Le Point De Ramollissement Par La Méthode Bille Et Anneau 3o7165

UNIVERSITÉ TAHRI MED BÉCHAR

Essai sur bitume et enrobé bitumineux Classique et moderne *SRIDI Soumia.

*SADDIKI Hadjer. 2016/2017

Introduction : La fonction d’un laboratoire, d’essais ou d’analyse, est de produire des résultats d’essais. Ceux-ci peuvent aussi servir à la conception de nouveaux produits qu’à la vérification de la conformité d’un produit à des spécifications données. Dans ces deux cas, il est nécessaire que les résultats produits soient fiables, c'est-à-dire répétables (le laboratoire répète l’essai trouve le même résultat) et reproductible (un autre laboratoire de même niveau de qualité trouve un résultat comparable). Pour apporter la preuve de cette fiabilité, un laboratoire peut entreprendre une démarche à plusieurs niveaux. Une première étape consiste à faire évaluer l’activité du laboratoire par un organisme extérieur en vue de vérifier la conformité de la conduite de l’activité par rapport à un référentiel (ISO/CEI 17025). L’accréditation du laboratoire représente le niveau supérieur de qualité I-Essai sur les bitumes : Les bitumes : Les bitumes sont des substances composées de mélange d’hydrocarbures, très visqueux à la température ambiante et de couleur noire. Connu depuis la plus haute Antiquité sous forme naturelle, il provient, de nos jours, presque exclusivement de la distillation des pétroles bruts. Plus généralement, le bitume désigne tout mélange d’hydrocarbures extraits du pétrole par fractionnement qui, sous forme pâteuse ou solide est liquéfiable à chaud et adhère sur les s sur lesquels on l’applique. En construction routière, il sert de liant pour la réalisation de matériaux enrobés à chaud, tels que les bétons bitumineux ou les graves bitumes. Il entre également dans la fabrication d’enduits superficiels sous forme d’émulsion ou bien fluidifié par un solvant. 1-essai classique : *essai de TBA (essai d’identification du bitume) Appareil dit « Bille et anneau » automatique. La sonde du thermomètre est située au niveau des anneaux. Le point de ramollissement est la température à laquelle un produit (par exemple bitumeux) atteint un certain degré de ramollissement dans des conditions normalisées. But de l'essai L'essai Bille-Anneau permet de déterminer le point de ramollissement du bitume (en °C). Le point de ramollissement correspond à la transition entre dur/élastique et liquide/plastique).

Rôle d’essai : Essai TBA c’est la température pour laquelle une bille d’acier s’enfonce à travers un disque de bitume contenu dans un anneau de métal dans des conditions définies de fabrication et d’essai. A cette température, le bitume présente une structure interne telle que les contraintes auxquelles il est soumis, par les conditions même de l’essai, sont suffisantes pour permettre une déformation irréversible, elle-même définie. L’essai donne des indications satisfaisantes sur la susceptibilité et la fragilité du bitume. Matériels : Pour réaliser cet essai il faut : - un bécher - un système bille-anneau (anneaux, Une bille en acier (diamètre=9,53 mm, masse=3,5 ± 0,05 g) est placée sur la pastille de la prise d'essai au milieu de l'anneau, ) - l'eau - un agitateur magnétique chauffant - un chronomètre - un thermomètre

Figure 1:matériel d'essai TBA.

Réalisation de l'essai : Préparation de l'échantillon : Pour réaliser la méthode bille anneau EN 1427 (ou équivalent), un anneau (à épaulement) en cuivre de dimensions définies (par exemple diamètre intérieur=16 ± 0,1 mm, hauteur=6,4 ± 0,1 mm) est rempli du matériau bitumeux à tester. Méthode : -Cet anneau ainsi préparé est placé sur son . -On rempli les anneaux en cuivre par du bitume -On place une bille en acier au dessus de ces anneaux. -L'eau est portée à une température inférieure à 5°C. -On plonge le système bille-anneau dans l'eau lorsque l'eau atteint 5° et on démarre le chronomètre -On élevé la température de 5 °C par minute, Lorsque la première bille enrobée de bitume touche le fond du , on enregistre la température. -On enregistre la température lorsque la seconde bille touche le fond du .On fait la moyenne de deux températures pour déterminer le point de ramollissement.

