de formuler un mélange au plus bas niveau de la pyramide des exigences. La plupart des pays appliquent cette approche après que cette méthode a été validée par des mesures et des essais in situ plus poussés (voir également le chapitre 4.8.3 « Procédures d'approbation pour la production d'ARA », mais bien entendu, il est possible de formuler un mélange à un niveau supérieur. L'Allemagne, la Suède, la Belgique et les Pays-Bas ont parfois des spécifications de cahier de charges du niveau 4. Dans ces cas, les essais dits « fonctionnels » décrits ci-dessous sont appliqués : − mesure de la résistance à la fatigue et à l'orniérage ; − mesurage de la résistance, de la rigidité et de la compactabilité des différentes couches. La Belgique ne recourt systématiquement aux tests fonctionnels que pour la mesure de la résistance à l'orniérage. La Suède prescrit une méthode basée sur les propriétés fonctionnelles des couches (rigidité, fatigue et déformation). Les Pays-Bas limitent leurs méthodes fonctionnelles à la fatigue, la rigidité, la résistance à l'orniérage et à la fissuration dans des cas expérimentaux (Figure 4.10). AIPCR

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Figure 4.10: Essais triaxiaux pour déterminer la résistance à la déformation au niveau 4 Il convient de veiller particulièrement aux procédures pour exécuter les essais, par exemple : − le réchauffage du RA en laboratoire (risque de durcissement du bitume) : réchauffage de courte durée en étuve et/ou exclusion de l'oxygène (par ex. dans des boîtes en fer blanc fermées); − la durée de malaxage (RA avec des minéraux neufs) ; − le programme d'addition et de malaxage (correspondant au programme du malaxage en centrale).

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4.7

CARACTERISTIQUES MECANIQUES DES MATERIAUX DE RECYCLAGE ET DIMENSIONNEMENT DES CHAUSSEES

Créer un mélange ARA avec des propriétés à un niveau élevé n'est pas plus complexe que de composer un mélange NA ordinaire, en raison de la capacité à ajuster les caractéristiques de l'ancien liant dans le RA en le mélangeant avec la quantité correcte de liant avec des caractéristiques adéquates. Il est relativement facile d'obtenir le mélange adéquat pour l'ARA décrit ci-dessus. Néanmoins, il convient de noter que lorsqu’on produit de l’ARA : − il faut connaître les caractéristiques de l'ARA ; − il faut que la variété des caractéristiques du RA soit limitée. Les chapitres précédents ont traité d'importantes caractéristiques mécaniques du RA et de l'ARA. Comme indiqué, les caractéristique mécaniques de l'ARA - la durabilité, la rigidité, la fatigue, la résistance à l'orniérage, la résistance à la fissuration - sont égales à celles du NA, pourvu que les conditions décrites dans cette recommandation soient respectées. Par rapport au type de mélange, au type d'application et aux méthodes d'essai localement utilisées, il est recommandé de suivre les valeurs normalement prescrites pour le NA. La plupart des pays signalent qu'il n'y a pas de différence entre les méthodes de dimensionnement pour la construction de chaussées bitumineuses avec ou sans ARA. Ceci tient naturellement au fait qu'il n'y a pas de différence entre les propriétés fonctionnelles de l'ARA et du NA. Les méthodes de dimensionnement dans différents pays vont du dimensionnement rationnel à la structure standard pour différentes catégories de routes. Pour toutes les méthodes, la validation empirique est l'étape finale avant d’arriver à l'approbation complète. Les chapitres précédents ont traité d'importantes caractéristiques mécaniques du RA et de l'ARA. Comme indiqué, les caractéristique mécaniques de l'ARA - la durabilité, la rigidité, la fatigue, la résistance à l'orniérage, la résistance à la fissuration - sont égales à celles du NA, pourvu que les conditions décrites dans cette recommandation soient respectées. Par rapport au type de mélange, au type d'application et aux méthodes d'essai localement utilisées, il est recommandé de suivre les valeurs normalement prescrites pour le NA. La plupart des pays signalent qu'il n'y a pas de différence entre les méthodes de dimensionnement pour la construction de chaussées bitumineuses avec ou sans ARA. Ceci tient naturellement au fait qu'il n'y a pas de différence entre les propriétés fonctionnelles de l'ARA et du NA. Les méthodes de dimensionnement dans différents pays vont du dimensionnement rationnel à la structure standard pour différentes catégories de routes. Pour toutes les méthodes, la validation empirique est l'étape finale avant d’arriver à l'approbation complète.

