Réparation d'une route en vue de la circulation de ... - Wirtgen GmbH

Recyclage à froidRéparation d’une route en vuede la circulation de poids lourds

1 Description brève1.1 AntécédentsLa route d’accès à une carrière disposant d’une centrale à béton prêt à l’emploi présentait de graves détériorations telles quepar exemple de profonds nids-de-poule que l’on avait provisoirement réparés avec du béton et différents matériaux, ainsi quedes microfissurations et un drainage insuffisant. Ces dégradations posaient de gros problèmes aux camions qui y circulaient.Une analyse des bordereaux de pesage montra que l’on transporte sur cette route un poids net avoisinant les 800.000 tonnesde matériaux de construction par an. Ceci correspond à environ 40.000 camions par an à pleine charge. Une réfection étaitdevenue inévitable, mais le temps dont on disposait pour effectuer les travaux de réfection était très limité en raison du volumeélevé du trafic et de la production continuelle dans la carrière et dans la centrale de fabrication du béton.1.2 Inspection du chantierAvant de commencer des analyses détaillées, on a examiné la route sur place. En outre, on a rassemblé toutes les informationsdisponibles sur cette route et on en a tenu compte lors de la décision relative à une réfection éventuelle.In der ersten Hälfte der Straße wurden erhebliche Risse im Asphaltbelag festgestellt (siehe Abb. 1). In den anderen Bereichenwurden Verformungen wie z.B. Abrieb und Spurrinnen festgestellt. Der Zustand der Straße war sehr uneinheitlich, daIllustr. 1: État de la route endommagée.Dans la première moitié du parcours, on a constaté des fissures considérables dans le revêtement bitumineux (voir Illustr. 1).Dans des autres zones, on a constaté des déformations telles que par exemple une abrasion et des ornières. L’état de lachaussée était très hétérogène car la deuxième section en particulier fut construite en remblai et un drainage insuffisant yétait responsable de la plus grande partie des détériorations (voir Illustr. 3). Comme cause des graves détériorations, on asoupçonné des problèmes avec le sous-sol, les petites fissures existant dans la couche de base et de roulement étant attribuéesà une fatigue du bitume. Sur la base de ces informations, on a présumé que la route possédait la structure représentéedans l’illustration 2 et prévu tout d’abord le plan de réfection indiqué également dans l’illustration 2.4// 5

Structure présumée de la chausséePremière proposition de réfectionÉpaisseur supplémentaire= 39 cm4 cm Revêtement bitumineux15 cm Matériau fraisé recycléà froid en usine20 cm Grave bitume non liécomme couche antigel5 à 10 cm Couches à liantbitumineux15 à 20 cm Grave bitume20 à 30 cm Recyclé à froid sur placesous addition de cimentou de chauxSous-solSous-solIllustr. 2: Structure présumée de la chaussée existante et première proposition de réfection.Eau desurfaceEau d’infiltrationFossé de drainageavec écoulementinsuffisantEau desurfaceGrave bitume grossier 50 à 150Illustr. 3: Coupe transversale de la deuxième partie de la route d’accès avec remplissage par grave bitume et représentation des problèmesde drainage.1.3 Constat de la structure de la chausséeL’étape suivante consistait à exécuter des examens détaillés. Ils comprenaient une expertise minutieuse du chantier ainsique le fraisage de puits de reconnaissance, des essais dynamiques de pénétration au cône (essais DCP) dans le sous-sol etdes essais de charge sur plaque sur la fondation. Sur la base de ces résultats, on élabora ensuite un programme détailléd’essais de laboratoire. À l’aide des granulats provenant des puits de reconnaissance, on exécuta des analyses granulométriques,des essais Proctor (rapport humidité/densité) et des essais destinés à la détermination de la teneur optimale en liant.Les examens préliminaires montrèrent que la structure présumée de la chaussée ne correspondait pas à la réalité. À la lumièredes examens de laboratoire et de calculs assistés par ordinateur de l’épaisseur des couches (ELSYM 5M), on révisa lapremière proposition de réfection et en déduisit le plan correspondant à l’illustration 4.La différence existant entre la première proposition (Illustr. 2) et la solution finalement proposée (Illustr. 4) montre à quel pointil est important d’effectuer un examen détaillé de la chaussée.

Structure réelle de la chausséeStructure de la chaussée rénovéeÉpaisseur supplémentaire= 19 cm4 cm Revêtement bitumineux15 cm Granulat fraisé recycléà froid en usine9 cm Couche bitumineuse debase et de roulement10 cm Couche de base engrave bitume 0 à 3217–50 cm Couche de fondation engrave bitume 50 à 75Sous-sol19 cm Recyclé à froid sur placesous addition de ciment17–50 cm Couche de fondation engrave bitume 50 à 75Sous-solIllustr. 4: Structure réelle de la chaussée et structure de la chaussée rénovée.1.4 RéfectionOn a représenté dans l’illustration 4 la structure choisie pour la réfection de la chaussée. La raison du choix d’une autrestructure neuve réside principalement dans le fait que c’était surtout la couche de base en grave bitume non lié de 10 cmd’épaisseur se trouvant sous les couches bitumineuses qui était instable.En raison des mauvaises conditions de drainage, de l’eau avait pénétré dans cette couche de base en grave bitume à traversdes fissures présentes dans les couches bitumineuses. La circulation produisit un effet de pompage qui transportal’eau avec les particules fines de la couche de base en grave bitume vers la surface. De plus, il est apparu des dommagesdus au gel et à l’eau qui avait pénétré. On décida de recycler la couche bitumineuse existante ainsi que la couche de baseen grave bitume se trouvant au-dessous, sur toute la longueur de la route. On augmenta ainsi la portance de la chaussée etréduisit son hétérogénéité. Grâce à la résistance plus élevée obtenue au moyen de cette couche, on a pu renoncer à unecouche de grave bitume non lié (couche antigel, voir Illustr. 2). La structure de la chaussée et le remplissage des bas côtésont ainsi nécessité moins de matériaux, ce qui a conduit à des économies de coûts notables.Les essais de laboratoire ont clairement montré qu’on devait stabiliser la couche de grave bitume existante non pas avec dela chaux, mais avec du ciment en raison de sa plasticité de toute évidence minime. En outre, il s’est avéré que le sous-solétait relativement sec et possédait une portance plus élevée qu’on ne l’avait tout d’abord supposé. Pour la stabilisation de lacouche fraisée consistant en grave bitume et bitume, sur une épaisseur de 19 cm on a mis en œuvre un recycleur WirtgenWR 2500 et un mélangeur de suspension mobile WM 400 de Wirtgen.Sur la couche de base stabilisée au ciment, on a mis en place une couche portante bitumineuse préparée à froid de 15 cmd’épaisseur. Auparavant on avait fabriqué l’enrobé à froid dans un mélangeur à froid mobile Wirtgen KMA 150. Le mélangede granulats destiné à cette couche était composé de matériau de fraisage bitumineux contenant du brai et du sable deconcassage de 0/2 mm. L’enrobé à froid destiné à cette couche de base fut préparé avec du bitume mousse et du cimentpour la section allant du km 0+000 au km 0+714, et avec une émulsion bitumineuse et du ciment pour la partie allant du km0+714 au km 1+000.Pour finir, on a recouvert la couche de base d’une couche de roulement de 4 cm d’épaisseur composée d’enrobé 0/11 S.6// 7

Illustr. 5: La route après clôture des travaux de réfection.La couche de base mélangée à froid et la couche de roulement bitumineuse furent mises en place par un finisseur de bitumeVögele Super 1800 équipé d’une table de compactage performante.Afin de ne pas gêner l’accès à la carrière, il fallait également planifier minutieusement le déroulement chronologique des mesurede réfection. C’est pourquoi on décida d’effectuer le recyclage de la couche de fondation au moyen de ciment un samedi.Dans la semaine qui suivit, la route d’accès est restée ouverte au trafic. Au cours du week-end suivant, on a posé lacouche de base en enrobé à froid et la couche de roulement bitumineuse.2 Rapport détaillé2.1 Appréciation de la chaussée2.1.1 Propriétés de la chaussée existanteLongueur: 1.000 m, Largeur: 5,1 m, Surface totale: 5.100 m 23530Essai de charge surplaque 3 au km 0+550Puits de reconnaissance3 au km 0+59025Essai de charge surplaque 2 au km 0+222Virage à gauche 45°Virage à gauche 45°Hauteur (m)2015Puits de reconnaissance2 au km 0+210Virage à droite 90°Essai de charge surplaque 4 au km 0+6931050Puits de reconnaissance1 aukm 0+080Descente de 5% entre km 0+213 et km 0+503km 0+213Descente de 8% entre km 0+170 et km 0+213Essai de charge sur plaque 1 au km 0+0400 200 400 600 800 1000Longueur (m)Illustr. 6: Représentation graphique de la route d’accès avec indication géographique des endroits testés.

