Superpave (SUperior PERforming Asphalt PAVEments) est un système de conception et d’analyse de mélanges asphaltiques basé sur la performance, développé dans le cadre du Strategic Highway Research Program (SHRP) de 1987 à 1993. Il utilise le Compacteur Gyratoire Superpave (SGC), la spécification de liant de Classe de Performance (PG), et des critères de conception volumétrique avec des propriétés de consensus des granulats adaptées au trafic et au climat. Couvre les Niveaux Superpave 1-3, la sélection des liants PG, les exigences granulaires et les spécifications Superpave pour aéroports selon la FAA P-401.
Superpave — un acronyme pour SUperior PERforming Asphalt PAVEments (Chaussées Asphaltiques à Performance Supérieure) — est un système de conception et d’analyse de mélanges asphaltiques basé sur la performance, développé comme le principal produit asphaltique du Strategic Highway Research Program (SHRP) mené d’octobre 1987 à mars 1993. Le programme SHRP a investi 50 millions de dollars dans la recherche pour développer des méthodes améliorées de spécification, d’essai et de conception des matériaux asphaltiques, aboutissant au système Superpave. Le système a été conçu pour remplacer les anciennes méthodes de conception de mélanges Marshall et Hveem utilisées respectivement depuis les années 1940 et 1950.
Superpave n’est pas simplement un essai ou une spécification unique, mais un système intégré qui aborde trois composantes essentielles de la technologie des chaussées asphaltiques : la spécification du liant, les exigences granulaires et la conception et l’analyse du mélange. La composante liant a introduit le système de spécification de Classe de Performance (PG) qui classe les liants asphaltiques en fonction de la plage de température dans laquelle ils fonctionneront sur le terrain. La composante granulaire a introduit les propriétés de consensus — des exigences physiques normalisées pour l’angularité, la forme et la teneur en argile des granulats, liées aux niveaux de charge de trafic. La composante de conception du mélange a introduit le Compacteur Gyratoire Superpave (SGC) comme dispositif de compactage de laboratoire et a établi des critères de conception volumétrique du mélange basés sur les vides d’air, les vides dans le granulat minéral (VMA), les vides remplis de bitume (VFA) et le ratio poussière/liant.
Le système a été conçu pour produire des chaussées asphaltiques résistant à trois mécanismes de détérioration principaux : la déformation permanente (orniérage) causée par les charges de trafic à des températures élevées de la chaussée, la fissuration par fatigue causée par les charges de trafic répétées à des températures intermédiaires, et la fissuration à basse température (thermique) causée par la contraction de la chaussée par temps froid. En liant la sélection du liant, les propriétés des granulats et l’effort de compactage aux conditions spécifiques de trafic et de climat de chaque projet, Superpave permet aux ingénieurs d’adapter la conception du mélange aux conditions de service réelles que la chaussée connaîtra pendant sa durée de vie de conception.
La Federal Highway Administration (FHWA) a assumé un rôle de leadership dans la mise en œuvre de la recherche SHRP par l’établissement du National Asphalt Training Center (NATC) à l’Asphalt Institute de Lexington, Kentucky. Le Projet de Démonstration 101 a été créé pour former les techniciens de laboratoire et les ingénieurs à l’application pratique des technologies de liant et de conception de mélanges Superpave. Depuis son introduction, la méthode de conception volumétrique des mélanges Superpave a été adoptée par les 50 agences routières des États américains et par de nombreuses autorités routières internationales, ce qui en fait la méthode de conception de mélanges prédominante en Amérique du Nord.
Les racines de Superpave remontent au Rapport Spécial 202 du Transportation Research Board (TRB) , publié en 1984 sous le titre « America’s Highways: Accelerating the Search for Innovation. » Ce rapport a identifié un besoin critique d’augmentation du financement de la recherche pour développer de meilleurs matériaux routiers plus durables. En réponse, le Congrès des États-Unis a autorisé le Strategic Highway Research Program (SHRP) dans le Surface Transportation and Uniform Relocation Assistance Act de 1987. Le SHRP a été établi comme une unité du National Research Council et a été financé à hauteur de 150 millions de dollars sur cinq ans, dont 50 millions de dollars spécifiquement alloués à la recherche sur l’asphalte.
Le Programme de Recherche SHRP sur l’Asphalte a été organisé en quatre domaines techniques : la caractérisation des liants asphaltiques, la conception et l’analyse des mélanges asphaltiques, les essais de performance accélérés et la validation sur le terrain. La recherche a été menée grâce à un effort coordonné impliquant l’Asphalt Institute, l’Université du Texas à Austin, l’Université d’État de Pennsylvanie, le National Center for Asphalt Technology (NCAT) de l’Université d’Auburn, et de nombreux autres instituts de recherche. Le programme a impliqué la construction et le suivi de sections d’essai de Performance à Long Terme des Chaussées (LTPP) à travers l’Amérique du Nord pour valider les résultats de laboratoire avec les données de performance sur le terrain.