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4.8

EQUIPEMENT POUR LE RECYCLAGE

Ce chapitre décrit les principaux types de centrales d’enrobage pour produire de l'ARA. De plus amples détails sont disponibles dans des manuels et des rapports, tels que le rapport AIPCR « Recyclage de chaussées souples existantes ». 4.8.1

Types and nombre de centrales d’enrobage

Les pays ayant communiqué des données mentionnent les types ci-dessous de centrales de recyclage d'enrobés : − les centrales discontinues avec un tambour de chauffage séparé aussi appelé tambour parallèle (addition chaude) ; − les centrales discontinues sans tambour de chauffage séparé (addition froide) ; et, − les tambours-mélangeurs. Les Pays-Bas citent des centrales adéquates pour produire de l'ARA contenant presque 100 % de RA, l'Allemagne signale des cas, en Allemagne et en Suisse, de 100 % de recyclage avec des tambours parallèles pour des enrobés à utiliser en couches d'assises. La centrale discontinue avec un tambour de chauffage séparé est la technique la plus populaire, en raison des avantages présentés ci-après. Centrales discontinues sans tambour de chauffage séparé (addition froide) Dans les centrales discontinues sans tambour de chauffage séparé, le granulat RA est ajouté directement, dans l'unité de pesage, aux matériaux vierges surchauffés (jusqu'à 275 ° C), au lieu d'être chauffé dans un tambour de chauffage séparé (Figure 4.11). Une grande quantité de vapeur est ainsi formée, et doit être siphonnée et évacuée par le système de collecte de poussière et la cheminée de la centrale. Dans de tels cas, la température maximale est limitée, afin d'empêcher l'endommagement de certaines parties de la centrale. D'habitude, on peut ainsi recycler 15 % de de RA (au maximum environ 20 %) , selon la teneur en humidité.

Trémie tampon

Enrobés à recycler

Balance

Stockage pour chargement

Centrale discontinue

Tambour sécheur

Trémies à granulats

Figure 4.11. Addition discontinue de granulat RA et de nouveaux minéraux Le RA peut être ajouté dans l'équipement de pesage des granulats ou dans une bascule séparée, permettant ainsi aux agrégats neufs d'être tamisés sans aucune influence du RA. Pour éviter le durcissement du liant , il est recommandé que les agrégats neufs soient mélangés au RA avant d'ajouter le liant neuf.

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L'ajout de RA est combiné au dosage de minéraux neufs(Figure 4.12). Comme il y a plus de temps pour réchauffer le RA, le mélange donne moins de vapeur. Le tamisage à chaud du mélange d'agrégats neufs et de RA n'est pas possible dans ce processus, si bien qu'il n'y a pas de possibilité de corriger la granulométrie.

Enrobés à recycler

Balance

Stockage pour chargement

Centrale discontinue

Tambour sécheur

Balance

Trémies à granulats

Figure 4.12 Addition continue de granulat RA et de nouveaux minéraux Centrales discontinues sans tambour de chauffage séparé (chauffage simultané) Le RA est chauffé en même temps que l'agrégat neuf dans un seul tambour de chauffage, muni d’installations spéciales pour les additions (Figure 4.13). Le RA est ajouté soit au milieu, soit à l'extrémité, à l'emplacement de la flamme de chauffage (flux inverse). Si le RA est ajouté du côté du brûleur du tambour, le matériau est déversé (par exemple, par un système spécial de courroie) sur les agrégats vierges, quelque part avant la fin du tambour de séchage. Dans ce cas, le délai restant pour le chauffage et pour le déplacement dans le sens opposé à la direction de la flamme est très bref. En appliquant le système du flux contraire, l'addition de 40 % de RA est possible.

Balance

Stockage Centrale discontinue Tambour sécheur pour chargement

Enrobés à recycler

Balance

Trémies à granulats

Figure 4.13. Centrale discontinue, réchauffage du RA dans le tambour sécheur des granulats vierges Centrales discontinues avec un tambour de chauffage séparé (tambour parallèle) Le tambour de chauffage additionnel a son propre dispositif de chauffage pour sécher le RA et le préchauffer à 130°C. Ensuite, le granulat RA, étant une matière première séparée, est transporté via l'unité de pesage dans le mélangeur, et il est mélangé avec les granulats neufs légèrement surchauffés, de sorte que la température finale atteindra environ 160° C. AIPCR

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En ajoutant ce granulat RA sec et préchauffé, la quantité maximum de granulat RA peut atteindre jusqu'à 50 % ou même 80 %, lorsqu’il peut être garanti que le granulat RA a une origine constante et une qualité très élevée. Le prémalaxage du RA avec les nouveaux minéraux ne devrait pas dépasser 10 secondes, afin d'éviter le durcissement du bitume qui est ensuite ajouté. Selon le type de l'installation, la durée totale de malaxage est plus longue et la capacité de production est inférieure à celle de la fabrication de NA dans une centrale conventionnelle (Figure 4.14).