Figure 2: mode d'emploi d'essai TBA.

Exemple de résultats et analyse et interprétation : * le point de ramollissement est 50 °c → Classe 20/30 Le point de ramollissement est élevé plus ce bitume est dur → donc ce bitume est plastique. * le point de ramollissement est 40 °c →.classe 100/150 Le point de ramollissement est moins élevé ce bitume est mou → donc ce bitume est élastique. Pathologie d’essai TBA : *Si le TBA est grande (bitume dur) la phénomène causé est : Orniérage : Exemple d’ouvrage :

Figure 3: phénomène d'orniérage d’une chaussée.

*si le TBA est petite (bitume mou) le phénomène causé est : Ressuage : Exemple d’ouvrage :

Figure 4: phénomène de ressuage d’une chaussée.

2-Essai moderne : Essai BBR : Bending Beam Rhéomètre. (Flexion 3 points) L'essai BB R permet d'étudier la déformation d'un barreau de bitume maintenu à température contrôlée sous Faction d'une charge constante appliquée en son milieu pendant 240 secondes. Les éprouvettes d'essai ont les dimensions suivantes :

>- longueur : 127 ± 0,5 mm, >- largeur : 12,7 ± 0,05 mm, >- épaisseur : 6,3 + 0,05 mm Le comportement en fluage est caractérisé par deux paramètres : * le module en flexion S(t), * la pente « m » de la relation lg (S) = f (lg temps de charge) Matériel : Le BBR comprend : • un dispositif d'application de la pression dont la partie haute regroupe le piston et sa plate-forme de charge ; la partie basse contient Les s pour les barreaux de bitume. Cette partie basse est plongée dans une cuve contenant un fluide de réfrigération,

Figure 5:dispositif d'essai BBR.

• un système de réfrigération par circulation de fluide, externe au BB R permettant de travailler dans une plage de température allant de - 40 °C jusqu' à 25 °C. Cet ensemble est raccordé à un micro-ordinateur qui, par l'intermédiaire d'un système d'acquisition et de traitement de données, permet l'exploitation des résultats de l'essai. Cet ensemble est raccordé à un micro-ordinateur qui, par l'intermédiaire d'un système d'acquisition et de traitement de données, permet l'exploitation des résultats de l'essai.

L a contrainte maximum en flexion du barreau en son milieu (o~) est calculée en fonction des dimensions du barreau, et de la force appliquée pour des temps de chargement de 8, 15, 30, 60, 120 et 240 secondes par la relation : a = 3PL/2bh2 (exprimée en MPa), Avec : P, charge = 0,98 N. L , longueur du barreau entre les s = 102 mm. b, largeur du barreau = 12,70 mm. h, épaisseur du barreau = 6,35 mm. Mode opératoire : * Choisir le montage et définir les conditions d’essai (matériaux, portée, position). * Monter l’éprouvette. *Monter les comparateurs et les éléments de chargement. * Appliquer la charge à l’intermédiaire de barreau.

Figure 6:mode d'emploi de l'essai.

Résultats : *le module en flexion S(t), *la pente « m » de la relation lg (S) = f (lg temps de charge).

Tableau 1: résultats de BBR.

Bitume 20/30 Dans le tableau sont donnés les résultats détaillés des valeurs de module S (en MPa) et les valeurs de « m » aux températures d'essais pour chaque laboratoire. Les moyennes et les écarts types calculés sur l'ensemble des laboratoires par température d'essai sont également notés dans le tableau. On peut remarquer que la dispersion des résultats est faible, les coefficients de variation sont : - de l'ordre de 4 à 5,7 % pour les valeurs de module, de l'ordre de 2,3 à 3,3 % pour les valeurs de « m ». Pathologie d’essai : *si le bitume a un module petit le phénomène causé est : Fissuration par fatigue :

Figure 7:phénomène de fissuration d’une chaussée.

