les granulats
publicité
EXTRAIT DU GUIDE DES REVETEMENTS SUPERFICIELS LES GRANULATS Le granulat constitue un élément de l’enduit d’usure : une bonne connaissance de ses caractéristiques est donc de 1ère importance si l’on veut assurer à l’enduit deux aspects fondamentaux à savoir : - Une tenue à court et à long terme évitant les rejets, les arrachements ultérieurs (pelade, plumage...) l’usure et la fragmentation des gravillons. - L’enduit doit posséder au départ et conserver dans le temps de bonnes qualités antidérapantes Pour arriver à ce but il sera nécessaire d’étudier trois types de paramètres caractérisant le granulat. • Les caractéristiques géométriques (granularité, augularité, forme). • Les caractéristiques physico-chimiques (adhésivité du couple liant-granulat). • Caractéristiques mécaniques (CFL, dureté). L’exposé qui suit et qui n’a pas la prétention d’être exhaustif se propose de passer en revue quelques précautions devant guider le maître d’oeuvre pour le choix des granulats. I-1- LA RECHERCHE DES GITES DE MATERIAUX : Les granulats pour enduits d’usure sont soumis directement à l’action agressive des pneumatiques des véhicules ; ils doivent par conséquent être durs afin d’éviter une usure accélérée appelée : attrition. Cette attrition provoque par suite de l’usure des granulats, le ressuage des liants hydrocarbonés d’où glissance. I-2- NOTIONS DE MINERALOGIE : La classification traditionnelle des roches distingue : • Les roches sédimentaires • Les roches magmatiques ou éruptives • Les roches métamorphiques a) - Les roches sédimentaires : Elles proviennent du dépôt d’éléments divers dans le fond des mers, de lacs et des rivières; ces sédiments ont ensuite émergé à la surface. Elles se présentent en couches stratifiées. Parmi les roches sédimentaires, on retiendra ici les calcaires dont le minéral principal est la calcite ou carbonate de chaux. EXTRAIT DU GUIDE DES REVETEMENTS SUPERFICIELS b) - Les roches magmatiques : Elles proviennent du magma profond et arrivent à la surface du sol de deux façons: D’une façon lente : ce sont les plutons dans lesquels les minéraux se sont cristallisés de manière complète. Les principaux composant les plutons sont : • - Le quartz en cristaux gris • - Les feldspaths (cristaux blanchâtres, verdâtres ou roses) • - Les micas : cristaux noirs ou blancs. Principales roches plutoniques : les pegmatites, les syénites, les granits, les gabros D’une façon rapide : ce sont les roches microlitiques ou vitreuses Les plus courantes sont : • Les basaltes • Le trachyte ; roche claire avec de gros cristaux de feldspaths. Dans ces roches la cristallisation s’est faite rapidement d’où l’aspect des roches. Elles sont souvent assez poreuses. La densité apparente ainsi que la porosité donnent une idée sur leur qualité. c) - Les roches métamorphiques : Les phénomènes du métamorphisme résultent de la transformation des différentes roches par élévation de température ou forte pression ou les deux à la fois. C’est ainsi que les schistes peuvent être produits à partir de l’argile. Les calcaires deviennent des marbres par cristallisation. C’est le cas également des grès siliceux qui se transforment en quartzites. La houille quant à elle se transforme en granite. Les principales roches pour la fabrication des granulats sont : - Les porphyres, les quartzites, les basaltes et certains calcaires durs et homogènes. Les matériaux roulés d’Oued peuvent être également utilisés en prenant certaines précaution que nous aurons l’occasion de mentionner plus loin. I-3- L’EXPLOITATION DES CARRIERES : L’exploitation se fait le plus souvent à ciel ouvert. Les carrières seront ouvertes avec un front d’attaque parallèle à l’affleurement des lits ; ces lits devront être attaqués à un niveau aussi bas que possible. « le découvert » constitué par la terre végétale et les couches de pierres supérieures le plus souvent désagrées doit être éliminé. L’extraction est faite à la mine, les forages sont exécutés de préférence au marteau piqueur automatique. Le choix de l’explosif est fait