A B C D E F G0 100 200 300 400 500H J K L M N O500 600 700 800 900 1000Légende:Légère fissuration et nids-de-poule isolésLégèrement fissuréFortement fissuréCouches bitumineuses complètement défoncées,nids-de-poule remplis au bétonIllustr. 7: Différents types de dégradation de la route.Les détériorations constatées le long de toute la route sont illustrées ci-dessous au moyen de quelques photographies (voirIllustr. 8 à 12):Illustr. 8: Camions entièrement chargés d’agrégats minéraux.8// 9

Illustr. 9: Fissures typiques longitudinales et transversales.Illustr. 10: L’eau stagnante et le gel entraînent d’autres détériorationsde la route.Illustr. 11: De graves détériorations de la couche bitumineuse sont le signe d’une couche de grave bitume instable.Illustr. 12: Dégâts dus à un drainage insuffisant.

2.1.2 Puits de reconnaissanceOn fraisa trois puits de reconnaissance aux km 0+080, km 0+210 et km 0+590. La couche bitumineuse existante de 9 cmd’épaisseur et composée d’une couche de roulement bitumineuse de 3 à 4 cm d’épaisseur et d’une couche de base égalementbitumineuse de 5 à 6 cm ainsi que 10 cm d’une couche de base de grave bitume 0-32 a fait l’objet d’un fraisage àl’aide d’une fraiseuse à froid Wirtgen 500 DC. Ainsi, pour les essais de laboratoire il a été obtenu un matériau présentant unecourbe granulométrique semblable à celle que présenterait plus tard le granulat produit par le recycleur Wirtgen WR 2500durant l’opération de recyclage.Illustr. 13: Une fraiseuse à froid Wirtgen 500 DC fraise le matériau destiné aux essais de laboratoire.Illustr. 14: Puits de reconnaissance fraisé et déblayé au km 0+080.10 // 11

La couche de base en grave bitume présentait une très haute teneur en eau. La couche se trouvant au-dessous et qui futdéblayée à la main se composait de grave bitume de 50 à 75 mm. L’épaisseur de la couche variait entre 17 cm (puits de reconnaissance1 et 2) et 50 cm (puits de reconnaissance 3). Dans les trois puits de reconnaissance, on a constaté la présenced’un sol limoneux dans un état sec.9 cm Couche de roulement bitumineuse10 cm Couche de base en grave bitume 0–3217–50 cm Couche de fondation en grave bitume 50–75SolIllustr. 15: Structure existante de la chaussée.2.1.3 Essais dynamiques de pénétration au cône (essais DCP)Dans les puits de reconnaissance, on a déterminé à l’aide du pénétromètre dynamique à cône (DCP = Dynamic Cone Penetrometer)la portance structurelle du sous-sol jusqu’à une profondeur atteignant 116 cm. À l’aide du logiciel DCP on a calculépour tous les trois puits de reconnaissance que l’indice de portance californien minimal (California Bearing Ratio) étaitde 25% et que le coefficient d’élasticité E V1 minimal était de 100 MN/m 2 (MPa). Ces résultats ont permis de conclure que lesous-sol présentait un état assez homogène sur toute la longueur de la route d’accès.Illustr. 16: Exécution d’un essai dynamique de pénétration au cône (essai DCP).Le pénétromètre à cône (voir Illustr. 17) mesure la profondeur de pénétration par frappe dans les couches de la fondation.Cette profondeur de pénétration dépend de la résistance à la poussée in situ du matériau en question. La courbe obtenuefournit des éclaircissements sur les propriétés in situ des couches de la fondation jusqu’à la profondeur respective atteinte.Des études ont montré que les mesures effectuées au DCP sont en excellente corrélation avec l’indice CBR connu pour lesgranulats.

Pénétromètre dynamique à cône (DCP = Dynamic Cone Penetrometer)PoignéeButée supérieureMarteau (8 kg)Dimensions du côneenv. 1935 mm575 mm3 mm20 mmButéeDouille de fixation supérieure –Point de référence de la graduationPoint zéroAngle du cône 60°Barre en acier, Ø 16 mmBaguette de mesureDouille de fixation inférieurepour baguette de mesure(pas à l’échelle)Illustr. 17: Pénétromètre dynamique à cône (DCP).2.1.4 Essais statiques de charge sur plaqueAfin de vérifier en plus, sur la couche de base en grave bitume, la portance de la structure existante de la chaussée on exécutaquatre essais statiques de charge sur plaque aux km 0+040, km 0+222, km 0+550 et km 0+693 (voir Illustr. 20 et 21). Àcet effet, il a fallu enlever les couches bitumineuses au moyen d’une carotteuse (voir Illustr. 18 et 19).Illustr. 18: Avec un carottage d’un diamètre de 30 cm, on a enlevé les couches bitumineuses pour déterminer la portance à la surface de lacouche de base en grave bitume au moyen de l’essai de charge sur plaque.12 // 13

Illustr. 19: On enlève le corps bitumineux de la carotteuse.Illustr. 20: Essai de charge sur plaque dans l’alésage au km 0+222.Illustr. 21: Équipement servant à l’essai statique de charge sur plaque avec chevalet porteur et bras palpeur.

Résultat:Aux quatre endroits testés, les valeurs E V2 mesurées étaient supérieures à 100 MN/m 2 .2.2 Essais de laboratoireLe but des essais de laboratoire est d’obtenir des informations détaillées sur les matériaux disponibles et d’élaborer des formulesde mélange. De cette façon, on peut projeter de manière judicieuse la structure optimale et les mélanges des différentescouches que doit avoir une route rénovée, de sorte que la route en cours d’élaboration satisfera à toutes les exigences.2.2.1 Essai de qualification pour la couche de fondation (Recyclage sur place avec du ciment)Comme on l’a déjà décrit, le granulat destiné aux essais de laboratoire fut fraisé dans les puits de reconnaissance. Les résultatsdes essais obtenus avec ce matériau peuvent se résumer comme suit:Illustr. 22: Matériau extrait par fraisage des puits de reconnaissance (enrobé et grave bitume).Analyse granulométrique/Répartition granulométriqueLors de cette analyse, on a examiné les matériaux en provenance des trois puits de reconnaissance. La courbe granulométriquepermit de constater un bon échelonnement du matériau avec une répartition satisfaisante des grains fins et grainsgrossiers (voir Illustr. 23).14 // 15

10090Passés (pourcentage pondéral)807060504030201000,090,250,712,05,08,011,216,022,4Diamètre des grains (mm)Illustr. 23: Exemple de courbe granulométrique du matériau fraisé sur place.Indice de plasticité (PI)Les résultats de l’essai Atterberg montrèrent que le matériau de la couche de fondation n’était pas souple.Rapport humidité/densitéPour la détermination de la densité à sec maximale (DSM) et de la teneur en eau optimale (TEO) on exécuta l’essai Proctorstandard (DIN 18127/Désignation AASHTO T 99) (voir Illustr. 24).Résultat: DSM moyenne = 2210 kg/m 2 ; TEO moyenne = 6,4%2,22Densité à sec (g/cm 3 )2,202,182,162,142,124 5 6 7 8 9Teneur en eau (pourcentage pondéral)Illustr. 24: Détermination de la teneur en eau optimale.Détermination de la teneur optimale en chaux/cimentAfin de décider s’il fallait utiliser de la chaux ou du ciment, et de déterminer la teneur optimale en chaux/ciment, on exécutaun essai de compression simple (essai UCS) (voir Illustr. 25).

5Ciment Chaux CimentContrainte de compression simple(N/mm 2 )432102% 3% 4%Teneur en liant (%)72 heures – Ciment 7 jours – Ciment 72 heures – Chaux 7 jours – ChauxIllustr. 25: Détermination de la teneur optimale en ciment de la couche à recycler au moyen du matériau fraisé.Il ressort du diagramme que la résistance à la compression lors d’une addition de 3% de chaux est plus faible que lors del’addition de ciment. C’est pourquoi on se décida en faveur d’une utilisation du ciment.Lors du choix de la teneur optimale en ciment, on a tenu compte des aspects suivants: une augmentation de la proportionde ciment de 2 à 4% n’entraîne aucune augmentation significative de la résistance à 7 jours. C’est pour cette raison ainsique pour des considérations économiques qu’on a fixé la proportion de ciment à 2%, ce qui a entraîné une résistance à lacompression à 7 jours de 3,62 N/mm 2 .2.2.2 Essai de qualification pour la couche de base (Recyclage à froid en usine)Comme on l’a déjà mentionné, on décida de diviser la route en deux sections dont la couche de base devait être préparéerespectivement avec du bitume mousse et du ciment, ou avec une émulsion bitumineuse et du ciment. La couche de baseliée à l’aide de bitume mousse se trouva entre les km 0+000 et km 0+714, la couche de base liée à l’aide d’une émulsion bitumineuseentre les km 0+714 et km 1+000.2.2.2.1 Recyclage avec du bitume moussePour les essais de laboratoire, on préleva des échantillons pour le granulat bitumineux et le sable de concassage directementdes tas se trouvant dans la carrière. Sur ces matériaux, on exécuta ensuite les essais suivants:Analyse granulométrique/Répartition granulométriqueLes courbes granulométriques du granulat bitumineux et du sable de concassage sont représentées dans l’illustration 26.Pour montrer où se situent les mélanges respectifs, on a représenté également dans les illustrations 26 et 27, à côté desdeux courbes granulométriques, les plages granulométriques du CSIR (Council for Scientific and Industial Research, Afriquedu Sud) et des ZTVT (Prescriptions et Directives Techniques Supplémentaires pour les Travaux Publics).16 // 17