Le programme SHRP s’est conclu en mars 1993 avec la livraison du système Superpave, qui intégrait trois innovations majeures. La première était la Spécification de Liant de Classe de Performance (PG) (AASHTO M 320) , qui a remplacé les anciens systèmes de classe de pénétration et de classe de viscosité en mesurant directement les propriétés du liant à des températures pertinentes pour la performance sur le terrain. La deuxième était le Compacteur Gyratoire Superpave (SGC) et la procédure de conception volumétrique du mélange associée, qui ont remplacé le marteau de chute Marshall et le compacteur de malaxage Hveem. La troisième était un ensemble de modèles de prédiction de performance qui utilisaient les résultats d’essais en laboratoire pour prédire la détérioration de la chaussée sur sa durée de vie de conception.
Suite à l’achèvement du SHRP, la FHWA a lancé un programme agressif de mise en œuvre, établissant le NATC et développant le programme de formation qui est devenu la base de l’adoption nationale de la technologie Superpave. Le Sous-comité AASHTO sur les Matériaux a adopté des normes provisoires pour les essais de liants et la conception de mélanges Superpave, qui ont ensuite été élevées au statut de normes complètes. Le Intermodal Surface Transportation Efficiency Act (ISTEA) de 1991 a fourni un soutien financier supplémentaire pour la mise en œuvre des produits du SHRP.
Malgré la mise en œuvre réussie du Niveau 1 de Superpave (conception volumétrique du mélange), la vision originale d’un système entièrement basé sur la performance avec les Niveaux 2 et 3 n’a jamais été pleinement réalisée. Les essais de performance et les modèles de prédiction développés pendant le SHRP se sont avérés trop complexes et trop longs pour une utilisation courante par les agences routières des États. Cependant, les recherches ultérieures menées dans le cadre du National Cooperative Highway Research Program (NCHRP) ont conduit au développement de l’Essai de Performance Simple (SPT) — maintenant normalisé sous le nom d’Essai de Performance des Mélanges Asphaltiques (AMPT) — qui offre des capacités d’essai de performance pratiques pour les applications courantes de conception de mélanges et de contrôle qualité.
Le système Superpave original définissait trois niveaux hiérarchiques de conception et d’analyse de mélanges, chacun offrant une sophistication croissante dans la prédiction des performances au prix d’une complexité et d’un coût d’essai supplémentaires. Ces niveaux de conception ont été développés pendant le programme SHRP, mais seul le Niveau 1 a été largement mis en œuvre dans la pratique courante.
Le Niveau 1 est la procédure de base de conception volumétrique du mélange qui constitue le fondement du système Superpave. C’est le seul niveau qui a été entièrement mis en œuvre par les agences routières des États et c’est le niveau décrit dans les normes AASHTO R 35 (Conception Volumétrique Superpave pour Enrobés Bitumineux à Chaud) et AASHTO M 323 (Spécification Standard pour la Conception Volumétrique de Mélanges Superpave). Le Niveau 1 comprend quatre étapes principales : la sélection des matériaux (granulats et liant), la sélection de la structure granulaire de conception (mélange granulométrique pour répondre aux propriétés de consensus et aux points de contrôle granulométriques), la sélection de la teneur en liant de conception (déterminée en atteignant 4 % de vides d’air aux gyrations Ndesign), et l’évaluation de la susceptibilité à l’humidité selon AASHTO T 283 (Résistance des Mélanges Asphaltiques Compactés aux Dommages Induits par l’Humidité).
Le Niveau 1 n’inclut aucun essai de performance mécanique au-delà de l’évaluation de la sensibilité à l’humidité. Les critères volumétriques — vides d’air, VMA, VFA et ratio poussière/liant — servent de mesures substitutives de la qualité du mélange et de la performance attendue. L’effort de compactage, exprimé par le nombre de gyrations (Ndesign), est déterminé à partir de la charge de trafic anticipée sur 20 ans en millions de Charges Equivalentes par Essieu Simple (ESALs) .
Le Niveau 2 a été conçu pour fournir une analyse de performance de niveau intermédiaire en intégrant des essais de performance et des modèles de prédiction de détérioration. Dans le Niveau 2, la conception volumétrique du mélange du Niveau 1 est soumise à des essais supplémentaires utilisant l’Essai de Cisaillement Superpave (SST) et l’Essai de Traction Indirecte (IDT) . Les résultats d’essai sont utilisés avec des modèles de prédiction de performance pour estimer la quantité d’orniérage et de fissuration par fatigue attendue sur la durée de vie de conception de la chaussée à un niveau de fiabilité de 50 % .
Les essais SST utilisés au Niveau 2 comprennent l’essai de cisaillement répété à hauteur constante pour l’évaluation de l’orniérage, l’essai de balayage de fréquences à hauteur constante pour la détermination du module dynamique, et l’essai de cisaillement simple à hauteur constante pour les propriétés de cisaillement. Les essais IDT comprennent des essais de fluage et de résistance pour l’évaluation de la fissuration à basse température. Le Niveau 2 nécessite des essais à la teneur en liant de conception ainsi qu’à 0,5 % au-dessus et en dessous de la teneur de conception pour évaluer la sensibilité de la performance aux variations de teneur en liant.
