Choix des typesde revêtements routiers

Par Vince Aurilio, ing.Asphalt Institute

Ingénieur de projets canadien

Les Agences gouvernementales modifient leur choix de

types de revêtements routiers

• Louisiane• Ohio• Maryland• Minnesota• Washington• Caroline du Sud• Ontario (1998)

• Circulation• Caractéristiques du sol• Climat• Construction• Recyclage• Comparaison des coûts

Principaux facteurs –Guide de 1993 de l'AASHTO*

*American Association of State Highway and Transportation Officials

Principaux facteurs

• CirculationTraitement des charges lourdes• Installations portuaires• Aéroports commerciaux• Routes

Principaux facteurs

Circulation– Souplesse dans la construction, l'entretien et

la remise en état• Construction par étapes• Calendrier d'exécution en période hors pointe

– Entretien et remise en état faciles• Décapage et asphaltage• Fermeture minimale de voies routières• Asphaltage par échelons

Principaux facteurs

• Circulation– Revêtements de longue durée ou permanents

• État de Washington• New Jersey• Kansas• Ohio• Minnesota• Oklahoma (3)• Aéroport de Baltimore-Washington• Ontario (trois projets)

Principaux facteurs

• Sols– Tous les types

• Conditions météorologiques– Tous les types

• Construction– Permet la mise en oeuvre par étapes– Rapide (route I-285 à Atlanta) – Calendrier d’exécution souple (route de ceinture de

Washington)• Recyclage

– Niveau de recyclage élevé du matériau– Peut ajouter d’autres matériaux de recyclages

Principaux facteurs

• Comparaison des coûts

– Analyse du coût complet sur le cycle de vie• Coût initial et coûts de la mise en œuvre par

étapes• Durée du rendement

– Période d'analyse– Temps d’application de la première couche & de la

deuxième couche

Principaux facteurs

État/province Période d’analyseKansas 30Ohio, California 35

Illinois, Washington,Virginie de l’Ouest

40

Wisconsin, Ontario 50

Colorado

Principaux facteurs

État/province 1ère couche 2ième couche

Minnesota 15.5 15

Washington 12.5 11.5

Ontario 19 12*

Ohio 17 13

Florida 14 14

Wisconsin 18 Spécifique au projet

*En cours d’examen

Principaux facteurs

• Comparaison des coûts– Analyse du coût complet sur le cycle de vie

• Frais d'entretien

• Valeur de récupération

• Taux d’amortissement– De 3 % à 5 %

• Les revêtements bitumineux coûtent moins cher.– Colorado– Kansas– Ohio

Autres considérations

• Bruit– OGFC, SMA, granulométrie dense

• Rugosité– Couches

• Sécurité– Projection/pulvérisation– Visibilité

• Concurrence

Information à l'appui

Revêtements permanentsRapport du Transport Research Laboratory, M. Nunn et collaborateursCirculaire du Transportation Research BoardSynthèse de l'Asphalt Pavement AllianceÉtudes

Université de l'IllinoisAsphalt InstituteNational Center for Asphalt TechnologyÉtude 9-38 du National Cooperative Highway ResearchProgram (commencera bientôt)Université Berkeley de Californie(route I-710)

Perpetual Pavements

www.AsphaltAlliance.com

Information à l'appui

• Rythme de la construction– Route I-285 à Atlanta, Travaux publics– Aéroport de Newark– Articles dans les magazines HMAT et

Asphalt• Rendement

– Minnesota– Ohio– Kansas– Rapport Von Quintus (en cours)

Information à l'appui

• Coûts– Rapport Cross– Rapport de l'Ohio– Rapport du Colorado– Rapport Villacrez (en cours)– Rapport relatif à l'analyse du coût complet sur le

cycle de vie de la Federal Highway Administration• Uni des revêtements

– Rapport sur le rendement des revêtements routiers àlong terme (programme géré par la Federal HighwayAdministration – ‘LTPP’)

– Rapport sur les résultats obtenus à la piste d'essai ‘Wes Track’

Information à l'appui

• Recyclage– Rapport de 1993 de la Federal Highway

Administration– Rapport sur les matériaux recyclés de la National

Asphalt Pavement Association• Bruit

– Synthèse 268 du National Cooperative HighwayResearch Program

– Rapport de l'Institute for Safe, Quiet, and Durable Highways (‘SQDH Institute’ - en cours)

– New website!