Passés (pourcentage pondéral)1009080706050403020100Granulatbitumineux0,090,250,712,05,08,011,216,022,4Diamètre des grains (mm)Courbes granulo-Sable demétriques du CSIR Courbes granulométriquesconcassage (Afrique du Sud) des ZTVT (Allemagne)Illustr. 26: Courbes granulométriques séparées pour le granulat bitumineux et le sable de concassage.L’illustration 26 montre que les deux matériaux, pris séparément, ne remplissent pas les exigences posées. Des calculs ontdémontré que le mélange optimal devait se composer de 80% de granulat bitumineux et de 20% de sable de concassage(cf. Illustr. 27).100Passés (pourcentage pondéral)90807060504030201000.090.250.712.05.08.011.216.022.4Mélange 80:20Diamètre des grains (mm)Courbes granulométriquesdu CSIR (Afrique du Sud)Courbes granulométriquesdes ZTVT (Allemagne)Illustr. 27: Courbe granulométrique du mélange 80:20 de granulat bitumineux et de sable de concassage.Rapport humidité/densitéPour la détermination de la densité à sec maximale (DSM) et de la teneur en eau optimale (TEO) on soumit le mélange sélectionnéà l’essai Proctor standard (DIN 18127/Désignation AASHTO T 99).Résultat: DSM moyenne = 2088 kg/m 2 ; TEO moyenne = 5,7%.

2,10Densité à sec (g/cm 3 )2,082,062,042,024 5 6 7 8 9Teneur en eau (pourcentage pondéral)Illustr. 28: Rapport humidité/densité pour la détermination de la DSM et de la TEO.Détermination de la teneur optimale en bitume mousseBitume moussePour fabriquer du bitume mousse, on ajoute à du bitume très chaud (B65 à B300) des faibles quantités d’eau, ce qui conduit àune augmentation considérable de son volume et à une réduction notable de la viscosité du bitume. Dans cet état, le bitumese prête remarquablement bien à un mélange avec des matériaux froids et humides. Le bitume mousse convient comme liantpour une multitude de granulats minéraux différents allant jusqu’au grave bitume et au gravier de plasticité relativement élevée.Dans le cas des granulats à gros grains, il faut veiller à ce que le pourcentage pondéral des grains fins soit ≥ 5%. Commedans le cas du traitement à l’aide d’une émulsion bitumineuse, on ajoute la plupart du temps au matériau mélangé à du bitumemousse une faible quantité de chaux ou de ciment. Ceci n’augmente pas seulement la résistance du mélange à l’eau,mais favorise également la répartition du bitume en augmentant la proportion de filler formé de particules ≤ 0,075 mm.Clapet de régulationClapet de circulation de lamousse bitumeRaccordementpour l’eauRéservoird’eau avecpression d’airCuve à bitumechaufféeClapetsde pilotagede lamousseRéservoir à aircompriméPrise d’airDébitmètreavec étrangleurpour l’eauClapet derinçagePompe à bitumeInjecteur pneumatiquepour lamousseRégulateur de pressionavec manomètreGicleur de mousseIllustr. 29: Vue éclatée du système de bitume mousse dans des conditions contrôlées dans la chambre à expansion du mélangeur de laboratoireWLB 10.18 // 19

Illustr. 30: Pour déterminer ses propriétés, on injecte le bitumemousse dans un récipient d’essai standard.Illustr. 31: L’installation à bitume mousse de laboratoire WLB 10 deWirtgen.Propriétés du bitume mousseLe bitume mousse est caractérisé par son expansion et sa demi-vie. Le facteur d’expansion désigne le rapport du volumemaximal atteint à l’état moussé au volume du bitume non moussé. La demi-vie correspond à la durée en secondes après laquellela mousse est retombée à la moitié de son volume maximal. Les facteurs principaux influant sur les propriétés de lamousse d’un bitume donné sont la température du bitume, la quantité d’eau qu’on lui ajoute, et la pression à laquelle on injectele bitume dans la chambre d’expansion.Dans ce projet, on utilisa du bitume (pénétration B80) que l’on fit mousser avec l’installation à bitume mousse de laboratoireWLB 10 de Wirtgen (voir Illustr. 31) à 170°C. Comme on le voit dans l’illustration 32, la teneur en eau optimale est alors d’environ2,5%..

40423537Facteur d’expansion30252015103227221712Demi-vie (s)57020,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5Teneur en eau (Pourcentage pondéral) Facteur d’expansion Demi-vieIllustr. 32: Demi-vie et facteur d’expansion par rapport à la teneur en eau.Addition de bitume mousse au granulat de minérauxAfin d’optimiser la teneur en bitume, on ajouta différentes quantités de bitume au mélange de granulat bitumineux et de sablede concassage (proportion 80:20), dans l’installation à bitume mousse de laboratoire WLB 10, sous une teneur en humiditéoptimale. Comme on l’a décrit ci-dessus, on ajouta à l’enrobé 1,5% de ciment avant d’effectuer l’injection du bitumemousse, ceci afin d’augmenter sa résistance à la compression diamétrale après immersion dans l’eau. À partir de cet enrobéà froid, on fabriqua ensuite des éprouvettes suivant deux procédés différents. Dans le procédé 1, on effectua un compactageselon la procédure d’essai proposée par le CSIR Transportek d’Afrique du Sud pour le recyclage à froid à l’aide debitume mousse «Foamed Asphalt Mixes – Mix design procedure» (Mélanges à bitume mousse – Procédure de mise au pointde mélanges), laquelle est basée sur l’essai Marshall avec 75 frappes par côté. Dans le procédé 2, le compactage s’est faitselon la «Fiche technique pour recyclage à froid in situ des couches supérieures de chaussées» de la commission FGSVs’appliquant au recyclage à froid à l’aide d’une émulsion bitumineuse.Illustr. 33: App. de compactage Marshall destiné à la fabricationd’éprouvettes selon le procédé 1.Illustr. 34: Presse destinée à la fabrication d’éprouvettes selon le procédé2.20 // 21

Détermination de la teneur optimale en bitume mousse selon le procédé 1On sécha les éprouvettes dans un four pendant 72 heures à une température constante de 40°C. Ensuite la moitié deséprouvettes de teneur donnée en bitume fut immergé dans l’eau, pendant 60 minutes, dans un dessiccateur à vide sous unedépression de 50 mm Hg et une température de 25°C. Après séchage des éprouvettes, on examina la charge de clivage decet ensemble d’éprouvettes ainsi que de l’autre moitié des éprouvettes. Cette charge de clivage permet de calculer la résistanceà la compression diamétrale. Le facteur de résistance à l’eau résulte du rapport des résistances à la compression diamétraledes éprouvettes imprégnées d’eau et des éprouvettes sèches. Conformément à la procédure d’essai du CSIR, lefacteur de résistance à l’eau devrait être supérieur à 50%, alors que la résistance à la compression diamétrale des éprouvettessèches et des éprouvettes imprégnées d’eau devrait être respectivement supérieure à 200 kPa et 100 kPa. Les résultatsde ces essais peuvent se représenter comme suit:Résistance à la compressiondiamétrale (kPa)5505004504003503002502001,5% 2,0% 2,5% 3,0% 3,5% 4,0%Facteur de résistanceà l’eau (%)100,0%95,0%90,0%85,0%80,0%1,5% 2,0% 2,5% 3,0% 3,5% 4,0%Teneur en bitume (%)Teneur en bitume (%)SecHumideIllustr. 35: Résistance à la compression diamétrale par rapport à lateneur en bitume (72 h).Illustr. 36: Facteur de résistance à l’eau par rapport à la teneur en bitume(72 h).La teneur en bitume optimale était de 2,5% de la masse.Les résultats relatifs au facteur de résistance à l’eau furent dans tous les cas supérieurs à 80%.Illustr. 37: Presse Marshall standard avec dispositif de clivage pour la déterminationde la résistance à la compression diamétrale.Illustr. 38: Éprouvettes après l’essai de résistance à la compressiondiamétrale.