en fonction de la nature de la roche et de sa destination. C’est ainsi que dans les carrières de fabrication des granulats, on pratique l’abattage en gros blocs par mines en profondeur. EXTRAIT DU GUIDE DES REVETEMENTS SUPERFICIELS I-4- LE MATERIEL DE CONCASSAGE La forme des granulats dépend en partie du mode de concassage adopté ; Aussi est-il nécessaire de rappeler ici quelques procédés de concassage : Un atelier de concassage comprend - Des organes de tri - Des organes de concassage - Des organes de transport et d’alimentation a) - Les organes de tri : Ils permettent un précalibrage : étape destinée à éliminer les petits matériaux qui donneraient trop de faces rondes. C’est le cas notamment où le concassage est fait à partir de gravières d’oued : la fréquence de vibration permet l’élimination des fines plus ou moins adhérentes. Dans le cas des carrières naturelles : Le précalibrage permet d’éliminer les débris de roches tendres, ainsi que les matières de découvert. b) - Les organes de concassage : Ils comprennent : les organes primaires et secondaires. b1)- Les organes primaires sont constitués par des concasseurs à mâchoires ou giratoires. Les concasseurs à mâchoires ou giratoires. Les concasseurs à mâchoire sont constitués par une partie fixe et l’autre amovible (détachable) avec plaques cannelées. Les concasseurs primaires sont destinés à désagréger les gros blocs. Les concasseurs à mâchoires ont une ouverture 2 à 2,5 fois plus grande que les concasseurs giratoires mais par contre ils ont un rendement moindre (2 à 3 fois plus faible). C’est pour cette raison que l’on utilise les giratoires pour les grandes carrières, une fois les blocs réduits par le concasseur à mâchoires. b2)- Les organes secondaires : Les matériaux concassés au primaire et de préférence criblés pour éliminer les éléments plats passent dans un concasseur giratoire, à marteaux ou à percussion puis sur une batterie de cribles; le refus d’un crible étant renvoyé au concasseur. L’objectif du maître d’oeuvre est d’obtenir des matériaux de bonne qualité ayant une forme sensiblement cubique. cet objectif est le plus souvent contradictoire avec celui du carrier qui désire rentabiliser l’installation, un dialogue permanent doit être instauré entre le maître d’oeuvre et le carrier. On y arrive pratiquement : - Soit par l’adoption de rapports de réduction faibles qui sont favorables à une certaine « cubicité ». - Soit en éliminant tout simplement les matériaux plats. Dans ce cas le triage est fait dans des cribles. A titre indicatif que les prix des granulats résultent des dépenses suivantes : - Frais d’amortissement : ceux-ci sont très variables et dépendent de l’importance de la carrière et de l’âge du matériel utilisé. - Des dépenses de fonctionnement et d’exploitation. Le poste entretien absorbe quant à lui 40 EXTRAIT DU GUIDE DES REVETEMENTS SUPERFICIELS à 45% de la dépense totale. Il faudrait donc chaque fois que cela est possible aider le carrier à écouler les sous produits (sables, tout-venant...). En résumé, il n’est pas suffisant de contrôler la qualité des agrégats au niveau de leur livraison, mais il est indispensable d’assurer une surveillance stricte au moment de l’exploitation. Les principales précautions sont: - Celles relatives à l’extraction, à l’élimination « des découverts » le réglage périodique de l’installation. (En effet les pièces des concasseurs s’usent d’autant plus que les matériaux sont durs). - La surveillance de la régularité de l’alimentation, (Les arrêts influencent la forme des granulats). L’alimentation manuelle des concasseurs doit être proscrite d’autant plus qu’elle n’est pas économique pour le carrier. - La vérification de l’état des cribles. En plus de cette surveillance périodique il faudrait sensibiliser l’entreprise en vue de s’équiper d’organes de précriblage destinés à éliminer les éléments friables. - Un bon choix du rapport de réduction qui est défini comme le rapport des grosseurs maxima à l’entrée et à la sortie du concasseur. Ce rapport bien connu des carriers à