Enrobés à recycler Balance

Stockage Centrale discontinue pour chargement

Tambour sécheur

Trémies à granulats

Figure 4.14. Centrale discontinue avec tambour de chauffage séparé Tambours sécheurs-enrobeurs En général, le granulat RA est ajouté au milieu du tambour, en dehors de l'influence de l’élément réchauffeur, pour empêcher de brûler le bitume contenu dans le granulat RA (Figures 4.15 and 4.16). De la vapeur se forme, mais elle n'est pas explosive, parce que le flux de granulat RA alimenté est dans ce cas très régulier. Pour ce type de centrales, la quantité maximum de granulat RA à ajouter atteint environ 50 %, de même que dans le cas des centrales discontinues avec tambours de chauffage séparés. Un inconvénient des tambours sécheurs-enrobeurs est que les quantités exactes de granulat RA et de matières premières doivent être réglées au niveau des trémies de (pré)dosage. Dans ces cas, il n'y a pas de tamisage ni de pesage des fractions après le séchage. Le mélange a lieu en continu dans la dernière partie du tambour, après le séchage (et il ne se fait pas séparément pour chaque lot). Dès lors, la production de faibles quantités de différents types de mélanges, et le changement fréquent entre plusieurs types de mélanges, entraînent d'importantes pertes de production et de qualité. Par conséquent, s'il est nécessaire de commuter entre différents types de mélanges, il n'est pas recommandé d'utiliser des tambours sécheurs-enrobeurs pour produire de l'ARA.

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Balance

Stockage pour chargement

Tambour mélangeur

Enrobés à recycler

Balance

Trémies à granulats

Figure 4.15. Tambour sécheur-enrobeur : chauffage du RA en même temps que les granulats ; ajout avec les granulats (1) ou au milieu du tambour de séchage (2).

Balance

Stockage pour chargement

Tambour sécheur

Enrobés à recycler

Balance

Trémies à granulats

Figure 4.16. Chauffage du RA dans un tambour parallèle et ajout du RA dans un mélangeur continu supplémentaire Centrales pour le recyclage complet de RA en enrobés à chaud Seuls les Pays-Bas mentionnent l’utilisation de ce type de centrale. Depuis 1980, trois sortes de centrale permettant de recycler environ 100 % de RA ont été mises au point aux Pays-Bas : − la centrale « Renofalt » ; − la centrale de Bitumarin (pour les mélanges d'enrobés utilisés dans les travaux hydrauliques), − la centrale « MARS ». Pour des raisons liées au marché, ces systèmes ne produisent plus. 4.8.2

Centrales pour la destruction de goudron dans le RA et la production d'ARA avec du RA dépollué (processus TCU)

Comme indiqué au chapitre 4.3.3., une « centrale pilote grandeur nature » a récemment été construite aux Pays-Bas. Dans cette centrale, la totalité du liant, et par conséquent la totalité du goudron dans le RA, est entièrement détruite par un processus thermique. Les agrégats nettoyés qui en résultent sont réutilisés pour produire de l'ARA [6]. Actuellement, des efforts sont déployés pour installer le processus TCU dans d'autres centrales d'enrobés à chaud aux Pays-Bas. La capacité totale de ces installations devrait atteindre environ 100.000 tonnes par an dans 1 à 2 ans. (Voir l'annexe A, étude de cas TCU). De même, d'autres techniques thermiques, basées sur le nettoyage thermique de sol pollué, sont opérationnelles, et leurs capacités atteignent jusqu'à 500.000 tonnes par an. AIPCR

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4.8.3

Procédures d'approbation pour la production d'ARA

La qualité de l'ARA dépend d'un bon équipement et de bonnes procédures. Certains pays ont déjà mis en place des normes afférentes. Le exigences pour produire du NA et de l'ARA sont mentionnées dans la spécification des PaysBas « Standaard RAW Bepalingen 2000 » (Dispositions RAW standards) [2]. Pour le RA et l'ARA, on note ce qui suit : Pour les centrales discontinues, avec ou sans tambour de chauffage séparé produisant de l'ARA, des exigences existent pour : − l'enregistrement de la durée de prémalaxage pour le granulé RA ; − le mesurage et l'enregistrement de la température (maximum 150°C) des matériaux RA quittant le tambour de chauffage séparé ; − le pesage séparé du granulat RA ; − la durée de prémalaxage du granulat RA et des minéraux chauffés avant que le bitume ne soit ajouté, à moins qu'il ne soit prouvé qu'une duréei plus brève ne soit suffisante. Pour les tambours sécheurs-enrobeurs produisant de l'ARA sur la courroie de transport centrale : − le pesage continu des matières premières est nécessaire ; − le granulat RA doit être pesé séparément ou dosé via une courroie de pesage séparée. Lorsque la centrale satisfait à toutes les exigences concernant les spécifications, elle reçoit un certificat (« Certificat de qualité KOMO pour la production d'enrobés ») lui permettant de produire des enrobés et de l'ARA. Au Japon, le « Guide technique pour le recyclage des chaussées » (1992), communique des spécifications analogues.[17]. 4.8.1. Capacité des centrales pendant la production Le délai supplémentaire nécessaire pour pré-mélanger les granulats RA avec les agrégats neufs, parfois fixé à 10 secondes, peut réduire la capacité de production.