Détermination de la teneur optimale en bitume mousse selon le procédé 2Le matériau provenant du procédé 1 et traité avec du bitume mousse fit l’objet d’un compactage et testé conformément à la«Fiche technique pour recyclage à froid in situ des couches supérieures de chaussées» de la commission FGSV. À cet effet,on a fabriqué les éprouvettes sous des charges de pression fluctuante appliquée par intervalles.Illustr. 39: Clivage de l’éprouvette fabriquée conformément à la «Fiche technique pour recyclage à froid in situ…» en vue de la déterminationde la résistance à la compression diamétrale.72 heures7 joursRésistance à la compressiondiamétrale (kPa)4003503002502001501,5% 2,0% 2,5% 3,0% 3,5% 4,0%Teneur en bitume (%)Illustr. 40: Résistance à la compression diamétrale par rapport à la teneur en bitume (sec).Les différences apparaissant entre les résultats obtenus avec les deux procédés sont à attribuer aux différentes méthodesde fabrication et d’essai des éprouvettes. Pour déterminer la teneur optimale en bitume mousse, on utilisa les résultats obtenusavec le procédé du CSIR.2.2.2.2 Recyclage avec une émulsion bitumineusePour pouvoir comparer entre eux les enrobés à froid préparés avec du bitume mousse et avec une émulsion bitumineuse, ondécida d’utiliser dans les deux cas la même proportion de 80% de granulat bitumineux et de 20% de sable de concassage.Teneur optimale en émulsion bitumineuse (Procédé 1)Cette série d’essais de laboratoire fut exécutée conformément aux GEMS – «The design and use of granular emulsionmixes» (SABITA, Manuel n° 14). En plus, on ajouta au mélange de matériaux 1,5% de ciment.22 // 23

Résistance à la compressiondiamétrale (kPa)5004504003503002502001502,0% 3,0% 4,0% 5,0% 6,0%Teneur en bitume (%)SecHumideFacteur de résistanceà l’eau (%)76%74%70%68%2,0% 3,0% 4,0% 5,0% 6,0%Teneur en bitume (%)Illustr. 41: Résistance à la compression diamétrale vs. la teneur enémulsion bitumineuse (72 h).Illustr. 42: Facteur de résistance à l’eau vs. à la teneur en émulsionbitumineuse (72 h).Le facteur de résistance à l’eau fut dans tous les cas supérieur à 60%.Teneur optimale en émulsion bitumineuse (Procédé 2)Le matériau provenant du procédé 1 et traité avec une émulsion bitumineuse fit l’objet d’un compactage et fut testé conformémentà la «Fiche technique pour recyclage à froid in situ des couches supérieures de chaussées».7 jours72 heuresRésistance à la compressiondiamétrale (kPa)2502252001751502,0% 3,0% 4,0% 5,0% 6,0%Teneur en bitume (%)Illustr. 43: Résistance à la compression diamétrale vs. la teneur en émulsion bitumineuse (sec).Afin de garantir l’uniformité entre les matériaux traités avec du bitume mousse ou une émulsion bitumineuse, on choisit uneteneur en bitume de 2,5% (corresp. à 4% d’émulsion bitumineuse). Cette valeur correspondit aux résultats obtenus à partirdu procédé 2.2.2.3 Essai de qualification de la couche de roulement bitumineuseÉtant donné qu’il s’agissait d’un mélange bitumineux standard avec échelonnement granulométrique continu conformémentaux Prescriptions Techniques Supplémentaires Bitume (0/11 S – Béton bitumineux) provenant du mélangeur local, on n’apas établi d’essai de qualification à cet effet. Lorsque la teneur en bitume est de 5,6 à 6,2%, la couche de roulement bitumineusepossède une stabilité Marshall de 10 à 12 kN.2.3 Procédés de réfectionSur la base des résultats obtenus lors des examens préliminaires et des essais de qualification, on dimensionna, à l’aided’un progiciel permettant de déterminer les propriétés mécaniques des enrobés, les épaisseurs des différentes couchespour qu’elles présentent la durée de vie souhaitée et supportent les contraintes auxquelles il fallait s’attendre. La structurede chaussée (A) qui en résulta est représentée dans l’illustration 44.

(A) Résultat du dimensionnement (B) Directives RStO 86/894 cm Couche de roulementbitumineuse15 cm Granulat bitumineuxrecyclé à froid en usine19 cm Recyclé sur place sousaddition de ciment17 cm Couche de fondationen grave bitume 50 à 75Sous-sol4 cm Couche de roulement bitumineuse8 cm Couche de base bitumineuse15 cm Couche de base traitéeavec du ciment28 cm Couche de base en grave bitumeSous-solIllustr. 44: Résultat du dimensionnement (A) et structure de la chaussée conformément aux directives correspondantes RStO 86/89 (B).L’illustration 44 (B) montre la structure d’une chaussée conforme aux directives RStO 86/89 pour une chaussée de classe IV.La différence entre les structure (A) et (B) réside dans le fait que (A) est fabriquée à partir de matériaux de recyclage, tandisqu’on utilise pour (B) des matériaux neufs. Les deux variantes possèdent une portance structurellement comparable et correspondantà 400.000 charges d’essieu standards de 11 t.2.4 Rapport de chantier2.4.1 Recyclage sur place de la couche de fondation avec du cimentÀ l’aide du recycleur Wirtgen WR 2500 et du mélangeur de suspension mobile Wirtgen WM 400, on fraisa la couche de roulementbitumineuse de 9 cm existante ainsi que la couche de base de grave bitume 0–32 de 10 cm d’épaisseur, et recyclasimultanément le tout avec du ciment. La suspension, un mélange composé de ciment (1,5%) et d’eau (3%), fut versée dansla rampe d’injection du recycleur pour permettre un dosage précis de la quantité ajoutée et d’obtenir ainsi un mélange optimalen fonction de la vitesse de travail du recycleur. Le compactage se fit au moyen d’un rouleau simple à hauteur variableet bandages lisses de 9,7 t et d’un rouleau tandem de 7 t. La surface 5.300 m 2 fut recyclée en l’espace d’une journée.Illustr. 45: Fraisage, malaxage et addition de liant (suspension) dans le procédé sur place à l’aide du recycleur Wirtgen WR 2500 et du mélangeurde suspension mobile WM 400 Wirtgen.24 // 25

Comme on l’a mentionné au début, le programme de mise en œuvre de cette couche recyclée prévoyait un temps de prisede 40 heures avant de l’ouvrir à la circulation pendant trois jours. Durant cette période, on a maintenu la surface humideavec de l’eau. Le résultat fut extrêmement positif: seulement quelques rares pierres s’étaient détachées de la surface. Il n’yeut aucun signe de déformations ou fissurations pour cause de charge prématurée. Avant la mise en place de la couche debase d’enrobé à froid, on nettoya la surface avec une balayeuse.Illustr. 46: Couche de fondation terminée avant la mise en place de la couche de base d’enrobé à froid.2.4.2 Recyclage à froid en usine de la couche de base avec du bitume mousseLe granulat bitumineux et le sable de concassage 0/2 qui étaient tous les deux stockés dans la carrière furent versés dans lesgodets de prélèvement du mélangeur à froid Wirtgen KMA 150. On fabriqua ensuite le mélange de granulat bitumineux et lesable de concassage dans la proportion de 80:20 en ajoutant 2,5% de bitume mousse (B80), 1,5% de ciment et 2 à 3% d’eau.Illustr. 47: Mélangeur à froid KMA 150 lors de la fabrication de l’enrobé destiné à la couche de base supérieure.À l’aide de quatre camions à benne basculante, on transporta le matériau vers un finisseur à enrobé Vögele Super 1800 à tablede compactage performante, tampers, vibreurs et lames de compression. Le compactage préliminaire effectué par le fi-

nisseur à enrobé facilita considérablement le travail des rouleaux qui suivirent. Pour le compactage final, on utilisa un rouleausimple à hauteur variable et bandages lisses de 9,7 t et un rouleau tandem de 7 t. On mélangea ainsi 1.200 t d’enrobé destinéà la couche de base mise en place sur la section de route de 5,1 m de large et 714 m de long.Illustr. 48: Mise en place de la couche de base à bitume mousse faite d’un enrobé à froid à l’aide d’une table de compactage performante.2.4.3 Recyclage à froid en usine de la couche de base avec une émulsion bitumineuseLe jour suivant, on a préparé dans un mélangeur à froid Wirtgen KMA 150 un mélange similaire (dans la proportion de 80:20)avec 4% d’une émulsion bitumineuse (U70K), 2% de ciment et 1% d’eau. On transporta 500 tonnes d’enrobé à froid à l’aidede camions à benne basculante vers le finisseur à enrobé Vögele Super 1800 qui les mit en place sur une largeur de 5,1 m.Pour le compactage final, on utilisa les mêmes rouleaux que le jour précédent.Illustr. 49: Couche de base à émulsion bitumineuse compactée.2.4.4 Couche de roulement bitumineuseLe jour suivant, on pulvérisa une émulsion d’accrochage sur la couche de base en enrobé à froid qui venait d’être possée.Comme pour la couche de base, on mit en place la couche de roulement bitumineuse 0/11S à l’aide du finisseur Vögele Su-26 // 27

