Development of innovative mix design for road construction in hot regions

Résumé

La déformation permanente des enrobés bitumineux se manifeste principalement sous la forme d'ornières, et représente un des problèmes majeurs affectant les chaussées flexibles, particulièrement dans les pays chauds. Elle est grave car elle met en cause la sécurité des usagers. Elle est conditionnée par la résistance et la déformation ou la viscosité des liants bitumineux constitutifs utilisés aux températures élevées qui prévalent. Elle est accentuée dans les pays très chauds où la température de l'air peut dépasser 45°C et l’enrobé atteindre 70oC. Le recours au bitume à pénétration 60/70 (B60/70), qui est un bitume relativement dur, ne se comporte pas bien aux températures élevées sur les routes subissant le passage répété des poids lourds. Ceci est principalement dû au fait que le B60/70 est basé sur la résistance à la déformation du bitume à 25°C et non à 45oC voire plus. Par ailleurs, les chaussées souples dans ces régions chaudes développent aussi des bourrelets causés également par le trafic, une viscosité insuffisante du bitume aux températures de service et/ou une angularité des agrégats qui est déficiente et une granulométrie trop fine. Dans plusieurs pays d’Afrique du Nord et d’Afrique subsaharienne tels que la Libye, mais aussi l’Algérie, le Mali, le Burkina Faso, le Sénégal, le Tchad, le Bénin, la Mauritanie, le Burundi et le Mozambique, la température en surface des enrobés peut atteindre 70°C, les matériaux disponibles près de l’alignement sont souvent très fins et arrondis par le vent ce qui accentue encore plus ces manifestations, rendant les administrations routières totalement incapables à y faire face à des coûts raisonnables, c’est-à-dire qui permettent de dégager une rentabilité économique. C’est dans le but de contribuer à solutionner cette problématique que s’inscrit cette recherche notamment en évaluant l’intérêt de recourir à de très petites quantités de ciment Portland ordinaire (OPC) et aux fibres de cellulose (CF) pour améliorer la résistance à la déformation ou la rigidité des enrobés bitumineux à base de bitume B60/70 tout en ayant recours à des granulats fins, non conformes, mais néanmoins aisément accessibles pour la construction de routes. On observe en effet que ce recours à l’OPC et aux CF améliore sensiblement la stabilité et accroît la résistance à la déformation de l’enrobé à ossature fine à des températures élevées. Pour apprécier les effets de l'OPC sur les performances des enrobés fins dans les climats chauds, quatre pourcentages différents d'OPC (0 %, 2 %, 4 % et 6 %) sont utilisés comme substituts au filler dans trois mélanges différents. Par ailleurs, les mélanges CF ont également été testés avec trois pourcentages différents de CF (0,25 %, 0,5 % et 0,75 %) utilisés comme fillers. Les performances des mélanges OPC et CF sont évaluées à l'aide de la presse à compactage giratoire Superpave, l'analyseur d'orniérage de chaussée et l’essai de traction indirecte (ISTM). Les tests ITSM ont été réalisés à - 5°C, 10°C, 25°C pour simuler les conditions les plus défavorables dans des zones désertiques et des hauts plateaux de l’Afrique du Nord, et le test de l'analyseur d'orniérage a été effectué à 60°C pour simuler les températures les plus défavorables observées en Afrique Sub-Saharienne. Il ressort de ce plan expérimental que les mélanges bitumineux renfermant des pourcentages plus élevés d'OPC, utilisés à titre de filler, sont significativement plus résistants à l'orniérage selon l’analyseur d’orniérage, tout en étant plus faciles à poser selon la presse à cisaillement giratoire. Ces résultats expérimentaux prometteurs portent à conclure que le ciment peut représenter une alternative intéressante qui augmente la stabilité du mélange à ossature même fine, sans en affecter la facilité de pose ou la maniabilité, et réduit du fait même l’épaisseur en enrobé qui est requise comme établi à l’aide d’une analyse structurale analytique, en raison du module de rigidité plus élevé qui en résulte. Cela a des implications importantes sur les coûts dans les zones rurales chaudes, avec de rares carrières pour disposer de granulats de bonne qualité puisque des granulats arrondis et non conformes donnent des résultats de performance probants, mais aussi en réduisant l’épaisseur de l’enrobé bitumineux, ramenant du fait même les coûts à des niveaux un peu plus raisonnables, plus proches des économies générées par la réduction des coûts du transport résultant d’une route en meilleur état, plus longtemps.

Date	12 mai 2022
langue originale	Anglais américain
Établissement diplômant	École de technologie supérieure
Superviseur	Gabriel J. Assaf (Directeur(-trice))