II-essai sur enrobé bitumineux : On appel enrobé bitumineux tout mélange de granulats et de liant hydrocarboné. Le terme inclut les mélanges dont le liant n’est pas forcément un bitume (goudron, liant à base de bitume fluidifié, ou modifié). Il est défini comme la composition de liant bitumineux (5 à 7% en masse), d’agrégats et de filler ou fine et parfois d’autres types de granulats ou éléments de renfort. Les enrobés bitumineux sont des composants essentiels dans la construction des chaussées. Alors, une bonne conception de ces matériaux garantit une durabilité et une tenue de l’ouvrage réalisé. Les gains d’une étude de formulation se traduisent par un confort et une sécurité accrus pour l’usager de la route et aussi par une diminution des coûts d’entretien pour le gestionnaire de la route.

Figure 8:enrobé.

1-Essai moderne : *essai d’orniérage : But de l’essai : Détermination de la résistance aux déformations des enrobés bitumineux compactés par le age d’une roue d’essai chargée Rôle d’essai : Estimer, dans des conditions expérimentales données, la susceptibilité à l’orniérage d’un mélange hydrocarboné a partir d’un échantillon prélevé in situ par carottage. Matériel utilisé : -une roue équipée d'un pneumatique lisse de 400x8 cm avec une largeur de trace de 8 cm ± 0.5 cm - un moule non déformable de dimensions intérieures 180x500x100 mm -une jauge de profondeur d’une précision de 0.1 mm - une enceinte ventilée pouvant garantir une température constante au sein de l'éprouvette avec une variabilité de ±0.2 °C

- une jauge de contrôle de température au sein de l’éprouvette.

Figure 9:matériel d'essai orniérage.

Mode opératoire : • Placer l'éprouvette mesurée dans le simulateur. • Attendre la stabilisation de la température à (50 ± 2) °C. La température est mesurée à l’aide d’une sonde placée dans l’éprouvette à 30 mm de profondeur et à (60 ± 5) mm de l’axe longitudinal. • Fixer la charge sur la roue à (5 ± 0,05) kN. • Mettre le simulateur en fonction. • Mesurer la hauteur de l'éprouvette et après 1.000 – 3.000 – 10.000 – 20.000 et 30.000 cycles. • L'essai est terminé soit après les 30.000 cycles soit lorsque la profondeur d'orniérage est supérieure à 20 mm (sécurité). Normalement un essai est constitué d’un ou de deux tests exécutés sur le même lot de carottes et dans les mêmes conditions. Résultats :

Figure 10:Résultats.

Donc, lorsque le pourcentage de teneur en bitume est élevé la profondeur de l’ornière est élevée. Pathologie de l’essai : *si l’enrobé a une grand teneur en bitume qui augmente la viscosité, on a la phénomène : Orniérage :

Figure 11:phénomène d'orniérage d’une chaussée.

*si l’enrobé a une petite teneur en bitume qui diminue la viscosité sera implique qu’on a le phénomène : Fissuration par fatigue :

Figure 12:phénomène de fissuration sur une chaussée.

Figure 13:fissure transversale d’une chaussée.

2-essai classique : *essai Marshall : Les matériaux hydrocarbonés sont viscoélastiques et thermo-susceptibles. Leur comportement varie en fonction de la fréquence de sollicitation et de la température. Contrairement aux matériaux élastiques caractérisés par leur module d’Young (nombre réel), les matériaux bitumineux nécessitent un nombre

complexe E* caractéristique pour une température et une fréquence données (15 °c et 10 Hz d’après la méthode de dimensionnement des chaussées). Les mesures du module. But et principe de mesure : L'essai Marshall permet de déterminer pour une température et une énergie de compactage données les caractéristiques suivantes : - La stabilité (une forme de la stabilité) qui est la résistance maximale à l'écrasement. - Le fluage qui est le raccourcissement du diamètre de l'éprouvette au moment de sa rupture. Rôle d’essai Marshal : Les méthodes de formulation basées sur les essais mécaniques traditionnels traitent un seul aspect du comportement mécanique des enrobés à savoir la rupture plastique d'une éprouvette dans des conditions standard de température, d’humidité et de charge basées sur le principe que le choix de la composition appropriée doit répondre à exigences de résistance. Matériels : -éprouvettes d’enrobés -Damage. -moule cylindrique