Le Niveau 2 n’a jamais été largement mis en œuvre par les agences d’État car le SST était coûteux, complexe à utiliser et les protocoles d’essai prenaient beaucoup de temps. Les modèles de prédiction de performance nécessitaient également un calibrage aux conditions locales qui n’était pas disponible pour la plupart des agences. Cependant, le concept des essais de Niveau 2 a influencé le développement ultérieur de l’Essai de Performance Simple (NCHRP Projet 9-29) qui a conduit au développement de l’Essai de Performance des Mélanges Asphaltiques (AMPT) désormais utilisé pour les essais de module dynamique et d’indice de fluage.
Le Niveau 3 représentait le niveau d’analyse Superpave le plus sophistiqué, intégrant des essais de performance complets et des modèles avancés de prédiction de détérioration à un niveau de fiabilité de 95 % . Le Niveau 3 nécessitait les mêmes essais SST et IDT que le Niveau 2, mais avec des protocoles d’essai plus étendus et des exigences d’analyse de données plus rigoureuses. Le niveau de fiabilité plus élevé (95 % contre 50 %) était destiné aux chaussées sur les autoroutes critiques à fort trafic pour lesquelles le coût d’une défaillance prématurée serait extrêmement élevé.
Le Niveau 3 nécessitait des essais à plusieurs températures, plusieurs fréquences de charge et plusieurs pressions de confinement pour caractériser complètement les propriétés viscoélastiques du mélange. Les modèles de performance pour le Niveau 3 intégraient des relations constitutives plus sophistiquées, incluant le modèle VECD (Viscoelastic Continuum Damage) pour la fissuration par fatigue et le modèle viscoplastique pour la déformation permanente.
Comme le Niveau 2, le Niveau 3 n’a jamais été mis en œuvre dans la pratique courante en raison de la complexité des essais, du coût de l’équipement et du manque de modèles de performance validés et calibrés. Cependant, la recherche menée lors du développement des Niveaux 2 et 3 a contribué de manière significative à la compréhension du comportement des mélanges asphaltiques et a jeté les bases du Guide de Conception Mécanistico-Empirique des Chaussées (MEPDG) et du développement du logiciel AASHTOWare Pavement ME Design, qui utilise désormais le module dynamique (E*) comme principal paramètre de rigidité du mélange pour la conception structurelle des chaussées souples.
La spécification de liant de Classe de Performance (PG) est sans doute l’innovation la plus significative du système Superpave. Contrairement aux anciennes spécifications de classe de pénétration et de classe de viscosité qui classifiaient les liants sur la base d’essais empiriques à des températures arbitraires, le système PG classe les liants en fonction de la plage de température réelle dans laquelle ils sont censés fonctionner sur le terrain. Ce changement fondamental d’une classification empirique à une classification basée sur la performance a été une révolution dans la technologie des liants asphaltiques.
La désignation du liant PG utilise un système à deux chiffres, tel que PG 64-22. Le premier chiffre (64) représente la classe de haute température en degrés Celsius, correspondant à la température maximale moyenne de conception de la chaussée sur sept jours à une profondeur de 20 mm sous la surface. Le deuxième chiffre (-22) représente la classe de basse température en degrés Celsius, correspondant à la température minimale de conception de la chaussée attendue en surface. Un liant classé PG 64-22 est donc adapté aux applications où la température maximale moyenne de la chaussée sur sept jours est de 64 °C et la température minimale de la chaussée est de -22 °C.
La spécification PG est documentée dans les normes AASHTO M 320 (Spécification Standard pour les Liants Asphaltiques de Classe de Performance) et AASHTO M 332 (Spécification Standard pour les Liants Asphaltiques de Classe de Performance Utilisant l’Essai de Fluage-Récupération à Contraintes Multiples [MSCR]). AASHTO M 332 est une spécification plus récente qui intègre l’Essai de Fluage-Récupération à Contraintes Multiples (MSCR) (AASHTO T 350) pour mieux caractériser la résistance à l’orniérage des liants, en particulier les liants modifiés aux polymères. Les équivalents ASTM sont ASTM D6373 et ASTM D8239.
Le processus de sélection du liant PG utilise la base de données météorologique LTPP Bind, qui contient des données climatiques de milliers de stations météorologiques à travers l’Amérique du Nord. L’ingénieur saisit l’emplacement du projet et le niveau de fiabilité souhaité (typiquement 50 % pour les chaussées standard, 98 % pour les chaussées critiques), et la base de données renvoie les températures de conception élevée et basse appropriées de la chaussée. Le niveau de fiabilité représente la probabilité que la température de la chaussée ne dépasse pas les valeurs spécifiées pendant la durée de vie de conception. Des niveaux de fiabilité plus élevés entraînent des sélections de classe de liant plus保守es.