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4.9

PRODUCTION D’ARA

Ce chapitre présente la préparation et le stockage de RA ainsi que le mélange et la production d'ARA. 4.9.1

La préparation et le stockage de RA

Homogenéité et qualité du RA Les facteurs clés en vue d'obtenir une bonne homogénéité et une bonne qualité de l'ARA sont : − garder les matériaux différents strictement séparés ; − homogénéiser tous les matériaux destinés à être recyclés. Bien entendu, le choix de la méthode préférée dépend largement : − des caractéristiques du vieil enrobé disponible ; − du type d'ARA à produire ; − des possibilités de stockage dans la centrale. Lorsque des matériaux différents doivent être conservés séparément, il est important d'étudier l'épaisseur et la planéité de la chaussée existante en vieil enrobé. Le fraisage doit être effectué de manière à empêcher que les différents types d’enrobés ne soient mélangés. Le goudron, le PMB ou les contaminants contenus dans les granulats de RA doivent être stockés séparément. Cette méthode est celle qui est préférée pour collecter du RA s'il faut produire des mélanges spéciaux d'ARA, par exemple pour des couches de liaison ou des couches de roulement. Dans le cas de grands travaux, par exemple la reconstruction d'autoroutes, il est plus facile de fabriquer du RA avec une composition plus ou moins constante. Dans la pratique, le nombre de mises en tas de RA différents est limité, en particulier à cause de l'emplacement de la centrale d'enrobés et de facteurs économiques (Figure 4.17).

Figure 4.17. Le stockage des vieux enrobés nécessite de l'espace et des installations supplémentaires Pendant de longues périodes de production, la composition de l'ARA peut changer. C'est le producteur qui a la responsabilité de contrôler à la fois le matériau entrant et le matériau sortant, et AIPCR

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d'ajuster la production, si nécessaire. En particulier, lorsque les pourcentages du recyclage sont élevés, il est important de contrôler les propriétés et les variations de la composition et de la qualité du RA. Ce contrôle est également très important pour les mélanges destinés aux couches de roulement et aux couches intermédiaires, car leur granulométrie doit être très précise. Lorsque la composition du RA a changé, il faut répéter la procédure de la formulation du mélange. Les Pays-Bas signalent que de plus en plus, la granulométrie de la fraction de pierres (> 2 mm, provenant d'échantillons de carotte d'ARA posés et compactés), ne correspond pas aux spécifications. Apparemment, cela tient aux variations, mentionnées ci-dessus, de la composition du granulat RA appliqué dans ces constructions . La plupart des pays ne pénalisent pas les producteurs d'enrobés pour ces variations en dehors des spécifications. Ces « erreurs » ont pour seule conséquence que l'entrepreneur est désapprouvé et, exceptionnellement, qu'il paie une amende. Un strict contrôle de la qualité concernant les propriétés des matières premières, et en particulier du RA, revêt une importance vitale ! L'homogénéité des enrobés récupérés peut être améliorée pendant le stockage ou le traitement par : − la transplantation (le passage d'un lieu à un autre) pendant le stockage ; − le broyage et le mélange ; − l'ajout de RA dans plus d'un seul silo d'agrégat. Dans les centrales où des enrobés récupérés ont des compositions différentes et proviennent de différents emplacements, il faut mélanger ces enrobés pour obtenir des propriétés homogènes. Par conséquent, des livraisons différentes de RA devraient être stockées en couches horizontales dans le tas de stockage. Le matériau sera ensuite enlevé verticalement par un chargeur sur roues à partir d'au moins trois emplacements (côtés) du tas, et il sera dirigé vers un broyeur. S'il n'y a pas de broyeur, les trémies à granulats seront remplis par le chargeur de manière alternée. L'alimentation du mélangeur devra alors être prélevée simultanément dans tous les bacs d'agrégat. Cette méthode entraîne un niveau d'homogénéité raisonnable.

