Mémoire de PFE Spécialité Génie Civil
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Description

Niveau: Supérieur, Master, Bac+5
Mémoire de PFE Spécialité Génie Civil Etude de la sensibilité du module des enrobés à module élevé, influence de la teneur en liant, de la compacité et du pourcentage d'agrégats d'enrobé du matériau Auteur : PY Florian INSA Strasbourg, Spécialité Génie civil Tuteur Laboratoire : COIN Vincent Responsable d'activité matériaux de chaussées, LRPC Strasbourg Tuteur INSA Strasbourg : CHAZALLON Cyrille Maitre de conférences Juin 2010

  • méthode

  • exploitation des essais de module

  • civil de l'insa strasbourg

  • lrpc de strasbourg

  • interprétation générale

  • équipe d'encadrement de la formation génie

  • essai

  • module elevé


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Publié par
Publié le 01 juin 2010
Nombre de lectures 1 519
Langue Français
Poids de l'ouvrage 4 Mo

Extrait

      
      Mémoire de PFE Spécialité Génie Civil  Etude de la sensibilité du module des enrobés à module élevé, influence de la teneur en liant, de la compacité et du pourcentage d’agrégats d’enrobé du matériau
   Auteur : PY Florian INSA Strasbourg, Spécialité Génie civil  Tuteur Laboratoire : COIN Vincent Responsable d’activité matériaux de chaussées, LRPC Strasbourg  Tuteur INSA Strasbourg : CHAZALLON Cyrille Maitre de conférences  Juin 2010
Remerciements  Ma gratitude s’adresse M. COIN, responsable d’activité matériaux de chaussées, mon maître de stage. Son accueil et sa confiance ont rendu ce stage possible et intéressant. Je le remercie aussi pour son amabilité, sa patience et le soutien technique qu’il m’a apporté tout au long du stage.  Je tiens ensuite à remercier l’ensemble du personnel du LRPC de Strasbourg avec qui j’ai eu la chance d’être en contact et de travailler, et plus particulièrement : - M. KUNTZ, Directeur Général du LRPC de Strasbourg, pour m’avoir accueilli au sein du laboratoire. - M. ODEON, chef du groupe GTC, pour son accueil au sein du groupe Chaussée. - M. FEESER qui m’ont apporté leur aide et leur soutien dans laM. AUBRY et réalisation de mes essais. Je remercie également le personnel du LCPC de Nantes qui m’a accordé du temps et permis d’avancer plus efficacement dans mes recherches, et plus particulièrement : - M. GAUDEFROY pour son aide dans l’élaboration et l’interprétation des plans dexpérience. - M. BROSSEAUD pour les renseignements apportés sur les EME. Mes remerciements s’adressent également à M. MARSAC du LRPC de Angers qui devrait poursuivre cette étude en étudiant la fatigue de l’EME, ce qui donnera sans nul doute une autre dimension à ce projet. Je remercie également Mme STORCK, ingénieur commercial région Est de Shell bitume, ainsi que les employés de la centrale de Valff pour l’approvisionnement en matériau. Je tiens enfin à remercier l’équipe d’encadrement de la formation Génie Civil de l’INSA Strasbourg et plus spécialement M. Chazallon pour le suivi du stage.    
  