Les essais requis pour le classement des liants PG comprennent :
| Norme AASHTO | Nom de l’Essai | Objectif | Équipement |
|---|---|---|---|
| T 48 | Point d’Éclair | Sécurité (minimum 230 °C) | Coupe Ouverte Cleveland |
| T 316 | Viscosité Rotative | Ouvrabilité (max 3 Pa·s à 135 °C) | Viscosimètre Rotatif |
| T 315 | Rhéomètre à Cisaillement Dynamique (DSR) | Résistance à l’orniérage et à la fatigue | DSR |
| T 240 | Four à Film Mince Rotatif (RTFO) | Simulation du vieillissement à court terme | Four RTFO |
| R 28 | Enceinte de Vieillissement sous Pression (PAV) | Simulation du vieillissement à long terme | PAV |
| T 313 | Rhéomètre à Poutre Flexurale (BBR) | Résistance à la fissuration à basse température | BBR |
| T 314 | Essai de Traction Directe (DTT) | Déformation à la rupture à basse température | Dispositif de Traction Directe |
Le Rhéomètre à Cisaillement Dynamique (DSR) mesure le module de cisaillement complexe (G*) et l’angle de phase (δ) du liant à des températures élevées et intermédiaires. Le paramètre G/sin δ* (facteur d’orniérage) est mesuré sur le liant original et vieilli au RTFO et doit être d’au moins 1,0 kPa (original) et 2,2 kPa (résidu RTFO) pour garantir la résistance à l’orniérage. Le paramètre G×sin δ* (facteur de fatigue) est mesuré sur le liant vieilli au PAV et ne doit pas dépasser 5000 kPa pour garantir la résistance à la fissuration par fatigue.
Le Rhéomètre à Poutre Flexurale (BBR) mesure la rigidité au fluage (S) et la valeur m du liant vieilli au PAV à la température de conception basse de la chaussée plus 10 °C. La rigidité au fluage ne doit pas dépasser 300 MPa et la valeur m (taux de variation de la rigidité avec le temps de charge) doit être d’au moins 0,300 pour garantir la résistance à la fissuration thermique. L’Essai de Traction Directe (DTT) mesure la déformation à la rupture du liant vieilli au PAV à la température de conception basse de la chaussée, requis lorsque la rigidité BBR est comprise entre 300 et 600 MPa.
Pour les niveaux de trafic plus élevés, le trafic lent ou les chaussées critiques, la classe PG peut être rehaussée vers une classe de haute température supérieure. Par exemple, un liant PG 64-22 pourrait être rehaussé à PG 70-22 ou PG 76-22 pour une autoroute inter-États à fort volume. Le rehaussement de classe offre une résistance supplémentaire à l’orniérage au prix d’une performance potentiellement réduite en matière de fatigue et de basse température. Les liants modifiés aux polymères (tels que PG 70-22 ou PG 76-22 modifiés au SBS) sont couramment utilisés pour les applications avec rehaussement de classe.
Les granulats constituent environ 95 % de la masse d’un mélange asphaltique, ce qui rend la qualité des granulats critique pour la performance de la chaussée. Le système Superpave spécifie l’acceptabilité des granulats à travers deux catégories d’exigences : les propriétés de consensus et les propriétés de source. De plus, Superpave impose des points de contrôle granulométriques qui définissent les plages granulométriques acceptables pour chaque dimension nominale maximale des granulats.
Les propriétés de consensus sont quatre exigences physiques des granulats qui ont été développées pendant le programme SHRP par un processus de consensus impliquant des représentants de l’industrie et des agences. Ces propriétés sont considérées comme essentielles pour obtenir une bonne performance de la chaussée, indépendamment de la situation géographique ou de la source des granulats. Les propriétés de consensus sont liées au niveau de trafic (en millions d’ESALs) et à la profondeur sous la surface de la chaussée.
Angularité des Gros Granulats — mesurée comme le pourcentage en masse de particules de granulats retenues sur le tamis de 4,75 mm qui présentent une ou plusieurs faces fracturées, selon ASTM D 5821. Une face fracturée est définie comme une surface cassée dont l’aire est au moins égale à 25 % de l’aire maximale de la section transversale de la particule. Des niveaux de trafic plus élevés nécessitent des pourcentages plus élevés de faces fracturées. Pour un trafic supérieur à 30 millions d’ESALs, 100 % des gros granulats doivent avoir au moins une face fracturée et 95 % doivent avoir au moins deux faces fracturées. Pour les faibles niveaux de trafic (moins de 0,3 million d’ESALs), les exigences sont réduites à 55-85 % avec une face fracturée et 50-80 % avec deux faces fracturées, selon la profondeur.