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Protection du RA Il est important de protéger le RA stocké contre la pluie, car le RA a tendance à retenir l'humidité. En moyenne, la teneur en humidité du RA atteint 5 %. Par conséquent, le chauffage et le séchage du RA humide absorbe beaucoup d'énergie , et augmentera fortement le coût de l'ARA. Des températures ambiantes élevées feront coller le RA, le compactage dû aux camions ou aux pelles produira des conglomérats, et la lumière du soleil provoquera le vieillissement et l'oxydation du RA (radiation aux UV). Par mesure de prévention, il est donc recommandé de prévoir un abri. 4.9.2

RA avec bitume modifié par des polymères (PMB)

Comme expliqué au chapitre 4.5.3, il est recommandé que les mélanges formulés de manière empirique ne contiennent pas plus de 10 - 20 % de RA avec PMB, parce que le test pour mesurer les caractéristiques de la viscosité du liant récupéré n'est pas concluant. Dans ces cas, au maximum 20 % du liant calculé pour le mélange ARA pourront être pris en compte en tant que nouveau liant. Cette restriction ne s'applique pas aux mélanges formulés à partir de premiers principes. Ces facteurs devraient être pris en compte lorsqu'on considère le contrôle de la qualité. Dans des exemples de plus en plus nombreux, du RA avec du PMB est proposé aux laboratoires de centrales d’enrobage, sans que l'on sache s'il contient ou non du PMB. Cela peut provoquer des problèmes lorsqu'on fait des hypothèses ou on prend des décisions. Comme indiqué cidessus, les règles applicables pour déterminer le grade du bitume à ajouter ne sont pas valables pour les PMB. Cette recommandation conseille de veiller particulièrement à cet aspect du contrôle de la qualité.

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4.10 CONTRÔLE DE LA QUALITE Le producteur joue un rôle de premier plan dans le contrôle de la qualité à toutes les étapes de la formulation et de la production de NA et d'ARA. Le chapitre 4.6 explique les principes de la formulation du mélange et de la production d'ARA. Tous les pays ayant communiqué des informations ont des spécifications identiques pour le contrôle de la qualité de l'ARA et du NA. Mais dans la pratique, on note des différences dans l'importance accordée aux processus de contrôle de la qualité. Les pourcentages de RA dans l'ARA peuvent être augmentés selon des techniques et une technologie améliorées dans les centrales d’enrobage (voir le chapitre 4.8). Par conséquent, la qualité de l'ARA dépend largement de la qualité du RA et, comme indiqué dans des chapitres précédents, elle dépend en particulier de l'homogénéité du RA ainsi que de l'absence de HAP et de PMB. Contrôle du processus : − matières premières : échantillonnage au point de livraison et durant le stockage (RA sur site, nouveau liant, sable, pierre, filler). Les détails de ce contrôle de la qualité ont été discutés tout au long de cette recommandation, particulièrement dans le chapitre 4.3.1, 4.3.3. et dans le chapitre 4.5, − formulation du mélange : par exemple, l'étude Marshall (voir le chapitre 4.6), − production (y compris le transport jusqu'à la centrale d’enrobage) : tous les autres traitements, contrôles , etc., sont virtuellement identiques à ceux appliqués à la production normale d'enrobés, si ce n'est que par suite des variations plus nombreuses dans la composition de l'agrégat minéral, des éprouvettes Marshall sont parfois fabriquées à partir du produit final, et sont soumis aux essais Marshall. Les caractéristiques volumétriques et mécaniques, telles que la teneur en vides, les vides dans l'agrégat minéral et les vides remplis par le bitume, jouent des rôles différents dans divers pays ; ces caractéristiques peuvent être appliquées de la même façon pour l'ARA ; − la qualité du produit après sa production, très semblable à celle du NA, n'est pas incluse dans cette recommandation. Dans certains pays, une tendance de plus en plus nette est que les contrats incluent des spécifications fonctionnelles, qui pourraient impliquer des exigences fonctionnelles pour l'enrobé produit (et/ou posé). En principe, ces exigences n'influenceront pas le contrôle de qualité exécuté par le producteur, qui ne veut contrôler que la composition des enrobés produits dans sa centrale.