Résumé

• Faire ce qui convient pour les contribuables• Le choix des types de revêtements routiers

devrait être :– objectif,– défendable,– compréhensible,– fondé sur des faits,– régi par des données économiques et– revu périodiquement.

Incidencedes nouvelles technologies

surles coûts sur le cycle de vie

Introduction

• En 1997, la Ready Mixed Concrete Association ofOntario et l'Association Canadienne du Ciment ont exercé avec succès des pressions sur le sous-ministre adjoint Carl Vervoort pour qu'on revoit la méthode relative aux coûts sur le cycle de vie du ministère des Transports de l'Ontario.

• L'Ontario Hot Mix Producers Association (OHMPA) était satisfaite de la méthode existante relative aux coûts sur le cycle de vie du ministère des Transports de l'Ontario.

• C'est donc à regret que l'OHMPA a convenu de participer.

• L'étude originelle a été achevée en 1998.

Objectif

• « Le ministère des Transports de l'Ontario a parrainé cette étude afin de générer un consensus au sein de l'industrie des revêtements routiers à l'effet que la méthode utilisée par le ministère pour déterminer le rapport coût-efficacité des conceptions des revêtements des autoroutes urbaines à fort volume est réaliste et impartiale. »

Rapport de 1998 (suite)

• L‘enrobé bitumineux mélangé à chaud a connu une évolution technique :– meilleurs agrégats;– meilleures conceptions des mélanges (granulométrie des

agrégats améliorée);– mise en œuvre de liants bitumineux performants (PGAB);– normes relatives au résultat final (plans de contrôle de la

qualité, contrôle/assurance de la qualité);– uni des revêtements;– installations de malaxage à chaud, véhicules de transfert

de matériaux, finisseurs et rouleaux améliorés;– mélanges améliorés, tel le mastic d'asphalte à ossature de

pierres (‘SMA’).

Rapport de 1998 (suite)

• Le rapport a considéré ces pratiques actuelles comme de nouvelles technologies dignes d'intérêt seulement quand elles auraient faites leurs preuves en Ontario.

• Un modèle de prévision du rendement fondé sur les revêtements d‘enrobé bitumineux à la fine pointe de la technologie actuels doit être utilisé pour revoir avec précision et équité les méthodes relatives aux coûts sur le cycle de vie (comme cela a été fait dans l'analyse sur le béton).

• Ceci représente le plus gros problème de l'industrie

Méthode actuelle du MTO

FT = Fissures transversalesFL = Fissures longitudinales

Méthode recommandée

3 7 12 13 18 21 25 29 30 32 35 39 42 44 48 50Année

Évideret

scellerFT et FL

Évideret

scellerFT et FL

Décaper 80 mm et renforcer avec 80 mm de EB

Décaper 80 mmet renforcer avec

80 mm de EB

Évideret

sceller

ENROBÉ BITUMINEUX (EB) À PLEINE PROFONDEUR

Stratégies d’entretien et de remise en état

Décaper 80 mmet renforcer avec

80 mm de EB

Décaper40 mm etrapporter40 mm(5%)

Évider etsceller FT

et FL(1 500 m)

Évider etSceller FT

Et FL(70 %)

Décaper 80 mm et renforcer avec 80 mm de EB

FIN DE PÉRIODE D’ANALYSE

Évideret

sceller

Décaper40 mm etrapporter40 mm

évider etsceller

Décaper40 mm etrapporter40 mm

évider etsceller

Évideret

sceller

Décaper40 mm etrapporter40 mm, évider etsceller

Décaper 80 mmet renforcer avec

80 mm de EB

Décaper40 mm etrapporter40 mm,évider etsceller

Évideret

sceller

Décaper80 mm etrapporter80 mm,éviter etsceller

Décaper 80 mmet renforcer avec

80 mm de EB

Évideret

sceller

FIN DE PÉRIODED’ANALYSE

Étude supplémentaire - Étendue

• Le comité conjoint du ministère des Transports de l'Ontario et de l'industrie doit se réunir de nouveau pour traiter des questions suivantes :– technologies actuelles et nouvelles;– préoccupations de l'industrie au sujet du rapport

d'ERES de 1998.