Angularité des Granulats Fins — mesurée comme la teneur en vides non compactés de la fraction de granulats fins (passant le tamis de 2,36 mm) selon AASHTO T 304 (Méthode A). L’essai mesure le pourcentage de vides d’air dans un échantillon de granulats fins versé librement. Une teneur en vides non compactés plus élevée indique des particules plus anguleuses et cubiques avec un frottement interne et une résistance à l’orniérage plus élevés. Pour un trafic supérieur à 30 millions d’ESALs, la teneur en vides non compactés doit être d’au moins 45 %. Pour les faibles niveaux de trafic, l’exigence peut être aussi basse que 40 % pour les couches de surface. Les sables naturels (non concassés) ont généralement des teneurs en vides non compactés de 38-42 %, tandis que les sables manufacturés (concassés) peuvent atteindre des valeurs de 44-48 % ou plus.
Particules Plates et Allongées — mesurées selon ASTM D 4791 (Méthode du Pied à Coulisse Proportionnel) pour les particules de granulats retenues sur le tamis de 9,5 mm. Une particule est considérée comme plate et allongée lorsque son rapport longueur/épaisseur dépasse une valeur spécifiée, généralement 5:1 ou 3:1 selon la spécification. Pour Superpave, le pourcentage maximal admissible de particules plates et allongées (ratio 5:1) est de 10 % pour tous les niveaux de trafic. Les particules plates et allongées sont indésirables car elles ont tendance à se briser pendant le compactage et sous les charges de trafic, créant des fines qui réduisent la teneur effective en liant et peuvent provoquer une fissuration prématurée.
Teneur en Argile — mesurée comme la valeur Équivalente de Sable (ES) selon AASHTO T 176. L’essai d’équivalent de sable mesure la proportion de fines argileuses dans la fraction granulaire passant le tamis de 4,75 mm. Une valeur équivalente de sable de 45 est le minimum généralement requis, ce qui signifie que 45 % de la hauteur de la colonne de sédiments est constituée de particules de sable propre après floculation. Des niveaux de trafic plus élevés peuvent nécessiter des valeurs équivalentes de sable de 50 ou plus. De faibles valeurs équivalentes de sable indiquent la présence de minéraux argileux qui peuvent causer des dommages par l’humidité et réduire l’adhésion liant-granulat.
Les propriétés de source sont des caractéristiques des granulats qui ne sont pas propres à Superpave mais sont héritées des spécifications traditionnelles des agences. Ces propriétés sont considérées comme spécifiques à la source car elles dépendent de l’origine géologique du granulat plutôt que du processus de fabrication. Les propriétés de source courantes comprennent :
Résistance à l’Usure (Abrasion L.A.) — mesurée selon AASHTO T 96 (Essai d’Abrasion Los Angeles). L’essai mesure le pourcentage de masse de granulats perdue lors du culbutage avec des billes d’acier. La perte maximale admissible est généralement de 35 à 45 % selon les spécifications de l’agence. Les granulats présentant une perte élevée à l’abrasion L.A. sont susceptibles de se dégrader pendant la construction et sous le trafic.
Solidité — mesurée selon AASHTO T 104 (Solidité des Granulats par l’Utilisation de Sulfate de Sodium ou de Sulfate de Magnésium). L’essai simule l’altération par gel-dégel en immergeant les granulats dans une solution saline saturée et en les soumettant à des cycles répétés de trempage et de séchage. La perte maximale admissible est généralement de 10 à 20 % pour les essais au sulfate de sodium.
Matériaux Délétères — limitations du pourcentage de schiste, de mottes d’argile, de particules friables, de chert et d’autres matériaux indésirables pouvant provoquer des éclatements, un désenrobage ou un arrachement dans la chaussée. Les essais sont effectués selon AASHTO T 112 (Mottes d’Argile et Particules Friables dans les Granulats) et des méthodes d’inspection visuelle.
Superpave définit des points de contrôle granulométriques pour chaque Dimension Nominale Maximale des Granulats (DNMG) — la plus grande dimension de tamis qui retient moins de 10 % des granulats. Les points de contrôle établissent la plage autorisée de pourcentage passant pour les dimensions de tamis clés, définissant une enveloppe à travers laquelle la granularité des granulats doit passer. Les options de DNMG disponibles sont : 37,5 mm, 25,0 mm, 19,0 mm, 12,5 mm, 9,5 mm et 4,75 mm.
En plus des points de contrôle, Superpave spécifie une Zone Restreinte — une région de la courbe granulométrique que le mélange devrait éviter de traverser. La zone restreinte était destinée à éviter l’utilisation excessive de sable naturel et à garantir un contact pierre-sur-pierre adéquat dans la structure granulaire. Cependant, des recherches ultérieures ont démontré que la zone restreinte n’était pas systématiquement liée à la performance, et de nombreuses agences ont depuis modifié ou supprimé l’exigence de zone restreinte. La Note Technique FHWA sur la Conception de Mélanges Superpave (FHWA-HIF-11-031) indique que la zone restreinte n’est plus considérée comme une exigence obligatoire dans AASHTO M 323.
Le mélange des granulats est généralement nécessaire pour atteindre la granularité cible, car la plupart des projets utilisent des granulats provenant de plusieurs stocks (gros granulats, granulats intermédiaires, sable manufacturé, sable naturel et filler minéral). Le processus de mélange consiste à proportionner chaque stock pour produire une granularité combinée qui passe à travers les points de contrôle tout en respectant toutes les exigences de propriétés de consensus et de source.