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Résumé  Dès mon arrivée dans le laboratoire régional de Strasbourg, je me suis documenté sur les enrobés à module élevé (EME) ainsi que sur l’essai de traction direct type MAER pour en comprendre au mieux son fonctionnement et ses principes. L’autre grande partie de cette étude bibliographique fut la compréhension générale de la méthode des plans d’expérience. Cette méthode a permis de fixer, par une démarche scientifique, le nombre et les essais à réaliser pour répondre aux attentes du laboratoire dans le temps imparti. Le travail demandé par le laboratoire, outre l’exécution et l’exploitation des essais de module préalablement défini par le plan d’expérience, était l’élaboration complète de l’EME. Cette élaboration est constituée de diverses étapes toutes aussi importantes les unes que les autres et demandant chacune une attention particulière. J’ai tout d’abord mené une étude de recomposition (basée sur une étude de formulation récente d’une entreprise de travaux publics) qui m’a permis de calculer les masses de constituants nécessaires (filler, granulats, agrégats d’enrobé et bitume). Une fois ces matériaux récupérés, j’ai réalisé des essais de caractérisation sur les différentes coupures granulaires et les agrégats en vue d’affiner leurs dosages dans la formulation. Cette phase amont terminée, j’ai pu me familiariser avec la fabrication des plaques d’enrobé à proprement parlé. Ainsi, j’ai pu réaliser les différents mélanges à chaud, malaxer l’ensemble des matériaux pour ensuite compacter et obtenir une plaque d’enrobé. Ceci m’a permis de me rendre compte de certaines difficultés pratiques, notamment vis à vis du compactage de plaques à certaines caractéristiques imposées qui semblent ainsi peu compatibles. Une fois les diverses opérations de découpage des éprouvettes réalisées (sciage, carottage et surfaçage), j’ai dû caractériser précisément les éprouvettes fabriquées. J’ai ainsi pratiqué divers essais, notamment concernant la détermination des vides de l’enrobé (par diverses méthodes que sont le banc gamma, la méthode géométrique et la méthode hydrostatique) et de sa teneur en liant. J’ai enfin pu mettre en pratique les connaissances théoriques acquises lors de la phase bibliographique en manipulant et réalisant les différents essais de traction MAER aux différentes températures et temps de charge définis par la norme. Ces essais de module ont été suivis d’une interprétation via un logiciel statistique qui a permis d’exploiter au mieux les résultats du plan d’expérience et de mettre en évidence les facteurs déterminant sur les performances mécaniques et d’en déduire un modèle mathématique associé utilisable dans les limites du domaine d’étude. Mots clés : matériaux de chaussée – enrobé à module élevé (EME) – performances mécaniques des EME – essais MAER - module de rigidité 3   
Sommaire
1. Introduction ......................................................................................................................... 7 2. Présentation du CETE et du LRPC ..................................................................................... 9 2.1.  ...................................................................................................................... 9Le CETE 2.2.  ............................................................................................... 9Le LRPC de Strasbourg 2.2.1. Présentation générale.......................................................................................... 9 2.2.2. Le Groupe Chaussée (G2)........ ...01...................................... ................................. 3. Les enrobés à module élevé .............................................................................................. 11 3.1. Définition et contexte normatif de l’EME ... .............. 11 ................................................ 3.1.1. Définition............................................................................................................ 11 3.1.2. Contexte normatif................................................................1 1............. .................. 3.2. Historique .................................................................................................................. 12 3.3. Caractéristiques des EME.......................................................................................... 12 3.3.1. Les différents niveaux de l’épreuve de formulation........................................... 12 3.3.2. Les performances attendues de l’EME................................. 14.... .......................... 4.  ............................... 16Détermination de la quantité d’essais à réaliser –Plan d’expérience 4.1.  16Objectif et problématique de l’étude ......................................................................... 4.2.  17Plan d’expérience ...................................................................................................... 4.2.1. Principe........ 1..7................................................................................................ .... 4.2.2. Plan adopté : carré latin 33-1................................................................ .....7.......1. . 4.3. Partenariat avec le LRPC d’Angers ........................................................................... 19 5.  .................................................................................................................... 20Les matériaux 5.1. Provenance et caractéristiques des matériaux............................................................ 20 5.1.1. Granulats.................................................. .02 ......................................................... 5.1.2. Filler d’apport................................................0..2 .. ................................................ 5.1.3. Bitume................................................. 20............ .................................................... 5.1.4. Agrégats d’enrobés............................................................................................ 21 5.2.  21Quantités des constituants ......................................................................................... 6. Planning ............................................................................................................................ 23 7.  24Analyse granulométrique et teneur en liant ...................................................................... 7.1. Préliminaires .............................................................................................................. 24 7.2.  24Analyse granulométrique........................................................................................... 7.2.1. Objectif de l’analyse........................................................................................... 24 7.2.2. Interprétation des résultats de l’analyse granulométrique................4 2.. .............. 7.3. Teneur en liant ........................................................................................................... 27 8.  ................................................................................ 28Formulation du mélange bitumineux 8.1. Etude de formulation ................................................................................................. 28 8.2.  ................................................................................................... 30Calcul des quantités 9.  31Confection de la plaque d’enrobé ..................................................................................... 4   
9.1.  31La fabrication............................................................................................................. 9.2. Le compactage ........................................................................................................... 32 9.3. Observations .............................................................................................................. 32 10.  ........................................................................................... 34Sciage, carottage et surfaçage 10.1.  34Sciage de la plaque .................................................................................................... 10.2. Carottage des éprouvettes .......................................................................................... 34 11. Détermination de la teneur en vides.................................................................................. 36 11.1.  36Méthodes utilisées ..................................................................................................... 11.2. Résultats obtenus et interprétation............................................................................. 37 11.2.1. Interprétation générale................................................................  3...7................ 11.2.2. Comparaison des différentes méthodes utilisées. 39................................... ........ 11.2.3. Conclusion................................................ ........ 4..............2................................ 12.  ................................................................................... 43Détermination de la teneur en liant 12.1.  ................................................................................................... 43Méthode et résultats 12.2.  .......................................................................................... 44Résultats et interprétation 12.3. Cause ......................................................................................................................... 44 12.4. Conséquence .............................................................................................................. 45 13. Essai MAER...................................................................................................................... 46 13.1. Préliminaires .............................................................................................................. 46 13.2. Divergence de procédure avec la norme.................................................................... 46 13.3.  ....................................................................................................... 47Résultats obtenus 13.4.  48Incertitude de mesure................................................................................................. 14. Interprétation des résultats ................................................................................................ 49 14.1. Préliminaires .............................................................................................................. 49 14.2.  .......................................................................................................... 49Poids des effets 14.3. Modèle mathématique ............................................................................................... 50 14.4. Limites de l’étude ...................................................................................................... 51 14.5.  52Résultats du plan d’expérience complet .................................................................... 14.6. Observations .............................................................................................................. 54 14.7.  58Fuseaux de passage.................................................................................................... 15.  59Compétences acquises ...................................................................................................... 16. Conclusion ........................................................................................................................ 60 Bibliographie ............................................................................................................................ 62 
  