per 1800. Le compactage se fit avec deux rouleaux tandem de 7 t. La surface totale de 5.100 m 2 , soit 600 tonnes, fut miseen place et compactée en l’espace de 6 heures.Illustr. 50: Pulvérisation de l’émulsion d’accrochage avant la mise enplace de la couche de roulement bitumineuse.Illustr. 51: Mise en place de la couche de roulement bitumineuse àl’aide du finisseur Vögele Super 1800.Illustr. 52: Structure complète de la chaussée avec couche de fondation contenant du ciment, couche de base bitumineuse et couche deroulement bitumineuse, toutes les trois de différente épaisseur.2.5 Tests de contrôle durant la phase des travaux2.5.1 Couche de fondation recyclée en place avec du cimentLe compactage effectué in situ fournit une densité Proctor normale variant entre 98 et 101% (DIN 18127/DésignationASSHTO T 99).2.5.2 Couche de base recyclée à froid en usine avec du bitume mousseRésistance à la compression diamétrale des éprouvettes fabriquées suivant le procédé de compactage MarshallOn transporta des échantillons provenant du chantier jusqu’au laboratoire dans des récipients hermétiques à l’air, et on les yprépara comme pour l’essai de qualification. Afin de déterminer la résistance à la compression diamétrale, on fabriqua deséprouvettes Marshall. En outre, on exécuta des analyses granulométriques et par extraction du bitume.

Le compactage effectué in situ fournit une densité Proctor normale variant entre98,6% et 103,4% (DIN 18127/Désignation ASSHTO T 99).2.5.3 Couche de base recyclée à froid en usine avec une émulsion bitumineuseRésistance à la compression diamétrale des éprouvettes fabriquées suivantle procédé de compactage MarshallOn transporta des échantillons provenant du chantier jusqu’au laboratoiredans des récipients hermétiques à l’air, et on les y prépara comme pour l’essaide qualification. Les essais effectués avec les éprouvettes ainsi fabriquéesmontrèrent que la résistance à la traction de la formule de mélange était supérieureà ce qu’on en attendait. Le compactage effectué in situ fournit une densitéProctor normale variant entre 98,6% et 103,4% (DIN 18127/DésignationASSHTO T 99). On exécuta en outre des analyses granulométriques et par extractiondu bitume.Illustr. 53: Essai de compacité de la couchede base.2.5.4 Couche de roulement bitumineuseLes examens effectués dans le laboratoire du fournisseur sur des échantillons en provenance du chantier fournirent les résultatssuivants:Teneur en bitume totale5,68% de la masseDensité à 25 °C 2,622 g/m 3Densité en vrac à 25 °C 2,717 g/m 3Teneur en vides à 25 °C3,5% du volumeStabilité Marshall14,3 kNIndice de fluage Marshall4,1 mmD’après ces résultats, les valeurs caractéristiques de la couche de roulement bitumineuse se trouvent dans les limites fixéespar la spécification. La couche de roulement présente par conséquent une qualité de mélange satisfaisante. Visuellement, lacouche de roulement bitumineuse compactée présentait une bonne granularité et un compactage correct.28 // 29

2.6 Surveillance de la structure de la chausséeAu bout de trois mois, on préleva des carottes de la chaussée (voir Illustr. 54 à 57) et contrôla leur résistance à la compressiondiamétrale et leur résistance à la compression simple (UCS). Les résultats de ces contrôles sont représentés dans les Illustr.58 et 59.BitumeBitumeRecyclé à froidavecdu bitumemousseRecyclé àfroid avec uneémulsion bitumineuseRecyclé à froidavecdu cimentRecyclé àfroid avecdu cimentIllustr. 54: Carotte – Bitume mousse.Illustr. 55: Carotte – Émulsion bitumineuse.Illustr. 56: Coupe transversale d’une carotte – Bitume mousse.Illustr. 57: Coupe transversale d’une carotte – Émulsion bitumineuse.Afin d’évaluer le comportement à long terme du revêtement de la chaussée, on continuera à contrôler la route d’accès à lacarrière.

Résistance à la compression diamétrale(kPa)120010008006004002000550470Carottes1075815Bitume mousse25°CÉmulsion bitumineuse25°CBitume mousse5°CÉmulsion bitumineuse5°CIllustr. 58: Résultats des essais de résistance à la compression diamétrale des carottes avec bitume mousse et émulsion bitumineuse (valeursmoyennes).Résistance à la compressionsimple (N/mm 2 )4,543,532,521,510,543,110CarottesBitume mousseÉmulsion bitumineuseIllustr. 59: Résultats des essais de compression simple effectués sur des carottes avec bitume mousse et émulsion bitumineuse.3 GlossaireCBR = California Bearing Ratio (Indice de portance californien)CSIRDCPE V1E V2ITSDSMTEORStOUCS= Council for Scientific and Industrial Research(Conseil de la Recherche Industrielle et Scientifique), Afrique du Sud= Dynamic Cone Penetrometer (Pénétromètre dynamique à cône)= Module d’élasticité résultant de l’essai dynamique de pénétration au cône= Module d’élasticité résultant de l’essai statique de charge sur plaque= Indirect Tensile Strength (Résistance à la compression diamétrale)= Densité à sec maximale (Maximum Dry Density)= Teneur en eau optimale (Optimum Moisture Content)= Directives pour les couches supérieures des corps de chaussées= Unconfined Compressive Strength (Résistance à la compression simple)30 // 31

4 AnnexePublication dans «Straße + Autobahn 55 (2004), n° 5»(5 ans après l’exécution du projet)32 // 33

Essai de méthodes de construction selon le recyclageà froid et les résultats du projet de NaubergErnst Neußner, Bernd Grätz et Steffen RiedlLe procédé de recyclage à froid (mode de construction RCF) jouit d’une popularité croissante à l’échelle internationale etvoit sa signification augmenter sur le plan technique et économique. En mai 1999, la voie d’accès à la carrière de «Nauberg»dans la Westerwald (région à l’est de Coblence) a également été réhabilitée avec succès selon la méthode de constructiondu recyclage à froid. Au cours des cinq années écoulées, des mesures de contrôle annuelles ont été réalisées sur cetteroute qui subit de fortes sollicitations. Nous rendons compte ci-après des bons résultats ainsi que de l’exécution du projet.1. Rétrospective et contexte duprojetLes méthodes de construction selon lerecyclage à froid avec des mélanges debitume-ciment sont appliquées dans lemonde entier depuis une vingtaine d’annéeset, en Allemagne, depuis une dizained’années, la priorité ayant porté, àce propos, sur les länder de Saxe, Saxe-Anhalt et Thuringe [1 à 21]. Malgré tout,en de nombreux endroits, on se doit deconstater des réserves à l’égard de cesmodes de construction, réserves émanantaussi bien des maîtres d’œuvre quede l’industrie du bâtiment.Les raisons essentielles en sont surtout:- l’absence d’expériences faites par lesmaîtres d’œuvre et les firmes deconstruction.- Les réserves concernant le niveaudes résultats en comparaison avecles couches de base en bitume et lescouches de base liées hydrauliquement.- Les investissements nécessaires enmachines de chantier (par ex. recycleursà froid, mélangeurs à froid) quiposent des exigences de résultatsélevés en ce qui concerne le niveaude qualité à obtenir ainsi que l’évitementet la minimisation des risques,car les appareils conventionnels deréalisation de mortier sont moins bienappropriés pour cela.- Les inconvénients face à la con-currence,car les méthodes de constructionselon le recyclage à froid nepeuvent, en règle générale, être soumisesque par le biais d’offres annexeslors des procédés de concurrence.- L’évaluation des mélanges de bitume-cimentsous l’angle de la techniqued’essai.- L’absence de règlements techniques.Tout d’abord, le Ministère d’Etat saxonde l’Economie et du Travail, divisionConstructions routières, a adopté la«Directive Recyclage complexe dansles constructions routières», directiveselon laquelle un grand nombre demesures de ce genre a été réalisédans les nouveaux länder.Entre-temps, la Forschungsgesellschaftfür Straßen und Verkehrswesen(FGSV/Société de recherche pour lesroutes et la circulation) a élaboré la «Fichetechnique pour le recyclage à froidin situ pour la superstructure de laroute» (FT RCF) et l’a publiée en tantqu’édition 2002. Elle prend en considérationaussi bien les expériences faitesen Allemagne que celles faites àl’étranger. En un premier temps, lesdeux règlements précités se circonscrivent,en ce qui concerne les liantsbitumeux, à la seule applicationd’émissions bitumeuses. En ce quiconcerne l’application de bitumesmousses, un complément à apporter àla M KRC est en cours de préparationsous forme de document de travail. Atitre transitoire, il est possible de recouriraux publications spécifiques aux firmes.Ces dernières années, les méthodesde construction selon le recyclage àfroid ont pris une signification particulièreen combinaison avec la réutilisationde substances usagées contenantde la poix (méthodes de constructionavec bitume à la poix ou avec unepure poix routière), en particulier pourles raisons suivantes:- aucun danger pour les eaux en raisond’une intégration à l’épreuve du phénomèned’érosion des matériaux deconstruction routière contenant de lapoix- évitement des vapeurs attaquant lesvoies respiratoires et/ou carcinogènesainsi qu’évitement des fumées.Le champ d’utilisation des méthodesde construction selon le recyclage àfroid s’est cependant considérablementélargi.Outre les questions techniques et économiques,les principaux avantageslors de l’application de ces méthodesde construction réside dans le ménagementdes ressources et la minimisationdes incidences négatives sur l’environnementet la circulation, à savoir:- le commandement d’évitement desdéchets et de réutilisation dans lesens de la loi relative au recyclage etau déchets (KrW-/AbfG–Kreislaufwirtschafts-und Abfallgesetz).- La quantité principale d’agrégats minérauxse trouve d’ores et déjà dansla chaussée qui doit être refaite: parconséquent, évitement de transportsde matériaux et, de ce fait aussi, de laconsommation de carburant, de pollutionsatmosphériques, de sollicitationsdues au bruit et à la poussièreainsi que d’un volume de circulationet de sollicitation des routes.- En raison de la préparation à froid,économie d’énergie, en particulierpour les émulsions bitumeuses.- Raccourcissement des durées deconstruction.L’intérêt porté aux méthodes deconstruction selon le recyclage à froid