Le Compacteur Gyratoire Superpave (SGC) est l’innovation mécanique la plus significative du système Superpave. Le SGC a remplacé le marteau de chute Marshall (compactage par impact) et le compacteur de malaxage Hveem comme dispositif standard de compactage en laboratoire pour la préparation d’échantillons asphaltiques. Le SGC produit des échantillons qui reproduisent plus étroitement la densité et l’orientation des granulats obtenues par les équipements de compactage sur le terrain (rouleaux à cylindre d’acier et à pneus).
Le SGC fonctionne en plaçant un échantillon de mélange asphaltique en vrac dans un moule cylindrique (150 mm de diamètre pour les essais standard, 100 mm pour les échantillons plus petits) et en appliquant une pression verticale constante de 600 kPa (87 psi) tandis que le moule est incliné à un angle de giration de 1,25 degré et tourné à 30 gyrations par minute. La combinaison de la pression verticale et du mouvement gyratoire crée une action de malaxage qui réoriente les particules de granulats dans une configuration dense similaire à celle obtenue par le compactage au rouleau sur le terrain.
Les paramètres opérationnels principaux spécifiés par AASHTO T 312 (Préparation et Détermination de la Densité d’Échantillons d’Enrobé Bitumineux à Chaud [HMA] au Moyen du Compacteur Gyratoire Superpave) comprennent :
| Paramètre | Valeur Spécifiée |
|---|---|
| Pression verticale | 600 kPa ± 18 kPa |
| Angle de giration | 1,25° ± 0,02° (angle interne) |
| Vitesse de giration | 30,0 ± 0,5 gyrations par minute |
| Diamètre du moule | 149,90 - 150,00 mm (neuf) |
| Hauteur de l’échantillon | 115 mm ± 5 mm (cible) |
Le SGC définit trois nombres de gyration critiques qui sont liés au niveau de trafic :
Ninitial (Nini) — le nombre de gyrations utilisé pour évaluer la compactabilité du mélange pendant la phase initiale de la construction. C’est généralement 6 à 9 gyrations selon le niveau de trafic. À Ninitial, la densité de l’échantillon doit être à ou en dessous d’un pourcentage spécifié de la Densité Maximale Théorique (DMT) — typiquement ≤91,5 % pour un trafic faible (<0,3 million d’ESALs) et ≤89,0 % pour un trafic élevé (≥30 millions d’ESALs). Si la densité à Ninitial est trop élevée, le mélange est considéré comme tendre — il se compactera trop rapidement pendant la construction et pourrait être instable sous le trafic, particulièrement s’il contient un excès de sable naturel.
Ndesign (Ndes) — le nombre de conception de gyrations qui produit une densité d’échantillon équivalente à la densité de terrain attendue après compactage sous trafic. C’est le niveau de compactage principal utilisé pour la conception du mélange. À Ndesign, la teneur cible en vides d’air est de 4,0 % . Le nombre de gyrations à Ndesign varie de 50 pour un trafic faible (<0,3 million d’ESALs) à 125 pour un trafic ≥30 millions d’ESALs selon AASHTO R 35.
Nmax — le nombre maximal de gyrations qui produit une densité qui ne devrait jamais être dépassée sur le terrain. À Nmax, la teneur en vides d’air doit être ≥2,0 %. Si les vides d’air à Nmax sont inférieurs à 2,0 %, le mélange est considéré comme trop compactable — il se densifiera excessivement sous le trafic, réduisant la teneur en vides d’air en dessous du minimum requis pour la stabilité et pouvant provoquer de l’orniérage et du ressuage.
Les niveaux de gyration de conception SGC selon AASHTO R 35 sont :
| Trafic sur 20 Ans (millions d’ESALs) | Ninitial | Ndesign | Nmax |
|---|---|---|---|
| < 0,3 | 6 | 50 | 75 |
| 0,3 à < 3 | 7 | 75 | 115 |
| 3 à < 10 | 8 (7) | 100 (75) | 160 (115) |
| 10 à < 30 | 8 | 100 | 160 |
| ≥ 30 | 9 | 125 | 205 |
Note : Pour 3 à <10 millions d’ESALs, les agences peuvent utiliser les valeurs entre parenthèses à leur discrétion.
Le SGC fournit également des informations précieuses pendant le compactage grâce à la courbe de densification — un graphique de la hauteur de l’échantillon (ou de la densité) en fonction du nombre de gyrations. La pente de la courbe de densification donne un aperçu de la compactabilité du mélange et de sa sensibilité à l’effort de compactage. Les mélanges qui se compactent très rapidement (pente raide à faible nombre de gyrations) peuvent être tendres, tandis que les mélanges qui se compactent très lentement (pente faible sur toute la courbe) peuvent être difficiles à compacter sur le terrain.