une importance dans la technique du concassage, il est généralement voisin de trois, mais il est réglable. Un rapport de réduction élevé donne un rendement médiocre et une grande partie des matériaux ont une forme défectueuse d’où l’intérêt de réduire ce rapport par l’installation d’un concasseur en plusieurs étages. Par contre la multiplicité des étages de concassage bien qu’elle soit favorable à la forme des matériaux augmente la dépense d’énergie et également l’importance des sous produits (fines, déchets...) dont l’écoulement sur le marché est quelquefois difficile. I-5- CHOIX DES CARRIERES: Le cahier des prescriptions spéciales offre le plus souvent deux variantes : - La 1ère variante laisse à l’entreprise l’initiative de prospection des matériaux ce qui suppose que l’entreprise ait procédé au moment de la soumission à un inventaire des possibilités offertes par les carrières de la région. - La 2ème variante impose à l’entreprise le lieu d’extraction ou de provenance (formule préférable): on porte en effet le choix sur des carrières dont le caractéristiques sont déjà connues. Dans tous les cas et lorsqu’il s’agira spécialement de carrière neuves, le maître d’oeuvre devra exiger de l’entreprise l’exécution d’une série d’essais qui ont pour but de tester la dureté de la roche et l’importance du gîte. Ces essais dits de recette sont généralement à la charge de l’entreprise. EXTRAIT DU GUIDE DES REVETEMENTS SUPERFICIELS I-6- SPECIFICATIONS DES MATERIAUX ; les granulats pour enduits d’usure doivent répondre à certaines spécifications dont les plus importantes sont : 1-6-1 La granularité : La granularité est définie par le rapport d/D (mm). On s’oriente actuellement vers une granulométrie dite serrée qui favorise la réussite d’une bonne mosaïque. Les granulométries étalées favorisent le phénomène de ressuage les gros éléments non fixés par le liant sont chassés par les véhicules, les petits éléments sont au contraire noyés dans le liant. On exige en général que :d/D ≥ 0,6 à 0,7 La direction SETRA pour les enduits d’usure préconise les classes granulaires suivantes : 4/6,3-6,3/10 et 10/14 Le pourcentage de refus à D et de passant d doit être inférieur à 10%. De plus le refus au tamis de maille 1,56 D doit être nul. En raison des risques du bris des pare-brise il est recommandé d’être plus sévère sur la proportion de refus à D pour le trafics journaliers supérieurs à 3000 v/j. I-6-2- La dureté : C’est la caractéristique la plus importante et qui détermine le choix des granulats. Les matériaux tendres s’usent vite. Ce phénomène est générateur de glissance. Rappelons également que la résistance d’un granulat est aussi fonction de sa forme c’est à dire de son mode de concassage. Il n’est pas inutile de rappeler que l’on doit toujours exiger des carriers de matériaux sensiblement cubiques : les « aiguilles », les éléments plats qui s’écrasent sous les pneus des compacteurs doivent être proscrits. Les principaux essais de laboratoire utilisés pour tester la dureté de la roche sont : • L’essai Los Angeles (LA) • L’essai Deval (D) ou Deval humide (DH) • L’essai de fragmentation dynamique. Pour les granulats destinés aux enduits superficiels et parce qu’ils supportent directement les efforts de surface, on utilisera de préférence l’essai Deval humide et l’essai américain Los Angles qui tient compte aussi bien de l’usure interne des matériau que de l’effet de chocs que ces derniers sont appelés à supporter. EXTRAIT DU GUIDE DES REVETEMENTS SUPERFICIELS a) - Essai Los Angeles : Cet essai comme nous l’avons signalé est bien adapté aux gravillons qui supportent directement les efforts de surface comme c’est le cas revêtements superficiels. principe de l’essai On ajoute au matériau que l’on désire tester des boulets métalliques (6 à 12) dont le poids varie entre 390 et 445 grammes. Ces boulets sont remontés dans le cylindre grâce à un peigne. En retombant sur les pierres les boulets engendrent des chocs. L’essai porte sur 5 kgs de matériau, la vitesse du cylindre est fixée à 30 t/min le nombre