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LISTE DES FIGURES Figure 1. Organigramme du groupe Chaussée ...................................................................................................... 10 Figure 2. Niveaux de l’épreuve de formulation .................................................................................................... 13 Figure 3. Représentation graphique du plan carré latin adopté ............................................................................. 18 Figure 4. Comparaison des courbes granulométriques effectuées par EUROVIA et au LRS............................... 25 Figure 5. Analyses granulométriques du sable...................................................................................................... 26 Figure 6. Schéma d’une plaque d’enrobé réalisée................................................................................................. 32 Figure 7. Eprouvettes C2 à gauche à 3% de vides et D2 à droite à 2,2% de vides................................................ 33 Figure 8. Plan de sciage ........................................................................................................................................ 34 Figure 9. Plan de carottage (exemple de la plaque EME A (Ag=20%, TL=5% et V=5%)).................................. 35 Figure 10. Exemple de « I » paraffiné (« I 12») utilisé pour la méthode hydrostatique........................................ 36 Figure 11. Gradient de teneur en vides sur la hauteur d’une plaque ..................................................................... 38 Figure 12. Comparaison des méthodes de détermination du pourcentage de vides d’un enrobé .......................... 39 Figure 13. Comparaison des méthodes sur éprouvettes cylindriques.................................................................... 41 Figure 14. Extraction de liant : panier contenant de l’enrobé avant et après l’essai ............................................. 43 Figure 15. Poids des facteurs donnés par Statgraphic ........................................................................................... 49 Figure 16. Représentation graphique de Pareto du poids des facteurs .................................................................. 50 Figure 17. Comparaison des valeurs observées aux valeurs prédites.................................................................... 54 Figure 18. Influence de la teneur en liant sur le module d'un EME ...................................................................... 55 Figure 19. Influence de la teneur en vides sur le module d'un EME ..................................................................... 56 Figure 20. Influence de la teneur en agrégats sur le module d'un EME ................................................................ 57 Figure 21. Fuseaux de passage en compacité du module d’un EB14-EME2 contenant 0% d’agrégats................ 58   
LISTE DES TABLEAUX Tableau 1. Extrait NF EN 13108-1 concernant un EME 0/14 de classe 2 ............................................................ 11 Tableau 2. Epaisseurs d’utilisation par couche ..................................................................................................... 15 Tableau 3. Formule de Moutier pour les graves bitumes ...................................................................................... 16 Tableau 4. Ordre des essais et dénomination des plaques d’enrobé correspondante ............................................ 19 Tableau 5. Quantité totale de matériaux à prélever ............................................................................................... 21 Tableau 6. Teneur en liant des agrégats ................................................................................................................ 27 Tableau 7. Explication du principe de l’étude de formulation. Exemple de la plaque sans agrégats .................... 29 Tableau 8. Quantité de matériaux nécessaires pour la réalisation des 9 plaques du plan d’expérience ................ 30 Tableau 9. Désignation utilisée pour référencer les plaques ................................................................................. 35 Tableau 10. Récapitulatif des teneurs en vides obtenues ...................................................................................... 37 Tableau 11. Comparaison teneur en vides du banc gamma aux valeurs initialement souhaitées.......................... 37 Tableau 12. Teneurs en liant réelles...................................................................................................................... 44 Tableau 13. Plan d’expérience revu et adopté....................................................................................................... 47 Tableau 14. Résultats complets (% Ag, teneur en liant, % vides, modules et incertitudes de mesure)................. 48 Tableau 15. Valeurs de module des EME du plan d’expérience complet ............................................................. 53  
  
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