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4.11 COUTS Les coûts de l'ARA sont influencés par plusieurs facteurs : − la disponibilité de RA ; − la demande en RA ; − le prix du bitume ; − d'autres débouchés pour le RA : - la réutilisation sans traitement ; - le mélange à froid du RA avec du ciment ; - la mise en décharge. On peut recourir à ces débouchés sans investissements, connaissances ou coûts élevés. Coûts directs supplémentaires : − l'adaptation et l’agrandissement de la centrale d'enrobés ; − les installations supplémentaires de stockage ; − l’amortissement de l’adaptation et de l'agrandissement de la centrale ; − la main-d'œuvre supplémentaire ; − le contrôle supplémentaire de la qualité du RA ; − le contrôle supplémentaire de la qualité de l'ARA. Autres facteurs : − la législation ; − l'acceptation par tous les gouvernements et les clients privés ; − la demande en enrobés propre à certaines régions ; − l'envergure du recyclage dans certaines régions. Ces facteurs peuvent varier dans le temps, ou par suite de la concurrence qu'exercent d'autres techniques. Par conséquent, il n'est pas réaliste de communiquer des niveaux de prix, ou de formuler des déclarations générales sur la rentabilité du recyclage d'enrobés à chaud par rapport à d'autres débouchés pour le RA. On ne peut formuler des commentaires pertinents que sur la contribution des divers facteurs à ces données. Au début, la plupart des vieux enrobés était mise en décharge Il n'y avait pas d'autres options viables, et le prix du bitume augmentait. L'avantage anticipé de réaliser des économies de coûts avec le bitume fut une puissante incitation à commencer à ajouter du RA dans les enrobés. Mais dès qu'il y a une demande spécifique pour un matériau, celui-ci influence sa valeur économique, et il faut le payer un prix supérieur. Parallèlement, la technique du mélange avec du ciment a été développée, de sorte que le prix du RA utilisé pour le recyclage au ciment se fixa au même niveau que celui utilisé pour l’ARA. Ce prix fut dominé par le prix de la stabilisation du sable-ciment, auquel il constituait une alternative. L'investissement technique a augmenté, à mesure que les exigences sont devenues plus strictes. Dans certains projets spéciaux, il fut très facile de répercuter ces coûts sur la production totale de la centrale. Toutefois, au début, dans le cas des centrales avec de nombreux clients, tous les clients n'acceptèrent pas l'ARA comme alternative au NA ; l'investissement supplémentaire ne pouvait donc pas être répercuté sur la totalité de la production. Il en fut de même pour la maind'œuvre supplémentaire. Toutefois, la mise en place de la législation et la large acceptation de la technique par presque tous les clients, ont diminué ces problèmes. Dans les pays et les régions où la production d'ARA est courante, il n'y a plus de différence majeure entre le prix du NA et celui de l'ARA. Par conséquent, les avantages du recyclage à chaud des enrobés ne dépendent pas exclusivement du prix de l'ARA, mais ils sont également associés au coût d'un certain nombre de matériaux et d'activités. Cette situation est celle qui prévaut dans presque tous les pays qui ont de grandes quantités de RA, et qui produisent un pourcentage élevé d'ARA. AIPCR

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Dans les pays sans production élevée de RA et/ou d'ARA apparaîssent des situations très différentes, qui peuvent être analysées à la lumière de l'aperçu donné dans ce chapitre. Plusieurs pays signalent des économies de 5 à 12 %, dues à l'utilisation d'ARA en lieu et place du NA. En plus de ses impacts importants dans la protection de l'environnement, le recyclage du RA présente de nombreux avantages pour l'ensemble de la construction routière. Mais le succès de cette initiative nécessite de développer parallèlement : − les connaissances ; − la législation et les spécifications ; − l'acceptation par toutes les catégories de clients ; − l'équipement ; − l'attention apportée au détail dans la production et la mise en oeuvre des enrobés ; − les prescriptions d'ARA dans les documents de soumissions.