de tours total est de 500. Le pourcentage total de perte au tamis n° 12 (1,68mm) donne le coefficient LA. Coefficient LA= Poids initial - Poids des passants au tamis n°12/Poids initial x 100 Pour les revêtements d’usure, on s’impose un coefficient LA inférieur à : • - 15 pour les routes très circulées à grande vitesse (1500 à 6000 v/j) et à, • - 25 pour les routes, moyennement circulées (50 à 1500 v/j) b) - Essai Deval Humide : L’essai Deval humide est plus représentatif que le Deval sec, car les granulats évoluent fatalement en présence d’eau. principe de l’essai L’essai est réalisé dans une machine étanche en présence d’eau. Il porte sur 44 pierres à macadam 40/70 dans la machine Deval à usure réciproque. Le poids de l’échantillon est de 55 kgs. L’échantillon est introduit dans la machine que l’on fait tourner pendant cinq heures à raison de 2000 t/mn. Les pierres sont ensuite lavées dans un tamis de 1,6 mm. Si l’on désigne par U la perte en poids (en grammes). Le coefficient Deval humide DH est : DH=400/U Pour les granulats d’enduits la directive SETRA préconise : - Un DH de 4 à 5 suivant l’intensité et la nature de la circulation. EXTRAIT DU GUIDE DES REVETEMENTS SUPERFICIELS c) - Essai de fragmentation dynamique : C’est un essai conçu de manière à déterminer pour un matériau donné une relation aussi proche que possible avec l’essai LA. Cet assai de chantier qui n’a pas pour but de remplacer le LA est un essai rapide n’exigeant que quelques minutes. Mais il nécessite un échantillonnage représentatif étant donné le faible volume du matériau utilisé. Les essais de dureté doivent être systématiques (essai de recette et de contrôle). Afin de faciliter la rédaction des CPS il est nécessaire que les services concernés procèdent à l’inventaire des carrières de leurs régions. Cet inventaire pour chaque carrière comprendra au minimum les indication; suivantes: • - Nature et dureté de la roche • - Importance du gîte • - Essai d’adhésivité liants granulats I-6-3- L’Angularité Les granulats destinés aux enduits d’usure doivent être concassés. A cet effet, il est nécessaire d’apporter quelques précisions souvent mal comprises. La confusion est le plus souvent faite sur 3 notions : • - Granulats entièrement concassés « ou concassé pur » • - Granulats concassés à 100% • - Granulats semi-concassés Ces trois notions ne sont pas identiques ; en effet pour obtenir un 100% il suffit que le matériau origine ne contienne pas d’éléments plus petits que la plus grande dimension. Par exemple un matériau d’oued débarrassé par criblage de éléments inférieurs à D=25mm fournira un granulat 15/25 concassé à 100%. - Les granulats « concassés purs » sont ceux obtenus par le concassage d’éléments dont les plus petits éléments sont au moins 4 fois plus gros que la dimension du concassé. Par exemple pour avoir un concassé pur 10/14, il faudra procéder au concassage à partir d’éléments d’au moins 56 mm de diamètre. - Les granulats semi-concassés On appelle pourcentage de concassage la proportion en poids d’éléments plus grands que la dimension maximale du concassé. Par exemple si un matériau contient 30% d’éléments plus petits que 25 mm ; on dira que le matériau concassé est un granulat dont le degré de concassage est 70%. - Si le matériau contient 0% d’éléments inférieurs à D, on dira que le granulat est concassé à 100%. Cas particulier des granulats d’oued : Pour les granulats roulés d’oued on exigera toujours un concassé pur, le 6/10 par exemple sera concassé à partir d’éléments de 40mm au moins. Pour les chaussées à circulation rapide ce rapport de 4 doit porté à 6. EXTRAIT DU GUIDE DES REVETEMENTS SUPERFICIELS I-6-4- Coefficient d’aplatissement : contrôle de la forme : Comme nous l’avons signalé plus haut que les granulats doivent être sensiblement cubiques les « aiguilles » c’est à dire les grains allongés, ainsi que les plaquettes « grains plats doivent être proscrits dès qu’il dépassent un certain pourcentage. Cette cubicité des matériaux est mesurée par le pourcentage en éléments plats des granulats