Road Talk : Vol. 20, nº 1 hiver 2014


Initiative d’amélioration du ciment asphaltique :

Élaboration de tests visant à améliorer le ciment asphaltique dans le cadre d’un partenariat du ministère des Transports

Essai de 2011 qui emploie du bitume répondant à des critères supplémentaires.

Essai de 2011 qui emploie du bitume répondant à des critères supplémentaires.

Chaussée adjacente aménagée en même temps que l’autre, mais qui ne faisait pas appel à l’une des trois méthodes de caractérisation du bitume de qualité supérieure.

Chaussée adjacente aménagée en même temps que l’autre, mais qui ne faisait pas appel à l’une des trois méthodes de caractérisation du bitume de qualité supérieure.

Le ministère des Transports de l’Ontario (MTO) met au point et utilise régulièrement de nouveaux matériaux et de nouvelles technologies en vue d’améliorer la durabilité des routes. Les 33 essais réalisés dans le cadre de l’Initiative d’amélioration du ciment asphaltique de 2011, visant à prévenir la fissuration prématurée des routes de la province, s’inscrivent dans l’approche du MTO fondée sur la durabilité. Ces essais ont été conçus après consultation de fournisseurs d’asphalte pour évaluer différentes méthodes visant à améliorer la performance de l’asphalte mélangé à chaud avant que le MTO adopte de nouveaux critères de garantie en matière de fissuration.

Depuis 1997, le MTO utilise la méthode Superpave, un système de notation qui permet de caractériser les bitumes en fonction de leur performance à basse et à haute température. Auparavant, le Ministère évaluait le degré de pénétration, une approche qui se limitait à mesurer la résistance du ciment asphaltique à une seule température. La méthode Superpave comporte des avantages substantiels par rapport à l’ancienne; néanmoins, la performance des bitumes ayant la même note peut varier d’une région à l’autre. La fissuration prématurée ne découle pas d’une seule cause directe, mais de plusieurs facteurs comme le climat, la conception de la chaussée, le niveau de circulation, les techniques de construction et les matériaux. Le MTO cherchait une méthode de caractérisation des bitumes plus efficace pour réduire la fissuration prématurée.

En collaboration avec l’Université Queen’s, le MTO a procédé à une série d’essais sur la route 655 et les autoroutes 417 et 427 en vue de mettre au point de nouveaux tests. Appelés collectivement « normes de laboratoire », les tests visaient à mesurer avec précision la résistance du ciment asphaltique à la fatigue, son élasticité et sa résistance à la fissuration à basse température. Le choix des routes n’est pas le fruit du hasard : leurs particularités a permis au MTO de s’assurer que les normes de laboratoire répondaient à ses exigences au chapitre de la fiabilité et de l’efficacité. La route 655 est un chemin secondaire rural à chaussée unique situé dans le Nord de l’Ontario. Son emplacement dans un climat froid, son niveau de circulation constamment bas et son éloignement la différenciaient considérablement des autres routes. L’autoroute 417, pour sa part, quoique considérée en zone rurale, est dotée d’une chaussée divisée et située dans l’Est de l’Ontario (donc dans un climat plus chaud). Son niveau de circulation est également plus élevé. Enfin, l’autoroute 427 a été sélectionnée en raison de son statut d’autoroute urbaine à chaussée divisée, de son niveau de circulation très élevé et de sa couche de base en béton.

À la suite de ces essais, le Ministère a défini en 2010 une nouvelle exigence relative à la performance selon laquelle le ciment asphaltique devait satisfaire des critères de garantie précis en matière de fissuration de la chaussée. Avant d’appliquer cette nouvelle exigence, pour favoriser la conformité aux exigences, l’industrie a demandé au MTO de mettre à l’essai les options disponibles pour améliorer la performance de l’asphalte mélangé à chaud.

Le MTO a décerné 33 contrats dans le cadre desquels il demandait aux fournisseurs de compléter la méthode Superpave traditionnelle à l’aide de l’une de trois méthodes de caractérisation du bitume de qualité supérieure. La première fait appel au test Double Edged Notched Tension (résistance à la fissuration de cisaillement par traction [DENT]) et au test Extended Bending Beam Rheometer (test prolongé de rhéomètre de flexion de poutre [Ex BBR]). Grâce à ces deux tests, le MTO cherchait à combler les lacunes de la méthode Superpave en évaluant la ductilité du ciment asphaltique et son durcissement à basse température prolongée. La deuxième méthode utilise certains aspects du test Multiple Stress Creep Recovery (résistance au fluage causé par des contraintes diverses [MSCR]) pour évaluer la teneur en polymères et l’élasticité des polymères. Même si ce test sert principalement à étudier le ciment asphaltique à haute température, il peut être utile pour déterminer la teneur en polymères et les signes d’orniérage potentiel. Enfin, la dernière méthode consistait à caractériser l’utilisation de bitumes ayant une température limite inférieure plus basse. Même si chaque méthode comportait un champ d’action différent, tous les tests effectués sous contrat comprenaient l’évaluation de la teneur en cendres des bitumes. Cette mesure servait à examiner les effets des contaminants contenus dans les résidus d’huile à moteur recyclés qui servent d’agent modificateur.