ne sera cependant durable et n’augmenteraqu’à la condition que l’onpuisse garantir une qualité et une rentabilitéde haut niveau. Les expériencesfaites et les résultats obtenus lors detravaux de réfection de stabilisationsde route ont donc une significationd’autant plus grande. A cette fin, ensupplément aux cas d’application généraux,on crée des tronçons d’essai etde mise à l’épreuve afin d’obtenir leplus grand nombre possible de critèresd’évaluation exhaustifs. Les résultatsobtenus avec de telles mesuresont surtout une grande significationlorsque les hautes performances desméthodes de construction et des stabilisationsde chaussée respectives ontété éprouvées dans des conditions localesdéfavorables et extrêmes. Le présentarticle se consacre à la fabricationet au comportement à l’emploi d’unevoie d’accès à une carrière qui a étéconstruite en tant que tronçon d’essai.[22, 23].2. Choix et état initial du tronçond’essaiEn ce qui concerne les objectifs précités,une route à refaire servant de voied’accès à une carrière et de sortied’une usine de mélange de béton manufacturéa semblé particulièrementappropriée. Cette voie d’accès doit assumeraussi bien des transports dematériaux de construction en provenancede la carrière et de l’usine à bétonque des transports dans l’enceintede l’entreprise, par exemple pour la livraisonde ciment et de sable naturel àl’usine de mélange de béton et de produitsde récupération ainsi que massesde déblais destinées à remplir lacarrière. De ce fait, on obtient la trèsforte sollicitation routière souhaitée.L’état de la route présentait de nombreuxdommages, si bien que d’importantestravaux de réfection se sontavérés incontournables (photos 1 et 2).Le tronçon mesure environ 1000 m delong sur 5,1 m de large. Un endroit particulièrementcritique, en direction de lasortie, est une section d’environ 100 mde long avec une inclinaison longitudinalede jusqu’à 6 % en combinaisonavec un virage serré. Des recherchespréalables, des essais de qualification,des analyses concomitantes à laconstruction et consécutives à celle-ciont été confiées au bureau d’étudesNies, de Cologne, et sont évoqués auxrubriques 3 et 4.3. Bilan et proposition de réfectionAfin d’élaborer une proposition de réfection,il a été procédé aux recherchespréalables suivantes:- à l’aide de prospections expérimentales,on a établi la structure de la stabilisationde chaussée existante et lespropriétés respectives du sous-sol etde la fondation.- La portance du sous-sol a été constatéeaussi bien avec l’appareil coniquequ’avec un essai statique de charge àplaque. A cette occasion, on a obtenules valeurs suivantes: valeur CBR25 %, E V2 100 MN/m 2 .3.1 Essai de qualification (EQ)Figure 1:Fissurations transversaleset longitudinales typiquesde la route.Figure 2:Eau stagnante et gel ontcontribué à aggraver la dégradationde la route.L’essai de qualification s’est déroulépar analogie à [24 à 30]. Des éprouvettesselon Marshall ont été testées quantà la résistance à la compression diamétralesans et avec stockage dans del’eau. Les éprouvettes d’un diamètre de145 mm ont subi l’essai de résistanceà la compression unidimensionnelle etde résistance à la compression diamétralesans stockage dans de l’eau (SE)à l’âge d’essai mentionné. Une différencea été faite, lors de l’EQ, entre unbitume mousse de la classe de normesB 80 et l’adjonction d’émission bitumeuseU 70 k.3.2 Formules Exécution de la constructionCouche de base consolidée au ciment:fraisat 0/22 mm, répartition àgranulation moyenne, consistant enmatériau pour la couche de base enmacadam + bitume fraisé, adjonctionde ciment 2,0 M.-%, teneur en eau w Pr= 6,4 M.-% Couche porteuse de RCFavec bitume mousse: granulat de bitumecontenant de la poix 0/22 mm +20 M.-% Sable concassé de basalte(BS) 0/1 mm + 2,0 M.-% Ciment + 2,534 // 35

M.-% de bitume mousse, teneur eneau de compactage optimale w Pr = 5,7M.-%, couche de base de RCF avecémulsion bitumeuse: la formule correspondà l’identification caractéristiqueci-dessus. Il a été utilisé une émulsionbitumeuse se rompant lentementVIALIT U 70 k KRC, prétempérée à env.40 – 45° C. Lors du dosage de l’émulsionbitumeuse, sa teneur en eau a étéprise en compte.Pour la restauration d’un état de chausséeimpeccable, il a fallu trouver unesolution durable et économique encombinaison avec la durée deconstruction la plus courte possible. Ila été possible de satisfaire à ces exigencesavec les méthodes deconstruction RCF qui, de ce fait, devaientêtre soumises à un test de résultatsnon seulement en ce qui concernaitles charges du trafic, mais aussiles diverses conditions initiales défavorables.Les étapes de travail suivantes ont suivila réfection (photo 3):- afin d’instaurer une base aussi régulièreque possible pour la couche deRCF avec des mélanges de bitumeciment,il a été prévu de consolider lastabilisation existante sur un total de19 cm par fraisage et mélange de ciment.- Au-dessus de la couche consolidéehydrauliquement, une couche deRCF de 15 cm d’épaisseur avec desmélanges de bitume-ciment a étéaménagée. La majeure partie de lamasse minérale de la couche deRCF consistait en granulats de bitumecontenant de la poix que l’onavait obtenus lors d’une opération derenouvellement sur l’autoroute A 45.- Sur la couche de RCF a été prévue,après l’application par projectiond’une émulsion d’accrochage, unecouche de roulement de 4 cmd’épaisseur seulement en béton bitumeux0/11 S.4. Composition des mélangesde matériaux de construction,exécution de la constructionet résultats4.1 Les mélanges de matériaux deconstructionLa stabilisation s’est effectuée avec lerecycleur Wirtgen WR 2500 et le mélangeurde suspension WirtgenWM 400 avec adjonction de 2 à 3M.-% d’eau et de 2 M.-% de ciment.En raison de l’essai de qualification,une résistance mécanique suffisante aété obtenue avec une teneur en cimentde 2 M.-%.Afin de pouvoir comparer entre ellesdes couches de RCF avec différents typesde liants bitumeux, il a été prévude fabriquer environ 2/3 des quelque1000 m de longueur de la route avecdu bitume mousse et env. 1/3 avec desémulsions bitumeuses. A ce propos,les différents liants devaient être ainsidosés que les mélanges de matériauxde construction des deux sectionscontiennent des proportions respectivesidentiques de bitume et de ciment.La préparation à froid in-plant s’est effectuée,pour l’enrobé des deux variantes,avec le mélangeur à froid WirtgenKMA 150.L’enrobé à froid a été posé avec un finisseurde route Vögele Super 1800avec table à haut pouvoir de compactage.Le compactage s’est effectuéavec un tambour vibrant de 12 t et untambour en tandem de 7 t. Après l’applicationpar projection d’une émulsiond’accrochage sur la couche de basede RCF, une couche de roulement de4 cm d’épaisseur en béton bitumeux0/11 S a également été posée avec lefinisseur de route Vögele Super 1800.4.2 L’exécution de la constructionPendant l’exécution de la construction,plusieurs facteurs ayant exercé une influencedéfavorables sont survenus:- une utilisation non optimale des appareilsde compactage.- La teneur en ciment a été choisie à lalimite inférieure aussi bien pour lacouche consolidée au ciment quepour la couche consolidée selon lemode de construction RCF.- Les épaisseurs théoriques ont été dépasséesvers le bas.- De basses températures régnaientlors de la pose des couches de RCF.- Aucune pause n’a été respectéejusqu’à la mise en place de la couchede roulement, ce qui est défavorable,en particulier, pour la section où a étéposée l’émulsion bitumeuse.La stabilisation au ciment de la superstructureexistante fraisée s’est effectuéele 8.5.1999 en faisant appel auxmachines suivantes:Figure 3: Structure de la route avant et après la réfection.WR 2500 et mélangeur WM 400; tambours:tambour vibrant (12 t) et tambouren tandem (7 t). L’épaisseur de lacouche de pose à l’état compactés’élevait à environ 18 cm. Ce résultat aété obtenu en l’espace d’une journée.Les degrés de compactage réglés ontété mesurés dans les limites deD Pr = 98 bis 101 %. La couche de base