vérifiant la relation G/E>1,58. G : Grosseur du granulat, définie par la plus grande dimension de l’anneau dans lequel passe le granulat. E : Ecartement de 2 plans parallèles enserrant le matériau (cette mesure est faite au pied à coulisse). Cet essai est fastidieux. Il suffira de prendre un grand échantillon de pierre vérifiant G/E>1,58 de le rapporter à l’échantillon total que l’on désire tester. Les initiés pourront se contenter d’un examen visuel. Les normes actuellement en vigueur exigent un coefficient d’aplatissement inférieur à 20% ou 15% selon l’intensité du trafic. I-6-5- La propreté : La propreté est définie par le pourcentage des éléments inférieurs à 1mm obtenu par lavage d’une prise d’essais de 1 kg. Les éléments fins proviennent : • - Soit des poussières de concassage • - Soit du limon ou de l’argile : ce que l’on ne doit pas tolérer. L’utilisation d’agrégats sales est une cause certaine d’échecs des revêtements. Lorsqu’il s’agira des fines provenant du concassage, il y a lieu de contrôler leur équivalent de sable (ES) qui doit être supérieur à 40. Les ES <40 dénotent une certaine activité de ces fines. Lorsqu’un doute subsiste il vaut mieux prescrite un criblage sous l’eau. Le pourcentage d’éléments inférieurs à 1mm ne doit pas dépasser 2%. Les éléments inférieurs à 5 microns par rapport au poids total ne doivent pas dépasser (0,05%). I-6-6- Influence des caractéristiques géométriques : Les caractéristiques géométriques ont essentiellement deux fonctions : - La 1ère concerne la tenue de l’enduit superficiel, elle est liée aux problèmes de rejets immédiats. - Le choix d’une granulatité serrée est donc primordial. C’est pour cela que l’on exige que le refus à D (mm) et le passant au diamètre d soient inférieurs à 10%. - La deuxième fonction concerne les propriétés antidérapantes de l’enduit. La grosseur joue un rôle important. C’est ainsi que l’on définit deux grandeurs caractéristiques : a) - La microrugosité initiale de l’enduit : Traduite par le CFL à 40 km/h (Coefficient de frottement longitudinal) ; celui-ci décroît lorsque la granulométrie augmente, par contre l’évolution sous trafic est plus rapide avec les granulats de faible grosseur. b) - La macrorugosité : Caractéristique traduite par la valeur du C.F.L à100 km/h On constate après deux ans de trafic une chute d’autant plus grande que la granularité est plus EXTRAIT DU GUIDE DES REVETEMENTS SUPERFICIELS petite. I-6-7- Influence des caractéristiques physico-chimiques : Cet aspect concerne essentiellement le problème de l’adhésivité du couple liant- granulat. Cet important problème sera examiné dans le chapitre ayant trait à la formulation. I-6-8- Influence des caractéristiques mécaniques : Cet aspect a traite à la tenue, et aux qualités antidérapantes de l’enduit. L’usure des matériaux est testée grâce à l’essai de polissage accéléré (CPA). Cet essai est réalisé à l’aide d’un pneumatique roulant sur les gravillons, en présence d’eau. L’évolution du poli est repérée par un rugosimètre. La directive SETRA- L.C.P.C. préconise des C.P.A. supérieurs à 0,40 ou 0,50 suivant le trafic. Tous les essais que nous venons de rappeler doivent être exécutés systématiquement à une cadence fixée par le C.P.S (en principe une prise d’essai tous les 200m3). Ces essais dits de contrôle ou de réception sont le plus souvent à la charge de l’administration. I-7- LE STOCKAGE DES MATERIAUX : Les stocks de granulats sont constitués à l’avance en points facilement accessibles; ils ne doivent pas constituer de dangers pour la circulation (proximité de carrefours, zones à visibilité faible). Les granulats sont stockés sur des aires préalablement aménagées et drainées; ce qui évite le gaspillage des matériaux. Les tas devront avoir un volume de l’ordre de 400m3. Ils seront allongés et eu élevés. Dans le cas de plusieurs granulats de différents calibres, des dispositions seront prises pour éviter leur mélange ; il faut respecter 3 à 4 mètres entre les tas et s’assurer également que les stocks constitués correspondent bien aux besoins.