L’étalonnage du SGC est critique pour obtenir des résultats cohérents et reproductibles. Un développement clé dans l’étalonnage du SGC a été l’adoption de la technologie de mesure de l’angle interne, qui mesure l’angle de giration à partir de capteurs situés à l’intérieur du moule d’échantillon plutôt qu’à partir du cadre externe du compacteur. La Note Technique FHWA sur les Compacteurs Gyratoires Superpave (FHWA-HIF-11-032) documente que la conformité du cadre sous charge peut affecter les mesures d’angle externes, rendant la mesure de l’angle interne essentielle pour une densité d’échantillon cohérente. La présence de débris sous la plaque de base, les moules usés et les espaces excessifs entre le moule et la plaque de base peuvent tous affecter l’angle de giration interne effectif et doivent être contrôlés par un entretien et un étalonnage réguliers.
La procédure de conception volumétrique du mélange Superpave est au cœur de la conception de mélange de Niveau 1. Elle établit la teneur optimale en liant bitumineux qui atteint 4,0 % de vides d’air à Ndesign tout en respectant tous les critères volumétriques pour le VMA, le VFA et le ratio poussière/liant. La procédure est détaillée dans les normes AASHTO R 35 (Conception Volumétrique Superpave pour Enrobés Bitumineux à Chaud) et AASHTO M 323 (Spécification Standard pour la Conception Volumétrique de Mélanges Superpave).
Les Vides d’Air (Va) , également exprimés comme Vides dans le Mélange Total (VTM) , est le volume de poches d’air entre les particules de granulats enrobées dans un mélange asphaltique compacté, exprimé en pourcentage du volume total de l’échantillon. Dans la conception de mélanges Superpave, la teneur cible en vides d’air à Ndesign est fixée à 4,0 % . Cette valeur représente un équilibre entre le fait d’avoir suffisamment de vides pour la durabilité et la résistance au ressuage (si trop faible) et le fait d’avoir trop de vides qui permettraient l’infiltration d’humidité et une oxydation accélérée (si trop élevée).
La teneur en vides d’air est déterminée à partir de la densité apparente (Gmb) et de la densité maximale théorique (Gmm) du mélange :
Va (%) = 100 × [1 - (Gmb / Gmm)]
La densité apparente (Gmb) est mesurée sur l’échantillon compacté selon AASHTO T 166 (Méthode d’Essai Standard pour la Densité Apparente des Enrobés Bitumineux à Chaud Compactés Utilisant des Échantillons Saturés à Surface Sèche) ou AASHTO T 275 (Méthode à la Paraffine) pour les granulats absorbants. La densité maximale théorique (Gmm) est mesurée sur le mélange en vrac (non compacté) selon AASHTO T 209 (Densité Maximale Théorique et Densité des Enrobés Bitumineux à Chaud), communément appelé l’essai Rice.
Les Vides dans le Granulat Minéral (VMA) est le volume d’espace intergranulaire entre les particules de granulats dans un mélange de chaussée compacté, exprimé en pourcentage du volume total de l’échantillon. Le VMA comprend à la fois les vides d’air et le volume occupé par le liant bitumineux effectif. En d’autres termes, le VMA représente l’espace vide total disponible dans le squelette granulaire, qui doit être rempli par une combinaison de liant bitumineux et d’air.
Les exigences minimales de VMA sont fonction de la Dimension Nominale Maximale des Granulats (DNMG) et sont spécifiées dans AASHTO M 323 comme suit :
| DNMG (mm) | VMA Minimum (%) |
|---|---|
| 37,5 | 11,0 |
| 25,0 | 12,0 |
| 19,0 | 13,0 |
| 12,5 | 14,0 |
| 9,5 | 15,0 |
| 4,75 | 16,0 |
Le VMA est calculé à l’aide de la formule suivante :
VMA (%) = 100 - (Gmb × Ps / Gsb)
Où :
Un VMA insuffisant (en dessous du minimum) signifie que la structure granulaire est trop dense pour accueillir suffisamment de liant bitumineux pour la durabilité. L’épaisseur du film de liant bitumineux autour des particules de granulats sera trop faible, entraînant un vieillissement prématuré, un désenrobage et une fissuration. Un VMA excessif signifie que la structure granulaire est trop ouverte, nécessitant des teneurs élevées en liant qui peuvent conduire à du ressuage ou à des problèmes de stabilité.
L’exigence de VMA est le critère volumétrique le plus important pour la structure granulaire, car elle contrôle directement l’espace disponible pour le liant bitumineux. Changer le niveau de gyration ne modifie pas l’exigence de VMA — la granularité des granulats doit être ajustée pour fournir un VMA adéquat indépendamment de l’effort de compactage.