Figure 4:Recycleur Wirtgen WR2500 et mélangeur de suspensionWirtgen WM 400.Figure 5:Mélangeur à froidWirtgen KMA 150.Figure 6:Vögele Super 1800 avec tableà haut pouvoir de compactage.4.3 Les essais de contrôlePendant l’exécution de la construction,il a été procédé à des prélèvementsd’échantillons de matériel pour des essaisde contrôle. 20 carottes (diamètrede 150 mm) ont été prélevées troismois plus tard. Les degrés de compactageont été établis pour la totalité descarottes avec les moyennes: essais decompression diamétrale sur deséprouvettes selon Marshall et pour undiamètre de 145 mm sans et aprèsstockage dans de l’eau. Sur deséchantillons de carottes, la résistance àla compression diamétrale a été mesuréeà 5 et 20° C et la résistance à lacompression unidimensionnelle, pourune dilatation latérale sans entrave.Respectivement deux carottes ont étésoumises à l’essai d’alternance de gelet de dégel (EGD) avec dix cycles entre-25° C et +20° C selon le schémade ce que l’on appelle les «pieds mouilléschauds» afin de permettre en permanencel’absorption d’eau capillaire.Selon les essais de contrôle, les exigencesont été respectées conformémentaux règlements correspondantsainsi qu’aux objectifs cibles des propriétésde matériaux désirées. L’essaid’élution au respect de l’environnementselon le procédé de l’auge a révélédes résultats normaux, et les valeurslimites n’ont pas été dépasséesvers le haut.5. La sollicitation de la routestabilisée au ciment a, conformémentà la planification, reposé pendant unesemaine sous un trafic de poids lourds.Abstraction faite d’une usure par frottementsà la surface, on n’a constaté aucundommage. Sur les deux tiers dutronçon, il a ensuite été procédé á lapose de matériau de RCF avec du bitumemousse, le 14.5.1999, ainsi que,sur le tiers supérieur du tronçon, avecune émulsion bitumeuse, le 15.5.1999.La totalité de la surface de pose a étérecouverte auparavant d’environ 0,4kg/m 2 d’émulsion d’accrochage.Pour cela, il a été fait appel aux machinessuivantes: mélangeur mobile KMAà 150 t/h, finisseur Vögele Super 1800avec table à haut pouvoir de compactage,trois tambours de la configurationprécitée: épaisseur de couche de poseà l’état compacté: d = 12 cm. Les degrésde compactage réglés pour lesdeux sections partielles se sont élevésà DPR = 98,6 à 103,4 %.La pose de la couche de roulement bitumeusedu type AB 11S sur une couchede 4 cm d’épaisseur s’est effectuéele 16.5.1999.Des conditions extrêmes sont rencontrées,en particulier, en raison des fortessollicitations que subit la route. Letronçon assure essentiellement la circulationd’utilitaires lourds chargés aumaximum, parfois avec des poids suressieu dépassant les valeurs maximatolérées. L’avantage de ce tronçon entant que tronçon expérimental est queles granulations de roches livrées et lebéton ainsi que le nouveau remplissagede la carrière, le sable et le cimentont été pesés exactement et documentéspour la fabrication du béton.Les passages d’essieu ont été calculésdepuis ces données conformémentaux «Directives pour la standardisationde la superstructure de surfaces dédiéesà la circulation, édition 200136 // 37

(RStO 01). La figure 7 représente lacharge du trafic jusqu’à fin 2003 enpassages d’essieu en 10 t et l’affectationdes classes de construction selonRStO 01. En conséquence, la chargedu trafic jusqu’à ce jour correspond àla classe de construction III.La figure 8 compare la structure refaiteavec la structure de chaussée de laclasse de construction III et II de laRStO 01. Ainsi, l’épaisseur totale descouches liées ne concorde que pour laclasse de construction III, tandis qu’elleest 4 cm plus réduite par rapport à laclasse de construction II.Une différence absolument essentielleentre les variantes représentées résidecependant dans le fait que la structurede la chaussée après la réfection necomporte pas de couche de liaisonentre la couche de base et la couchede roulement comme cela est le caspour la structure des classes deconstruction II et III.Comme le maximum de frottementcalculé par les charges à hauteur de laroue verticales selon la théorie de l’espacesemi-infini se trouve sous la couchede roulement, l’abandon de lacouche de liaison pour la structure assainiesignifie que la couche de RCFdoit encaisser les frottements maximaux.Des contraintes supplémentairestrès élevées résultant des forces defreinage et centrifuges se produisentsur une section du tronçon avec uneinclinaison allant jusqu’à 6 % devantun virage serré.D’autres conditions extrêmes sont leclimat et les fossés de drainage nonentretenus. Le long du tronçon règnentdes conditions climatiques défavorablesdurant la période hivernale en raisondu climat rude de la Westerwald(située à environ450 m au-dessus du niveau de la mer).Autres facteurs particulièrement défavorables,les rapports de sous-sol nonhomogènes et la forte accumulationd’eau sur les côtés. En combinaisonavec l’entretien totalement négligentdes fossés de drainage et des accotements,cela entraîne une saturationd’eau (figure 9). Parfois, le niveau del’eau dépassait l’arête supérieure de lachaussée. Cet état de choses a duréjusqu’à ce que l’on procède à un entretienminutieux des fossés de drainageen 2003.6. Les résultats des mesures deprofil transversalFigure 9:Saturation d’eau.Figure 7:Charge du trafic et classesde construction.Figure 8:Structure de chaussée refaiteen comparaison avecdes superstructures dechaussée conformément àRStO 01.Pour les observations consécutives, letronçon a été soumis à un arpentagegéodésique avec la création de dix profilstransversaux de 5 à 6 m de large etassurés par des vis d’assemblagefixées par des chevilles du type M 24intégrées au sol avec une cheville. Lamesure s’est effectuée en trois passagessimultanément à des mesures dedéflexion. Durant la période d’observationd’environ quatre ans et demi, onn’a reconnu aucune modification enhauteur. Par contre, dans un virage à90° avec une déclivité d’environ 6 %,une touche mobile a été éjectée de sonassemblage par chevilles sous l’effetdes efforts de guidage, ce qui montreclairement l’ordre de grandeur des forcesinduites et des frottements que celaengendre. Selon le profil longitudinal, ladéclivité sur certains tronçons partielsest comprise entre 6 et 8 %.

7. Mesure, calcul et évaluationde la portanceLa mesure de la portance a été effectuéeà hauteur de trois points de tempsde mesure avec le déflectomètre FallingWeight (FWD). Pour établir la portance,on utilise dans le monde entierenviron 300 FWD [31]. Le FWD est unprocédé de mesure dynamique de laportance avec lequel, à l’instar de lacharge dynamique du trafic, une impulsionde force est exercée sur la surfacede la stabilisation de la chausséeà l’aide d’une masse pour démontrerl’accélération de la chute des corps. Leprocédé de calcul de la portance etdes deux modules de couche est décritau [32]. Comme résultat du calcul,sans la connaissance de l’épaisseurde couche h des données de mesureau FWD, on obtient la portance (longueurélastique) et le module de coucheM 0 de l’espace semi-infini.La portance est définie au [33] en tantque «résistance mécanique d’une stabilisationde route contre des déformationsde courte durée. Pour juger laportance à hauteur des trois points detemps de mesure, on inscrit les indicesde longueur élastique I et le module decouche M 0 dans le «diagramme d’évaluationprovisoire» représenté à la figure10.Les mesures au FWD ont été réaliséessur la voie d’accès dans les deux sens(en montée et en descente) respectivementà hauteur de dix-neuf stations dela voie de roulement de droite. La températureétait de 15° C (mesure 1 enseptembre 1999), de 9° C (mesure 2en mars 2001) et de 20° C (mesure 3en septembre 2003).A la lumière de la comparaison des indicescalculés et du «diagrammed’évaluation provisoire», on peutconstater que, lors de la mesure encôte, trois indices de portance se trouventdans la zone de transition entreles domaines I et IV (ces indices doiventêtre affectés à une station) et quetous les autres indices de portance setrouvent dans la zone I et que, lors dela mesure en descente, tous les indicesde portance se trouvent dans lazone I.La portance de la totalité de la stabilisationde la chaussée est donc garantieà l’exception d’une station. La localisationde cette station s’effectue àpartir de la «bande de portance». Labande de portance est la représentationgraphique des indices Portance(longueur élastique) I et Module decouche M 0 de l’espace semi-infini audessusdes stations. La figure 11 représenteà titre d’exemple la bande deportance pour la direction de la montée.A la lecture de la figure 11, on peutconstater que le point de mesure avecla portance la plus faible (transition dela zone I à la zone IV) se trouve à hauteurde la station 235 m. La bande deportance révèle en outre que- le module de couche M 0 est réparti defaçon très inhomogène au-dessus dutronçon,- la portance l au-dessus du tronçon estrépartie de façon plus homogène,- que la structure de couche choisie entraîneune portance répartie de façonhomogène et, ainsi, une sollicitation dela stabilisation de la chaussée elleaussi répartie de façon homogène.Figure 10 : Diagramme d'évaluation provisoire pour le jugement de l'état d'usage d'unestabilisation de chaussée [34].A partir de la bande de portance, il esten outre possible d’extrapoler des38 // 39