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4.12 RÉFÉRENCES 65. Hergebruik ZOAB: dat gaat zo !! (recycle porous asphalt, the way to go) State of the art, 1998, Road and Hydraulic Engineering Division, Delft, the Netherlands. 66. Standaard RAW Bepalingen 2000 (Dutch Standard contrct regulations for earthwork, hydraulc works and road construction), CROW., Ede (the Netherlands), 2000 67. Leidraad omgaan met teerhoudend asfalt, CROW, Ede (the Netherlands), publication nr. 124, 1998. (Guideline how to deal with tarpolluted asphalt) 68. Recycling of Existing Flexible Pavements, PIARC Technical Committee on Flexible Roads, july 1999. 69. Hot mix recycling of asphalt concrete: An evaluation of 10 years experience in the Netherlands, ir. J.Th. van der Zwan and dr.ir. P.C. Hopman, Rijkswaterstaat, Ministry of Transport and Public Works, Delft,the Netherlands. Roads and Traffic 2000 : International road and traffic conference Berlin 6-9 September 1988 : volume 2/2 proceedings / FGSV, DSL, ADAC, Köln: FGSV 70. Thermal conversion of tar-containing asphalt integrated into the asphalt production process in combination with energy recovery and re-use of minerals, ir. H.J.N.A. Bolk and ir. J.Th. van der Zwan, the Netherlands, paper for 2 nd Eurasphalt & Eurobitume Congress, Barcelona, Spain, november 2000. 71. C. Moraux, J. Huet, "Evolution des caractéristiques du liant au cours du recyclage d'enrobés bitumineux", 4e Symposium Eurobitume, Madrid, octobre 1989. 72. C. Moraux, G. Glorie, G. Van Heystraeten, "Hergebruik van asfalt in discontinue menginstallaties. Informatiestudie.", RV 32/91, Opzoekingscentrum voor de Wegenbouw, Brussel (Belgium), 1991. 73. Environmental guidelines on Best Available Techniques (BAT) for the production of asphalt mixes", European Asphalt Pavement Association, Breukelen (Netherlands), 1994. 74. AUSTROADS (1997). Asphalt recycling guide. Australian Asphalt Pavement Association ; Austroads. Sydney : Austroads, 1997. Austroads Publication Number AP 44/97. 34p. 75. AUSTROADS (2000). Framework specifications for asphalt recycling. Austroads Pavement Reference Group ; ARRB Transport Research ; Australian Asphalt Pavement Association. Sydney : Austroads, 2000. Report. No. 23 ; AP-TO2. 21p 76. "Handbook on recycling of asphalt concrete, ISSN 1401-9612," Swedish National Road Administration, Publication 2000:93, Borlänge, Sweden, 2000. 77. Jacobson T and Hornwall F. “Hot mix recycling in plant” VTI Notat 22-1999, Linköping, 1999 (in Swedish). 78. Ministerie van de Vlaamse Gemeenschap, Departement Leefmilieu en Infrastructuur, Adminstratie Wegen en Verkeer. Handleiding “Toepassing van asfaltpuingranulaten in asfaltmengsels”, 1998, Belgium.(Guideline application of reclaimed asphalt in asphalt mixes). 79. Ministerie van de Vlaamse Gemeenschap, Administratie Wegen en Verkeer – Administratie Overheidsopdrachten, Gebouwen en Gesubsidieerde Infrastructuur. Standaardbestek 250 voor de wegenbowu – versie 2.0, 17.07.2000.. 80. Ministère de la Région wallonne, Direction générale des Pouvoirs locaux.Ministère wallon de l’Equipement et des Transports, Direction générale des Autoroutes et Routes.Cahier des Charges-type RW 99, 1999. 81. Technical guideline for In-plant Pavements Recycling, Japan Road Association, Japan, 1992. (in Japanese) 82. Asphalt plant Handbook, Japan Road Association, Japan, 1996 (in Japanese) 83. Asphalt Specifications AL ST 1-02. Standard of Estonian Asphalt Pavement Association. Published by Estonian Asphalt Pavement Association, Tallinn, 2002. AIPCR . 155. 78.02.F - 2003

84. Forschungsgesellschaft für das Straßen und Verkehrswesen: "Technische Lieferbedingungen für Asphaltgranulat TL AG-StB 01; Ausgabe 2001" FGSV-Verlag GmbH, Köln, Germany (Technical delivery information for reclaimed asphalt) 85. Forschungsgesellschaft für das Straßen und Verkehrswesen "Merkblatt für die Verwertung von Aspahltgranulat, M VAG; Ausgabe 2000 FGSV-Verlag GmbH, Köln, Germany (Information sheet for the re-use of reclaimed asphalt) 86. Forschungsgesellschaft für das Straßen und Verkehrswesen "Richtlinien für die umweltverträgliche Verwertung von Ausbaustoffen mit teer-/pechtypischen Bestandteilen sowie für die Verwertung von Ausbauasphalt im Straßenbau, RuVA-StB 01, Ausgabe2001" FGSV-Verlag GmbH, Köln, Germany (Guidelines for environmental compatible utilisation of reclaimed asphalt with tar components and for the utilisation of reclaimed asphalt) 87. Proceedings of the Asphalt-Conference 2001 in Neu-Ulm, L. Drüschner: Praktische Bedeutung der Wiederverwendung von Asphalt W. Glet: Umweltverträgliche Verwertung von Aspahltgranulat und teerhaltigen Straßenbaustoffen B. Dienemann: Neue Regelwerke für die Lieferung und die Verwertung von Ausbauasphalt Kirschbaum-Verlag GmbH, Bonn, Germany