• Le travail a été effectué à l'automne de l'an 2000.

Objectifs du projetObjectifs du projet

• Évaluer les nouvelles technologies de revêtement et estimer leurs incidences relatives sur les modèles d'établissement des coûts sur le cycle de vie élaborés lors de l'étude sur l'analyse du coût complet sur le cycle de vie de 1997/1998

• Aborder les problèmes/préoccupations en suspens de l'étude sur l'analyse du coût complet sur le cycle de vie

• Fournir un cours de formation sur l'analyse probabiliste du coût complet sur le cycle de vie

Nouvelles technologies examinées

Enrobé bitumineux• Uni des revêtements• Norme relative au résultat

final (‘ERS’)• Couche de drainage à

granulométrie ouverte• Couche de liaison pour

service intensif• Technologie Superpave• Mastic d'asphalte à

ossature de pierres (‘SMA’)

Normes concernant l'uni des revNormes concernant l'uni des revêêtementstements

• Tout porte à croire que les revêtements plus unis dureront plus longtemps et auront des frais d'entretien moindres.

• Données sur le rendement limitées pour les revêtements souples en raison de l'application récente de la norme

• « Quelque peu difficile d'isoler et de quantifier les coûts »

ConstatationsConstatations

• Les données ont révélé que l'uni initial des revêtements influence la durée de vie de ces derniers.

• Réduction de 25 % de l'indice du profil de 1995 (370 mm/km) à 1999 (280 mm/km)

• Un indice de roulement amélioré se traduit par une augmentation de 2 ans de la durée de vie des revêtements avant la première remise en état.

Comparaison de l'uni des revêtements(1997 par rapport à 1999)

1997 ExcellentAcceptablePassableMédiocre

1999

– L'uni des revêtements s'est amélioré

– La construction des joints s'est améliorée.

– La ségrégation est réduite (véhicules de transfert de matériaux).

– L'efficacité de la construction a augmenté (véhicules de transfert de matériaux).

– Le nombre de cavités continue d'être une préoccupation.

MTO - Où en sommes-nous en ce moment? SUPERBE!

COMMENT ONT-ILS PU RENDRE ÇA SI UNI?

Normes relatives au rNormes relatives au réésultat finalsultat final

• « Quelque peu difficile d'isoler et de quantifier les avantages »

• Données sur le rendement des revêtements routiers quelque peu limitées (enrobébitumineux mélangé à chaud de moins de 5 ans)

Pourcentageà l’intérieurdes limites

ConclusionsConclusions

• « … le consensus général est que l'application de normes relatives au résultat final a diminué la variabilité dans la construction des revêtements routiers, ce qui se traduira vraisemblablement par une durée accrue des revêtements et une réduction des frais d'entretien.

Améliorations des mélanges (couche de liaison pour service intensif)

• Les changements à la qualité des agrégats ont donnélieu à un produit plus uniforme.

• Les changements n'ont occasionné aucune augmentation importante des coûts.

• Il est difficile d'isoler et de quantifier les coûts.• Améliorations du rendement

– Souple : meilleure résistance à l'orniérage et au désenrobage

• Les données de l'expérience sur le Queen Elisabeth Expressway indiquent une augmentation de la durée en service de 1 an par rapport à l’enrobé bitumineux sur couche granulaire classique avec mélanges HL-8.

Calendrier de mise en œuvre du Superpave du MTO

• 2002 – 2 contrats par région• 2003 – 25% de tous les contrats• 2004 – 75% de tous les contrats• 2005 – tous les contrats• Les régions accélèrent la mise en oeuvre.• La région du Nord-Ouest ainsi que d’autres

régions visent une mise en oeuvre à 75% en 2003.