constats au sujet du comportementcomme base de la stabilisation de lachaussée. Le comportement commebase est défini au [33] en tant que«Modification de la portance en fonctiondu temps et/ou de la charge dutrafic».La figure 11 montre que, durant les annéesde 1999 à 2003,- la portance l n’a pas changé de façonsignificative.- dans la zone comprise entre la station700 et la station 850, le modulede couche M 0 s’est réduit lors de latroisième mesure par rapport auxdeux premières mesures.- Sinon, que les modules de coucheM 0 se déroulent sur une largeur debande étroite en fonction du temps.Après environ quatre ans de temps dedépôt, le bon état de la portance obtenuaprès la pose pour la stabilisationde chaussée de la voie d’accès à lacarrière de Nauberg est pratiquementresté inchangé.Figure 11:Bande de portance pour lesens de circulation enmontée.8. Evaluation de synthèse duprojet Nauberg et d’autres mesuresde réfectionL’objectif de cette mesure de renouvellementétait, de façon générale, d’administrerla preuve des hautes performancesdes modes de construction de RCFavec des mélanges de bitume-cimentet, en particulier, de répondre à la questionde savoir si ces modes deconstruction étaient en mesure de satisfaireaux propriétés escomptées descouches de base et de liaison sousl’angle de la portance et de la stabilitéà la déformation.Les bons résultats sont imputables aufait que les couches de RCF avec mélangesde bitume-ciment présentent ungrand potentiel de portance en raisonde leur épaisseur et de leur composition.La teneur en ciment devrait cependanttoujours être inférieure à la teneuren bitume. En outre, ces couches résistentà la déformation sans manifester lapropension bien connue à l’apparitionde criques de contraction affichée pardes couches liées de manière purementhydraulique. Du fait de la répartitionde la charge similaire à des plaquesreliées entre elles, lesinhomogénéités de la base sont mieuxsurmontées et la zone de la stabilisationde chaussée qui se trouve sous la couchede RCF subit moins de sollicitations.A titre complémentaire au tronçon detest de Nauberg, plusieurs travaux deréfection avec application de méthodesde construction selon le recyclage àfroid ont été réalisés en Rhénanie-Palatinatet en Rhénanie-du-Nord-Westphalie.Les bons résultats obtenus à cetteoccasion représentent une contributionimportante à l’élimination des réserves.Ceci devrait, en outre, être un motif à remettreen question, dans un esprit critique,les exemples d’application énumérésdans la «Fiche technique pour lerecyclage à froid in situ pour la superstructurede la route» (FT RCF). A cepropos, pour les classes de constructionIII à V, en fonction du module dedéformation de la couche inférieure entrela couche de RCF et la couche deroulement, la FT RCF prévoit toujoursune ou plusieurs couches de bitumesous la forme de couches de compensation,de base et/ou de liaison.De ce fait, les exemples d’applicationde la FT RCF présentent une structureplus fortement dimensionnée des stabilisationsde chaussée que cela n’est lecas pour le tronçon d’essai décrit cidessuset pour d’autres travaux de réfectionentre-temps exécutés, parexemple:- le renouvellement du réseauStrassenhaus K 99 – Oberhonnefelden l’an 2000:Classe de construction V:5 cm de couche de roulement 0/11 SCouche de RCF de 20 cm avec bitumemousse- Renouvellement du réseau de laL 275 Asbach – Buchholz en 2002:Classe de construction VI:VI 5 cm de béton bitumeux 0/11 S20 cm de couche de RCF avecbitume mousse et ciment- Renouvellement du réseau de laL 256 Breitscheid – FernthalClasse de construction IV:IV 5 cm de couche de

oulement 0/11 S20 cm de couche de RCF avec émulsion- Renouvellement du réseau de la L125 LanzenbachClasse de construction VI:VI 4 cm de béton bitumeux 0/11 S4 cm de liant bitumeux 0/16 S20 cm de couche de RCF avec bitumemousse et ciment.Il convient de prendre en considérationà ce propos que les exemples d’applicationmentionnés dans la FT RCF ontencore leurs origines dans un stadeprécoce au cours duquel on ne disposaitpas encore de valeurs avérées defaçon ciblée quant au comportement àla portance des modes de constructionselon le RCF, en particulier pour ceuxavec des mélanges de bitume-ciment.En raison des expériences faites avecle projet de Nauberg et d’autres mesures,il est proposé de procéder à unevérification des exemples donnés dansla FT RCF, en particulier dans ce sensque les couches comprises entre lacouche de RCF et la couche de roulementpeuvent être supprimées. S’il devaitmalgré tout subsister des réservesdans des cas d’espèce, il conviendraitde donner la préférence à une augmentationde l’épaisseur de la couchede RCF à la place de l’aménagementd’une ou plusieurs couches intermédiaires.En renonçant à des couchesintermédiaires, on diminuerait aussi lerisque d’e l’apparition d’ornières. Simultanément,du fait que le nombre decouches et les niveaux de couche diminuent,on voit aussi diminuer le risquede destruction possible de la liaison.La condition sine qua non à lasuppression des couches intermédiairesest cependant que la couche deRCF soit fabriquée de façon suffisammentplane et en adéquation avec leprofil. En outre, une liaison sur toute lasurface de la route doit être garantieentre la couche de RCF et la couchede roulement. Si l’on pose des exigencesmoins sévères à la planéité, parexemple pour les chemins d’exploitationagricoles, il est possible de prévoir,à la place d’une couche de roulementen bitume laminé, un traitement de surface(simple ou double) ou une couchede protection de la surface enémulsion bitumeuse.9. Remarques finales et perspectivesOn peut qualifier de bonnes les expériencesfaites à l’échelle internationale etnationale au cours des nombreuses annéesde pratique des méthodes deconstruction selon le recyclage à froid.A la condition que la préparation de laconstruction et l’exécution soient minutieuses,les risques ne sont pas plusgrands qu’avec les méthodes deconstruction traditionnelles, si bien que,pour des considérations de principe,toute réserve sera, à l’avenir, injustifiée.Les expériences faites représentent unebase suffisante pour la planification etl’exécution des mesures de réfectionavec application des méthodes deconstruction selon le recyclage à froidavec mélanges de bitume-ciment.Comme liants bitumeux, on peut envisagerà ce propos aussi bien les émulsionsbitumeuses que les bitumesmousses fabriqués directement lors duprocessus de mélange.La nature et l’ampleur des dommagesroutiers dus au vieillissement croissantdes stabilisations de chaussée et àl’augmentation de la charge du traficprésentent une tendance à une hausserégulière alors même que, simultanément,les déficits budgétaires perdurentou s’aggravent, ce qui a pour conséquenceque la réfection des dommagesse concentre de plus en plus souventsur les méthodes les plus simples. Celaa pour conséquence que les intervallesde remise en état sont toujours pluscourts et, ce qui va de pair avec cela,que les ralentissements de la circulationdeviennent toujours plus fréquents alorsque, simultanément, l’ampleur desdommages structurels s’accroît. En tantqu’alternative aux procédés conventionnelsde remise en état et de rénovationtels que la démolition de la stabilisationde chaussée existante et lafabrication à neuf de la structure de couches(montage en profondeur) ou lerenforcement avec des paquets de bitumeplus épais (construction sans enlèvementde sous-sol), les méthodes deconstruction selon le recyclage à froidsont considérées comme particulièrementappropriées en raison de leursavantages techniques et économiquesainsi que sur le plan de la circulation etde la protection de l’environnementpour une réfection de route avec unbon comportement à long terme, notammentpour les routes de land et decercle dans le cadre de ce qu’il estconvenu d’appeler la modernisation duréseau.40 // 41

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