Le Ministère a recueilli des données dans le cadre de 30 des 33 contrats attribués par appel d’offres. Il a par ailleurs effectué un suivi de la performance des matériaux de 19 essais terminés au moyen de séquences vidéo enregistrées à partir de véhicules d’auscultation de la chaussée (ARAN). Grâce au profilomètre à haute vitesse doté de technologies adaptées, les vidéos enregistrées dans ces véhicules permettent au Ministère de consulter rapidement les évaluations de la fissuration de la chaussée exécutées partout dans la province. Le Ministère peut ainsi comparer les résultats associés à six facteurs différents, soit la teneur en cendres (%), la résistance au fluage causé par des contraintes diverses et le fluage irréversible (kPa), l’amplitude thermique tolérée (°C), la température la plus basse tolérée, le niveau d’élargissement critique d’une fissure, et la performance initiale sur le terrain. Même si le Ministère est en mesure de traiter les données de la plupart des essais, il est encore trop tôt pour sauter aux conclusions concernant la performance de la chaussée ou cerner des tendances. Cependant, les progrès réalisés dans le cadre de ces tests initiaux étaient suffisants pour justifier la tenue d’essais supplémentaires, comme le montrent les photographies de différents tronçons de l’autoroute 403 présentées plus bas.

Les projets de 2012 et de 2013 continuent de restreindre l’utilisation de résidus d’huile à moteur recyclés au moyen de l’évaluation de la teneur en cendres. Les échantillons sont envoyés au Bureau de la recherche et du génie en matière de matériaux du Ministère pour éventuellement subir d’autres tests. De plus, le Bureau mesurera la résistance du ciment asphaltique à la fissuration à l’aide des tests DENT et MSCR. Le bitume sera en outre caractérisé grâce au test Ex BBR. Depuis le début des tests liés à l’Initiative d’amélioration du ciment asphaltique en 2011, des essais précédents et des contrats subséquents, les initiatives de prévention de la fissuration prématurée du MTO attirent beaucoup l’attention.

Selon une vérification indépendante effectuée en 2012 et financée conjointement par le Ministère et l’Ontario Hot Mix Producers Association, le test ontarien de résistance à basse température est meilleur que la méthode Superpave pour prédire la fissuration. Les deux méthodes étaient toutefois sensiblement équivalentes pour l’évaluation du bitume vieilli sur le terrain. Cette vérification a également indiqué que le test de vieillissement à long terme de la méthode Superpave ne permettait pas d’anticiper le vieillissement sur le terrain. Par ailleurs, dans un autre rapport publié en 2012, l’Administration fédérale des autoroutes établissait que le test de résistance à la fatigue de l’Ontario était le meilleur parmi les neuf tests évalués pour prévoir la fissuration causée par la fatigue.

Compte tenu des résultats prometteurs des essais et des partenariats externes, le Ministère maintient le cap pour 2013 : les tests continueront de faire l’objet d’un suivi, et le Ministère évaluera de nouveau l’emploi de la méthode Superpave aux fins de sélection et se tiendra au fait des derniers développements liés aux essais, notamment du protocole de vieillissement en laboratoire révisé de l’Université Queen’s.

Le Bureau de la recherche et du génie en matière de matériaux examinera d’autres facteurs influant sur la performance de la chaussée, comme les techniques de construction (p. ex. : compactage, ségrégation et force de liaison entre deux couches). Il analysera la composition de l’asphalte mélangé à chaud en portant une attention particulière aux vides interstitiels et à la composition du ciment asphaltique. Enfin, la conception des chaussées sera évaluée en mettant l’accent sur l’épaisseur et la présence de fibres. Une de ces études est menée en collaboration avec l’Université de Waterloo dans le cadre du Programme de financement des projets d’innovation en infrastructure routière du MTO. Ce partenariat vise à déterminer l’incidence du type de bitume et de sa composition, et l’influence des vides interstitiels sur la résistance à la fatigue de l’asphalte mélangé à chaud.

L’exécution des essais et la collaboration continue du Ministère avec l’industrie et les universités ont permis d’améliorer la qualité du ciment asphaltique, et du même coup la durabilité des routes de la province. La poursuite d’études connexes avec des partenaires externes et le suivi des tests associés à l’Initiative d’amélioration du ciment asphaltique de 2011 au début de la durée de vie utile de la chaussée donneront l’occasion au Ministère de mieux comprendre le phénomène de fissuration prématurée sur les routes de l’Ontario et de créer de nouveaux outils en vue d’en limiter l’occurrence.

Pour obtenir de plus amples renseignements, veuillez communiquer avec :

Pamela Marks,
chef de la Section des matériaux bitumineux, aux coordonnées suivantes
au (416) 235-3725, ou Pamela.Marks@ontario.ca

Rapports sur l’Initiative d’amélioration du ciment asphaltique en Ontario :

[Réf 1] HUBER G., et coll. « Relationship of Asphalt Binder Properties to Cracking in Five Year old Test Sections », Proceedings, Association canadienne des techniques de l’asphalte, volume 57, 2012, p. 321-348.

[Réf 2] GIBSON N., et coll. « Performance Testing for Superpave and Structural Validation », Administration fédérale des autoroutes, novembre 2012.


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