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2.3.2. Caractéristiques mécaniques de l´enrobé bitumineux

Le module d´élasticité de l´enrobé bitumineux varie en fonction de la température ambiante et de la fréquence dŽapplication de la charge. Il est déterminé à partir du module de cisaillement du bitume, à partir du pourcentage de vide de lŽenrobé et la teneur en bitume. En plus, il faut distinguer les enrobés bitumineux avec bitume classique (2.3.2.1) et les enrobés bitumineux avec bitume modifié (2.3.2.2).

2.3.2.1. Caractéristiques mécaniques de l´enrobé bitumineux avec bitume classique

1. Caractéristiques mécaniques du bitume classique

Le bitume, corps viscoélastique, nŽest ni un solide élastique idéal (répondant à la loi de Hooke), ni un liquide visqueux idéal (newtonien). Il présente des propriétés combinées de lŽun et lŽautre en fonction du temps de charge à laquelle il est soumis.

Pour une charge appliquée très rapidement et à basse température, le bitume se comporte comme un solide élastique : la déformation est proportionnelle à la charge appliquée et le retour à lŽétat initial est total si la charge est annulée rapidement. Si par contre, une contrainte est appliquée à haute température, le bitume se comporte comme un liquide visqueux et présente une déformation continue, le taux de déformation étant proportionnel à la charge appliquée; dans ce cas, il subsiste une déformation permanente.
Pour les temps de charge et les températures intermédiaires, le bitume présente un caractère viscoélastique et son comportement est situé entre les deux extrêmes précédents.

Pour décrire ce comportement viscoélastique, une notion élargie du module d´Young, fonction du temps de charge, a été introduite par Van Der Poel sous le terme de Module de rigidité, noté S*.

Le nomogramme de Van Der Poel permet d´évaluer ce module de rigidité sur base de la température anneau & bille et de la pénétration du bitume considéré, quels que soient la température et le temps de charge.
Aux basses températures, tous les bitumes ont été reconnus comme ayant un comportement élastique et leur module de rigidité est de l´ordre de 3000 MPa.

Nomogramme de Van der Poel

Nomogramme de Van der Poel
Procédure pour la détermination du module de rigidité:
Relier le point 10 Hz de l’échelle des temps de chargement au point 86 °C (75+11 °C) de l’échelle des différences de température.
Prolonger jusqu’à l’intersection de la ligne 2 des iso IP
Lire la valeur de la rigidité S = 5.108 N/m²
Exemple : TBA = 75 °C ; IP = +2 ; Température d’essai = -11 °C ; Fréquence de sollicitation = 10Hz

(Cette méthode n’est valable que pour les liants routiers, cependant, elle fournit une estimation suffisante du module de rigidité des bitumes modifiés pour le dimensionnement à la fatigue de l´enrobé bitumineux)

2. Caractéristiques mécaniques de l´enrobé bitumineux avec bitume classique

Si le module du bitume classique est connu, le pourcentage de vide de lŽenrobé et la teneur en bitume sont donnés, on peut calculer le module d´élasticité de l´enrobé bitumineux. Pour cela, la relation suivante peut être utilisée [Francken L. and Vanelstraete A., "Complex moduli of bituminous materials - A rational method for the interpretation of test results, Proceedings of the RILEM Symposium on mechanical test for bituminous materials: recent improvements and future prospects", Lyon (France), 14-16 May 1997] :

formule

E est le module purement élastique de l´enrobé, constant pour une composition donnée
R* est le module réduit décrivant la forme de la courbe maîtresse du mélange
(0 < R* < 1)

formule

avec

B*, le module du bitume classiwue (MPa)
Va, le volume de granulats dans le mélange (en %)
Vl, le volume de liant dans le mélange (en %)
v, le pourcentage de vides résiduels du mélange (0 < R* < 1)

Avec DimMet, les éléments suivants sont introduits, le pourcentage de vide, la teneur en bitume de lŽenrobé, la température anneau & bille et la pénétration du bitume considéré. Avec ces valeurs, le module d´élasticité de l´enrobé bitumineux est calculé en tenant compte de la température moyenne mensuelle de la Base de données - Climat (2.4.2).

Base de données - Matériaux

2.3.2.2. Caractéristiques mécaniques de l´enrobé bitumineux avec bitume modifié

Un bitume modifié est composé d´un bitume routier intimement mélangé à un polymère (élastomère ou plastomère). Nous convenons de reprendre également sous cette appellation le bitume à indice de pénétration positif (produit bitumineux présentant une susceptibilité thermique réduite, obtenu par distillation, avec ou sans oxydation, de certains pétroles bruts ou par précipitation de la fraction asphaltique de ceux-ci).

Ces bitumes ne répondent pas aux propriétés classiques des bitumes routiers et natamment en ce qui concerne leur susceptibilité thermique (moindre que pour les bitumes routiers). Ils ne peuvent donc pas être caractérisés uniquement à partir de leur indice de pénétration et leur température de ramollissement anneau & bille. La prise en compte des propriétés rhéologiques, déterminées à l´aide d´essais complexes (principalement les Bending Beam Rheometer et Dynamic Shear Rheometer), s´avère indispensable.

Pour se rapprocher des caractéristiques mécaniques de l´enrobé bitumineux non classique, l´essai 2PB-TR déterminera le module d´élasticité à une certaine température et fréquence (norme EN12697-26). Avec DimMet, ces matériaux sont classés dans la Base de données - Matériaux comme ´Enrobés à Module Connu´, lesquels nécessitent l´introduction des valeurs de module élastique obtenues à 0° C, 15°C et 30°C et à la fréquence de 10 Hz.

Base de données - Matériaux

Si nous sommes dans l´impossibilité d´effectuer l´essai 2PB-TR sur l´enrobé non classique, nous approcherons le module d´élasticité par la caractérisation classique, comme décrit au paragraphe 2.3.2.1. Dans la base de données, ces matériaux sont classés comme ´enrobés bitumineux´, avec un ´*´ indiquant qu´il s´agisse d´un enrobé bitumineux avec bitume modifié. Pour certains enrobés non classique, la caractérisation classique donne des résultats acceptables entre 0°C et 30°C. Mais il reste évident que la réalisation de l´essai 2PB-TR est préférable pour l´étude du comportement mécanique.

Finalement, nous remarquons que le calcul de l´orniérage des enrobés bitumineux avec bitume modifié ne peut pas s´effectuer avec DimMet. Pour le calcul d´orniérage, nous devons connaître les caractéristiques mécaniques de l´enrobé à 40°C (3.3.3) mais à cette température, il n´est pas favorable d´approcher le module d´élasticité du bitume modifié de façon classique. Une détermination directe des caractéristiques mécaniques de l´enrobé non classique au moyen du 2PB-TR n´est pas possible non plus. Le 2PB-TR s´exécute dans une gamme de température de -20°C et 30°C.

Base de données - Matériaux