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4.13 ANNEXE 4.13.1 Un nouveau développement : le TCU Le développement le plus récent est l'Unité de conversion thermique (méthode TCU), mise au point par un groupe d'entrepreneurs néerlandais. Cette méthode détruit thermiquement le liant contenant du goudron dans le RA, fournissant ainsi un agrégat propre. 10 à 15 % de ces agrégats peuvent alors entrer comme constituant dans le nouvel ARA. Comme indiqué ci-dessus, le recyclage des enrobés contenant du goudron ( également dans le processus de recyclage à froid) est interdit aux Pays-Bas depuis le 1e janvier 2001. La destruction (thermique) du liant contenant du goudron est donc la seule façon de rendre possible le recyclage du RA contenant du goudron. La méthode TCU est un processus auto-(exo-)thermique par lequel de l'énergie est émise pendant le processus d'exploitation. Cette énergie émise peut être réutilisée pour chauffer les nouveaux minéraux dans le tambour-mélangeur. Le processus a été expérimenté sur place pendant plusieurs années, et il continue d'être testé dans ce que l'on nomme une « centrale pilote grandeur nature ». Plusieurs entrepreneurs CTV tentent de mettre ce processus en application à 4 ou 5 emplacements aux Pays-Bas : le CTV fournit la technologie ainsi que le TCU, que les propriétaires de centrales d'enrobés à chaud doivent intégrer dans leurs centrales existantes. En cas de réussite, la capacité totale de telles installations pourra atteindre dans 1 à 2 ans environ 100.000 tonnes par an. Dans la pratique, cela fonctionne comme un four à lit fluidifié. De l'air (le milieu de support) est forcé à travers la grille, et dans le cas présent, le réacteur est formé de lames semblables à des manchons. En raison de la forme spéciale de la grille, l'air commence à tourner au-dessus d'elle (Figure 4.18).

Figure 4.18. Vue schématique de la méthode TCU Après une période de pré-chauffage, le RA est introduit dans cette zone, où le bitume et d'autres substances organiques brûlent très rapidement. Après un très bref délai, les minéraux nettoyés et chauffés sont évacués du four dans un processus continu, et sont introduits dans le tambour de chauffage d'une centrale d'enrobés. Les gaz chauds du processus de brûlage sont également utilisés dans le tambour de chauffage de la centrale d'enrobés, afin de chauffer les agrégats ou le RA. 4.13.2 Philosophie de la formulation et de la production des enrobés Les chapitres 4.3.1 et 4.3.2 donnent une description générale d'une « philosophie de la formulation et de la production des enrobés ». Comme cette philosophie s'applique à la fois aux nouveaux AIPCR

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enrobés et aux enrobés de recyclage, elle est traitée ici de manière plus détaillée. Cette annexe devrait être lue en combinaison avec les chapitres 2.6.1 et 2.6.2. Actuellement, la plupart des pays spécifient des exigences pour les enrobés du niveau le plus bas (5). Cette mesure est possible, car par le passé, les exigences pour les constructions routières furent formulés au niveau le plus élevé (1). Face à l'élaboration de modèles qui représentent les relations empiriques entre les niveaux, il fut possible de spécifier les exigences afférentes aux niveaux les plus bas, permettant ainsi de « traduire » les demandes du niveau 1 au niveau 5. Ces modèles sont largement empiriques, c'est-à-dire qu'ils sont valides uniquement pour des matériaux éprouvés et connus. Le changement des matières premières, des méthodes de production, etc., peut entraîner d'autres propriétés, et donc rendre le modèle inopérant. De nombreux pays n'étaient par sûrs que ces « modèles de relation » soient applicables à l'ARA. Par conséquent, des recherches approfondies furent conduites à des niveaux supérieurs (principalement au niveau 4), tant pour les exigences et les propriétés des couches elles-mêmes, que pour les exigences de la production d'ARA pour ces couches, incluant : − l'application de niveaux élevés de contrôles de la qualité dans la centrale ; − la création de sections expérimentales, afin de mesurer la résistance à l'orniérage et à la fatigue en extrayant des plaques d'enrobés et en réalisant des éprouvettes ; − l'étude du comportement réel des sections d'essai pendant des période plus longues, afin de valider les nouveaux matériaux et modèles. Des informations sur les expériences dans ce domaine pendant une période de 10 ans figurent à la référence [5]. Les recherches ont permis de conclure que la qualité de l'ARA était au moins aussi bonne que celle du NA. Dès lors, les spécifications pour l'ARA sont désormais élaborées au niveau le plus bas, comme elles l'ont été pour le NA. Cette démarche permit d'adapter les modèles des matériaux existants, et d'élaborer de nouvelles spécifications pour les matières premières et les mélanges contenant du RA ainsi que les exigences pour les productions liées. Désormais, il est donc possible de produire des mélanges ARA avec des propriétés connues. Un avantage est qu'il est plus facile d'intervenir dans le processus de production si le produit final, en l'occurrence l'ARA, n'a pas la qualité prévue. De plus, les coûts des tests pour satisfaire aux exigences du niveau le plus bas sont fortement réduits (à titre d’exemple, les tests de la fatigue ne peuvent pas être utilisés en tant que mesures de contrôle de la production, en raison de leur durée et du coût afférent).

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