Figure 14:matériel de Marshall

Mode opératoire: Préparation des éprouvettes : Enrobée moulé sous forme des éprouvettes cylindriques de diamètre 101.6mm et de hauteur 63.5mm à l’aide de compacteur. *Condition d’essai : L’essai fait à une température égale à 18°c, Stabilité >10kn, f≤2 mm Méthode : - faire tremper l’éprouvette de 30 à 40 minutes dans un bain à une température constante de 60±1°C ; - régler le cadran de la presse Marshall à zéro et vérifier les tiges de guidage ; placer l’éprouvette entre les mâchoires de la presse ; - centrer et ajuster les mâchoires. ; - placer les indicateurs de déformation (déflectométres) et les mettre à zéro ; - mettre la presse en marche, l’arrêter au moment ou la charge maximale est atteinte et noter cette charge (l’essai doit être réalisé dans moins d’une minute) ; - lire en millimètres la déformation obtenue.

Résultats : La stabilité Marshall et exprimée en kilogramme et représente la moyenne de résultats d’au moins trois éprouvettes.

Ce résultat fournit une mesure empirique de la résistance à la déformation. Cette dernière permet de juger si l’enrobé est conforme ou non aux exigences portant sur cette caractéristique particulière. La moyenne des trois déformations obtenues donne un indice de la fluidité ou flexibilité de l’enrobé à 60°C, température maximale que peut atteindre le revêtement. Tableau 2: résultats de Marshall.

Analyse des résultats : La variation des caractéristiques de l’enrobé en fonction de la teneur en bitume est traduite par les représentations graphiques dites courbes de propriétés ci-tes : 1-La Variation de la densité apparente en fonction de la variation de la teneur en bitume :

On voit que les densités apparentes obtenues sont peu variables et elles accroissent linéairement avec le dosage en bitume. 2-La Variation du volume des vides en fonction de la variation de la teneur en bitume :

En remarque que le pourcentage des vides est décroîts avec la progression de la teneur en bitume ce qui conduite à un mélange moins poraux et plus consistante. 3-La Variation de la compacité en fonction de la variation de la teneur en bitume :

On remarque que la compacité et augmente progressivement avec l’accroissement de dosage de bitume ce que conduite à une résistance mécanique plus au enrobée. 4- La Variation de la stabilité en fonction de la variation de la teneur en bitume :

On constate que la stabilité croître en fonction de le dosage de bitume progressivement jusqu’au point de 6,10 de dosage où on observe une diminution dans la courbes étudié cela explique la chaut remarquable de la résistance aux déformations dans cette intervalle. 5- La Variation de fluage en fonction de la variation de la teneur en bitume :

La variation des valeurs du fluage en fonction de la teneur en bitume est issible et reste toujours inférieur au seuil fixé par les normes. Conclusion : D'après les études précédentes effectuées, on adopte une teneur en bitume de 6,11 % Pour l'enrobée de référence. D’après cette analyse, la formule de 36% de sable 0/3, 30% de gravier 3/8, 34% de gravier 8/15 avec une teneur en bitume optimale de 6.11% de bitume (40/50) présente une bonne caractéristiques mécaniques visà-vis la stabilité et au tenue au l’eau.

Pathologie de l’essai : Orniérage :

Figure 15:phénomène d'orniérage d’une chaussée.

Fissuration :

Figure 16: phénomène de fissure de chaussée.