Calendrier de mise en œuvre du Superpave du MTO

• Superpave est un système de conception de mélanges qui remplacera la méthode Marshall.

• Utilise le compacteur giratoire Superpave.

• Fournit un plus grand intervalle d'énergie de compactage.

• Exigences volumétriques plus élevées

Liants bitumineux performants

• Caractérisation du bitume utilisé dans le système de conception de mélanges Superpave

• Basés sur l'environnement, en prenant en considération les caractéristiques à haute comme à basse température. Inclut également la fiabilité.

• Le régime d'essai a beaucoup changé par rapport aux méthodes de caractérisation précédentes

ÉÉvaluation des liants valuation des liants bitumineux performantsbitumineux performants

• Les paramètres applicables à l'orniérage et au comportement à basse température donnent une évaluation raisonnablement bonne de la résistance à ces dégradations. La fatigue n'est pas un facteur aussi fiable.

• Prolongent la durée de vie:– en adaptant le choix des bitumes aux conditions de

l'environnement; et– en réduisant l'orniérage et la fissuration à basse

température (on ne sait pas encore dans quelle mesure).

• L'augmentation de la température élevée du grade s'est révélée utile et rentable.

• Bitumes modifiés

Constatations

• L'étude a montré qu'il y avait une prolongation d'au moins 2 à 3 ans de la durée en service des revêtements bitumineux lorsqu'on utilisait des bitumes performants de première qualité.

• Bien que l'étude indique que le bitume modifié par polymères performe mieux que le bitume classique, elle ne fait pas ressortir la différence réelle de rendement dans la durée en service entre les deux bitumes.

• Une recherche indépendante en Ontario fait état d’une durée de service supérieure de 4-6 ans avec le bitume modifié par polymères.

Évaluation du mastic d'asphalte àossature de pierres (‘SMA’)

• Expérience limitée en Ontario avec des autoroutes à fort volume (plus de 2 000 000 de charges équivalentes par essieu simple/an)

• Données limitées en ce qui a trait au rendement routier en Amérique du Nord (généralement moins de 5 ans)

• Coût initial plus élevé (de 10 % à 30 %)

Asphalte à ossature de pierres (‘SMA’)

Ossature de pierres

Charge Sable Bitume

Fibres

PierresPierres

MasticMastic

MASTICMASTICD’ASPHALTED’ASPHALTEÀ OSSATUREÀ OSSATUREDE PIERRESDE PIERRES

(‘SMA’)

+

F

AVANTAGES DU MASTIC D'ASPHALTE ÀOSSATURE DE PIERRES (‘SMA’)

Propriété Grande amélioration

Amélioré Aucun changement

Résistance à l’orniérage x Durabilité x Résistance à la fatigue x Résistance à la fissuration

x

Résistance au dérapage x Pulvérisation d’eau x Réduction du bruit x Reconnaissance du public

x

Constatations

• Le mastic d'asphalte à ossature de pierres (‘SMA’) assure une prolongation de la durée en service des revêtements bitumineux d'au moins 5 ans d'après une analyse mécaniste.

• Les prolongations de la durée en service seront supérieures aux endroits où d'autres types d’enrobés bitumineux sont utilisés.

Éta

tdu

revê

tem

ent

Durée durevêtement

Durée en service du mastic d'asphalte àossature de pierres (‘SMA’)

Période d’analyse

40-50 ans

Mastic d’asphalte à ossature de pierres (‘SMA’)¨– Rentable en fonction d’un rendement amélioré!

Dure 1,3 fois plus longtemps d’après l’analyse ducoût complet sur le cycle de vie du MTO

Don Valley ParkwayGagnante du prix pour revêtement permanent

Mastic d'asphalte à ossature de pierres (‘SMA’) de Windsor - Produit final

Remarques finales du MTO sur le mastic d’asphalte à ossature de pierres (‘SMA’)

• Le mastic d'asphalte à ossature de pierres (‘SMA’) deviendra notre mélange pour couche de roulement de première qualité (haut de gamme de l'application actuelle avec couche de frottement dense).

• Il en coûtera plus cher, mais les études indiquent qu'il donnera un meilleur rendement et durera plus longtemps.

