La vitesse de propagation des ondes de cisaillement pour la caractérisation des enrobés recyclés à froid

Lecuru, Quentin (2025). La vitesse de propagation des ondes de cisaillement pour la caractérisation des enrobés recyclés à froid. Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Les enrobés recyclés à froid (ERF) en très jeune âge s’assimilent à un matériau granulaire non lié et vont ensuite devenir un matériau cohérent lorsque la cure s’effectue. Cet aspect initial est dû à la présence d’eau dans le mélange en jeune âge, à des fins de maniabilité. Pour cette raison, les essais classiques de caractérisation des enrobés bitumineux ne sont pas adaptés. Cependant, il est important de connaitre le comportement des ERF en très jeune âge, après le compactage, en raison de la réouverture rapide de la chaussée au trafic. Une technique non destructive basée sur les ondes de cisaillement, le Piezoelectric Ring Actuator Technique (P-RAT) est utilisée. Cette technique d’analyse fréquentielle détermine la vitesse de propagation de l’onde de cisaillement (Vs). Elle a été utilisée dans les sols et les bétons avec succès ainsi que dans un projet de mémoire pour caractériser les ERF en jeune âge.

Le présent doctorat poursuit ces travaux et vise à déterminer la pertinence du paramètre Vs pour caractériser les ERF lors de leur cure. De plus, il est important d’évaluer les limites du PRAT quant aux matériaux testés et aux conditions d’essais. Enfin, le P-RAT sera utilisé pour déterminer le comportement anisotropique des ERF.

Les premiers essais réalisés sur des plaques d’ERF montrent l’évolution des paramètres Vs, la perte d’eau et l’amplitude des signaux de 90 minutes après compactage à 30 jours de cure à l’air libre. Vs et la perte d’eau évoluent rapidement en jeune âge et atteignent par la suite une asymptote. Un lien entre ces paramètres existe, mais le manque de mesures en très jeune âge empêche de modéliser correctement leur évolution.

Ensuite, des mesures de Vs sur des cylindres d’ERF compactés à différentes teneurs en vide (10,7 à 17,5 %) à la presse à cisaillement giratoire (PCG) sont réalisées. Des améliorations au montage expérimental permettent de commencer les essais 10 minutes après compactage et la température de surface et la perte d’eau sont mesurées en parallèle. Il apparait que cette dernière est influencée par la température de surface et les conditions de cure (air libre ou étuve) ainsi que par la géométrie des spécimens. Le modèle Michaelis-Menten est utilisé pour modéliser avec succès les évolutions de Vs et de la perte d’eau en fonction du temps de cure. La prépondérance de la création de liens bitumineux comparativement à la perte d’eau est mise en avant. Vs évolue linéairement avec la compacité, passant de 253 à 330 m.s-1 et de 370 à 610 m.s-1 pour les valeurs initiales et finales, respectivement. Les résultats de Vs obtenus sont cohérents avec les données de la littérature.

Finalement, l’anisotropie des ERF est évaluée via Vs. Les mesures dans trois directions diffèrent de 0,6 à 11,5 % et une tendance symétrique apparait dans les plaques d’ERF testées. Des mesures de Vp via une méthode temporelle montrent le même phénomène. De plus, la tomodensitométrie met en évidence un alignement préférentiel des granulats dans la direction de déplacement de la roue de compactage.

Titre traduit

Shear wave velocity to characterize cold recycled mixes

Résumé traduit

Cold recycled mixes (CRM) at a very young age are similar to an unbound granular material and will then become a cohesive material when cured. This initial aspect is due to the presence of water in the mix at a young age, for handling purposes. For this reason, conventional asphalt mix characterisation tests are not suitable. However, it is important to know how CRM behaves at a very young age, after compaction, as the pavement quickly reopens to traffic. A nondestructive technique based on shear waves velocity, the Piezoelectric Ring Actuator Technique (P-RAT), is used. This frequency analysis technique determines the propagation velocity of the shear wave (Vs). It has been used successfully in soils and concretes and in a dissertation project to characterise CRMs at a young age.

The present PhD project continues this work and aims to determine the relevance of the Vs parameter for characterising CRMs during curing. It is also important to assess the limitations of P-RAT in terms of the materials tested and the test conditions. Finally, P-RAT will be used to determine the anisotropic behaviour of CRMs.

Initial tests on CRM plates show the evolution of the Vs parameters, water loss and signal amplitude from 90 minutes after compaction to 30 days of curing in open air. Vs and water loss evolve rapidly at young age and then reach an asymptote. A link between Vs and water loss exists, but the lack of measurements at a very young age means that their evolution cannot be modeled correctly.

Subsequently, Vs measurements were carried out on CRM cylinders compacted to different void contents (10.7 to 17.5 %) using a shear gyratory compactor (SGC). Improvements to the experimental set-up allow tests to begin 10 minutes after compaction, and surface temperature and water loss are measured in parallel. The latter was found to be influenced by surface temperature and curing conditions (free air or oven), and by specimen geometry. The Michaelis-Menten model is used to successfully model the evolution of Vs and water loss as a function of curing time. The preponderance of bituminous bond creation compared to water loss is highlighted. Vs evolves linearly with compaction, increasing from 253 to 330 m.s-1 and from 370 to 610 m.s-1 for initial and final values, respectively. The Vs results obtained are consistent with literature data.

Finally, the anisotropy in CRMs is evaluated based on Vs. Measurements in three directions differ from 0.6 to 11.5 % and a symmetrical trend appears in the CRM plates tested. Vp measurements via a temporal method show the same phenomenon. In addition, computed tomography scans (CT-Scan) reveal a preferential alignment of aggregates in the direction of the compacting wheel.

Type de document:	Mémoire ou thèse (Thèse de doctorat électronique)
Renseignements supplémentaires:	"Thèse par articles présentée à l’École de technologie supérieure comme exigence partielle à l’obtention du doctorat en génie". Comprend des références bibliographiques (pages 357-370).
Mots-clés libres:	vitesse des ondes de cisaillement, enrobé recyclé à froid, analyse fréquentielle, anisotropie, cure
Directeur de mémoire/thèse:	Directeur de mémoire/thèse Éthier, Yannic
Codirecteur:	Codirecteur Carter, Alan
Programme:	Doctorat en génie > Génie
Date de dépôt:	05 juin 2025 18:16
Dernière modification:	05 juin 2025 18:16
URI:	https://espace.etsmtl.ca/id/eprint/3633

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