3-essai rhéologique sur béton hydraulique ; Introduction : Dans le domaine des bétons frais, on a surtout étudié (l’ouvrabilité ou maniabilité). L'ouvrabilité d'un béton est la propriété déterminant l'effort demandé pour manipuler une certaine quantité du béton frais avec un minimum de perte d'homogénéité. Pour décrire cette propriété du béton frais, on utilise également souvent les termes consistance et cohésion. Le premier est un indice de la mobilité (capacité de s'écouler) du béton frais, le seconde un indice de sa stabilité (capacité d'empêcher la ségrégation). Ce n'est que depuis quelques dizaines d'années qu'apparaissent des caractérisations plus précises, visant à déterminer des grandeurs apparentées aux paramètres de Bingham (seuil de cisaillement et viscosité plastique). L'essai rhéologique est toujours indispensable pour réaliser un ouvrage. Lors de la formulation du béton en laboratoire, il permet de prédire l'ouvrabilité du béton sur chantier. Au moment de la confection de l'ouvrage, il sert au contrôle-qualité, ce qui permet de prendre des mesures nécessaires avant la mise en place du béton, au cas où un accident aurait eu lieu en cours de fabrication. L'essai permet donc d'éviter ou de limiter au minimum la perte économique. On a inventé depuis longtemps de nombreux essais, essentiellement empiriques, pour évaluer l'ouvrabilité des bétons. But de l'essai : Le cône d'Abrams permet de contrôler la classe de consistance du béton que l'on s'apprête à utiliser en mesurant l'affaissement d'un échantillon. Rôle d’essai : Le cône d'Abrams est utilisé pour déterminer la consistance du béton, ce test est aussi appelé un essai d'affaissement. La connaissance de ce paramètre est d'une importance fondamentale dans la définition de l'ouvrabilité du béton. En outre, grâce à l'essai d'affaissement, vous pouvez facilement comparer les effets des additifs chimiques toute diluants à la même eau-ciment. Matériel utilisées : Cône d'Abrams Pour réaliser cet essai de cône d'Abrams on utilise : *la plaque est en acier et a une surface dure et non-absorbante ; *le cône d'Abrams est un cône en acier galvanisé. Il a un diamètre intérieur à sa base de 200 mm, un diamètre intérieur à son sommet de 100 mm et une hauteur de 300 mm2. Il porte le nom de son inventeur Duff Abrams (en) ; (sans fond) *une tige d'acier lisse de diamètre 16 mm et à extrémité arrondie.

* entonnoir en acier. * truelle.

Figure 17:matériel de cône d'Abrams.

Mode opératoire : L’essai se déroule en suivant les étapes suivantes : -Humidifier la surface d’appui et huiler légèrement le cône. -Assembler le cône et la plaque d’appui, placez l'entonnoir. - Placer le moule avec la rehausse sur le . - A l'aide d'une truelle remplir le moule de béton frais, en trois couches d'à peu près même hauteur. - piquer chaque couche par 25 coups à l'aide de la tige. -A la dernière couche, au cours du piquage, ajouter le béton nécessaire pour que le cône soit juste rempli. - Retirer la rehausse, araser le dessus du moule et nettoyer le autour du moule. - Retirer le moule verticalement et doucement en le tournant un peu pour le démouler. -Après démoulage, procéder à la lecture de l’affaissement en mesurant le point le plus haut du béton affaissé.

Figure 18:mode opératoire de cône d'Abrams.

Résultats : Tableau 3:résultats de référence d'essai de cône d'Abrams.

Dans notre essai de tp de formulation d’un béton hydraulique nous trouvons les affaissement suivante : A=14 mm→ le béton hydralique est ferme selon le tableau. A=70 mm→le béton hydraulique est plastique. A= 230 mm→le béton hydraulique est très fluide. Interprétation : Pathologie d’essai cône d’Abrams : *Si le béton hydraulique est très fluide le phénomène posé est : Ressuage : Exemple :

Figure 19: phénomène de ressuage d'un béton.

*le béton hydraulique est ferme le phénomène posé est : Fissuration et retrait :

Figure 20:phénomène de retrait d’un bâtiment.

Conclusion : Dans la vie de construction soit des routes ou des bâtiments les essais sur les matériaux de construction reste toujours obliger avant les utilisés.