• Les entrepreneurs doivent apprendre à travailler avec ce produit.

• Une formation sera offerte.

Critères de conception

Toronto

Méthode actuelle du MTO

Méthode recommandée

EB = Enrobé bitumineux

3 7 12 13 18 21 25 29 30 32 35 39 42 44 48 50Année

Décaper 80 mmet renforcer avec

80 mm de EB

Décaper 80 mmet renforcer avec

80 mm de EB

ENROBÉ BITUMINEUX MÉLANGÉ À CHAUD SUR COUCHE GRANULAIREStratégie d'entretien et de remise en état

Décaper 80 mmet renforcer avec

80 mm de EB

Décaper 80 mm etrenforcer avec 80 mm de EB

Décaper 80 mmet renforcer avec

80 mm de EBDécaper 80 mm

et renforcer avec80 mm de EB

FIN DE PÉRIODED’ANALYSE

Décaper 50 mm etrenforcer avec 50 mmde mastic d’asphalte à

ossautre de pierres

FIN DE PÉRIODED’ANALYSE

Décaper 50 mm etrenforcer avec 50 mmde mastic d’asphalte à

ossautre de pierres

Valeur des nouvelles technologies reconnue

• Le rapport indique que la durée initiale des revêtements bitumineux augmentera et que les activités d'entretien et de remise en état seront réduites.

• L'uni des revêtements et les améliorations sont attribuables au choix d’un bitume performant approprié.

• Le mastic d'asphalte à ossature de pierres (‘SMA’) est la meilleure technologie d‘enrobébitumineux disponible et …. éprouvée!

Revêtements permanents• Un revêtement permanent est un revêtement souple

conçu, de bas en haut, pour résister à une défaillance structurale, à la fissuration et à l'orniérage ayant une durée de vie de 50 ans ou plus avec seulement des entretiens périodiques.

• Un revêtement permanent est un revêtement multicouches d’enrobés bitumineux qui comprend

– une couche de roulement renouvelable,– une couche intermédiaire résistante à l'orniérage solide et– une couche de base très résistante à la fatigue.

Mécanismes de dégradation

Flexionsrépétées

Mènent à unefissuration de fatigue

Déformationsrépétées

Mènent àl’orniérage

Enrobé bitumineuxmélangé à chaud

BaseBase

Sol de fondation

Critères de rendement mécanistes

Sous charges équivalentes par essieu simple

Limiter la flexion à< 65µε(Monismith, Von Quintus, Nunn,Thompson)

Limiter la compression verticale à < 200µε (Monismith, Nunn)

Enrobé bitumineuxmélangé à chaud

épais(> 8”)

Base (Base (commecomme requisrequis))

Sol de fondation

Rehabilitation

2 - 4”

Str

uct

ure

Rem

ain

s In

tact

Possible Distresses› Top-Down Fatigue

› Thermal Cracking

› Raveling

Solutions› Mill & Fill

› Thin Overlay

High Quality SMA, OGFC or Superpave

20+ YearsLater

Quelle est la durée en service?

Expected Service Life and Performance Characteristicsof HMA Pavements in LTPP, Final ReportReport No. 5672-2/1, Prepared by:Harold L. Von Quintus, P.E., Jag Mallela, Jane Jiang -Applied Research Associates, June 2004

Pavement Life Cycle Cost StudiesUsing Actual Cost Data, A S Y N T H E S I S, Asphalt Pavement Alliance

For example: OHIO 5 sites•Initial cost 10-25 % lower for asphalt•Life-cycle cost - asphalt at least 25 % more economical

Constatations importantes

1. La durée en service prévue moyenne des revêtements d‘enrobé bitumineux mélangé à chaud est supérieure à 20 ans tant pour les revêtements classiques que pour les revêtements souples sur couche granulaire.

2. Le temps ou l'âge pour atteindre des niveaux de dégradation moyens qui déclenchent habituellement un type quelconque de remise en état majeure est de 22 ans.

3. Cette durée en service moyenne dépasse les valeurs généralement utilisées dans plusieurs études des coûts sur le cycle de vie et est supérieure aux valeurs déclarées par nombres d'agences routières américaines.

Constatations sur le rendement des revêtements routiers à long terme de la Federal Highway Administration

• Données de l'étude GPS-6 (publication no FHWA-RD-00-165)

• Conclusions– La plupart des couches d’enrobés bitumineux ≥ 15 ans

avant une remise en état– Plusieurs couches d’enrobés bitumineux > 20 ans avant

l'apparition de dégradations importantes– Des couches d’enrobé bitumineux plus épaisses signifient

moins de:• fissuration de fatigue,• fissuration transversale et• fissuration longitudinale.

Effects of PMA

• Information Series (IS)-215

• Engineering Report (ER) 215

• PMA extends the service life of flexible pavements and HMA overlays

• 5-10 years on good pavements

Improved Life-Cycle Costs

Conventional-Unmodified HMA Pavements 0 5 10 15 20 25 30 35 years Routine Maintenance Routine Maintenance Routine Maintenance Routine Maintenance

Generic Schedule Based on Typical Averages Used by Many Agencies and Under Typical Conditions

Preservation application at year 10: Mill & Fill.

Structural overlay placed at year 34.

Preservation application at year 28: Mill & Fill.

Structural overlay placed at year 18.

With PMA

PMA Wearing Surface (2 – 4 inches in thickness) 0 5 10 15 20 25 30 35 years Routine Maintenance Routine

Maint. Routine

Maint.

Modified Generic Schedule Based on Findings from This Study

Structural overlay with PMA wearing surface placed at year 34.

Structural overlay with PMA wearing surface placed at year 18.

With PMA All Lifts

PMA in Surface and Base Layers 0 5 10 15 20 25 30 35 years Routine Maintenance Routine

Maint. Routine

Maint.

– Modified Generic Schedule Based on Findings from This Study

Preservation application at year 18: Mill & Fill with PMA wearing surface.

Preservation application at year 34: Mill & Fill with PMA wearing surface.

Coûts sur le cycle de vie

(5 000)14 000111 0001 465 0001 585 00022Revêtementpermanent

(17 000)25 000193 0001 428 0001 629 00018Conceptionclassique

Valeuractuelle de

récupération($)

Valeuractuelle del’entretien

($)

Valeur actuellede la remiseen état ($)

Coûtinitial

total ($)

Valeuractuelletotale ($)

Duréenominale,

en années

Type de revêtement

Période d'analyse de 50 ans - Coûts totaux sur le cycle de vie

Aurilio et Uzarowski – Association Technique Canadienne des Enrobés Bitumineux, 2004

Autres : Aucun concept de revêtements permanents, mais ont des revêtementsdurables, c’est-à-dire de plus de 50 ans, avec des remises en état par couches périodiques.

1. Votre agence a-t-elle des revêtements permanents ouêtes-vous en train d’implémenter le concept des revêtements permanents en oeuvre?

Survey ResultsSondage du MTO (American Association of State Highway and Transportation Officials) )

Non 34 %

Oui 22 %Autres 22 %

En cours demise en oeuvre22 %

Plans du MTO

• Résumer les résultats du sondage, réunir les normes et préparer des directives aux fins de revue

• Travailler avec les Sections géotechniques à la détermination de projets potentiels pour 2004, 2005 et 2006

• Travailler avec la Section chargée du dossier du bitume et avec l'industrie en vue d'élaborer une norme pour la couche de base à fond ‘riche’

• Faire un essai en 2004

Critères de concurrence

• Coût initial le plus faible• Meilleur solution

technique• Minimise le risque• Expérience précédente

fructueuse• Meilleur niveau de

service à long terme• Plus faible coût sur le

cycle de vie

Établissement des coûts sur le cycle de vie

• Un entretien et une remise en état en temps opportun sont cruciaux.

• Le coût sur le cycle de vie doit être réaliste, sans partialité.

• Les stratégies d'entretien et de remise en état doivent convenir au type de chaussée/circulation.

• La technologie actuelle devrait être prise en considération (ex. : Superpave, mastic d'asphalte à ossature de pierres (‘SMA’)).

The Last Word…

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