Les Vides Remplis de Bitume (VFA) est le pourcentage du VMA qui est rempli de liant bitumineux (à l’exclusion du liant absorbé). Le VFA est un paramètre dérivé calculé à partir des vides d’air et du VMA :
VFA (%) = 100 × [(VMA - Va) / VMA]
Les exigences de VFA sont fonction du niveau de trafic comme spécifié dans AASHTO M 323 :
| Trafic sur 20 Ans (millions d’ESALs) | Plage de VFA (%) |
|---|---|
| < 0,3 | 70 - 80 |
| 0,3 à < 3 | 65 - 78 |
| 3 à < 10 | 65 - 75 |
| 10 à < 30 | 65 - 75 |
| ≥ 30 | 65 - 75 |
Pour les niveaux de trafic élevés, la plage de VFA est plus étroite et décalée vers des valeurs plus faibles, offrant plus d’espace dans le VMA pour les vides d’air et garantissant que le mélange ne devient pas surchargé de liant sous l’effet d’un compactage supplémentaire dû au trafic. Pour les faibles niveaux de trafic, la plage de VFA permet une teneur en liant plus élevée, améliorant la durabilité.
Le Ratio Poussière/Liant (P0,075/Pbe) est le rapport entre le pourcentage de granulats passant le tamis de 0,075 mm (n° 200) (P0,075) et le pourcentage de teneur effective en liant bitumineux (Pbe) par masse du mélange. La teneur effective en liant est le liant total moins le liant absorbé dans les pores des granulats :
P0,075/Pbe = P0,075 / Pbe
Le ratio poussière/liant requis pour les mélanges Superpave est typiquement de 0,6 à 1,2. Pour les mélanges avec DNMG ≤ 25 mm, si la granularité passe en dessous du point de contrôle du tamis de contrôle primaire (PCS), l’agence peut accepter une plage étendue de 0,8 à 1,6. Un ratio inférieur à 0,6 indique des fines (poussière) insuffisantes dans le mélange, ce qui peut entraîner un mastic liant-filler de faible rigidité et un potentiel d’orniérage accru. Un ratio supérieur à 1,6 indique un excès de poussière, ce qui peut produire un mastic rigide et cassant sujet à la fissuration et peut également absorber trop de liant.
Le processus de sélection de la teneur optimale en liant comprend :
Les méthodes de conception de mélanges Marshall et Superpave représentent des approches fondamentalement différentes de la conception de mélanges asphaltiques. Bien que les deux méthodes déterminent finalement une teneur optimale en liant, elles diffèrent par l’équipement, la philosophie, les indicateurs de performance et la portée du processus de conception.
| Paramètre | Méthode Marshall | Méthode Superpave |
|---|---|---|
| Méthode de compactage | Marteau de chute (50 ou 75 coups par face) | Gyratoire (50-125 gyrations) |
| Taille de l’échantillon | 102 mm de diamètre × 63,5 mm de hauteur | 150 mm de diamètre × 115 mm de hauteur |
| Critères de performance | Stabilité (kN) et Fluage (mm) | Propriétés volumétriques uniquement (Niveau 1) |
| Classification du liant | Classe de pénétration ou de viscosité | Classe de Performance (PG) |
| Prise en compte du trafic | Compactage fixe (tous les mélanges) | Compactage variable (Ndesign selon le trafic) |
| Prise en compte du climat | Aucune | Sélection du liant PG selon le climat |
| Propriétés des granulats | Non spécifiées dans la méthode de conception | Propriétés de consensus selon le niveau de trafic |
| Sensibilité à l’humidité | Optionnelle | Requise (AASHTO T 283) |
| Densité cible sur le terrain | ≥95 % de la densité Marshall en laboratoire | 92-98 % de Gmm (4 % de vides d’air cibles) |
La méthode Marshall a été développée par Bruce Marshall du Mississippi Highway Department en 1939 et affinée par l’U.S. Army Corps of Engineers pendant la Seconde Guerre mondiale pour la conception de chaussées aérodromiques. Elle utilise un compactage par impact avec un marteau coulissant de 4,54 kg tombant de 457 mm, appliquant 50 ou 75 coups par face de l’échantillon. L’échantillon compacté est chargé dans une machine d’essai Marshall à 60 °C pour déterminer la stabilité (charge de pointe en kN) et le fluage (déformation verticale en mm). La teneur optimale en liant est sélectionnée comme la teneur en liant qui atteint 4 % de vides d’air (ou 3-5 % selon la spécification) tout en respectant les exigences minimales de stabilité et de plage de fluage.
La méthode Marshall, malgré son utilisation répandue et sa simplicité, présente plusieurs limitations reconnues. Le compactage par impact ne simule pas l’action de malaxage des rouleaux de chantier, produisant des échantillons avec une orientation des granulats différente de celle de la chaussée compactée sur le terrain. L’essai de stabilité ne mesure pas adéquatement la résistance au cisaillement mais plutôt une combinaison de cisaillement et de compression. La méthode ne tient pas compte du climat ou du niveau de trafic dans le processus de conception — un mélange conçu pour une route à faible volume reçoit le même effort de compactage qu’un mélange pour une autoroute inter-États. Ces limitations ont conduit à une reconnaissance croissante parmi les technologues de l’asphalte que la méthode Marshall avait dépassé son utilité pour les applications modernes de chaussées à fort trafic.
Superpave répond directement à ces limitations. Le système de liant de Classe de Performance (PG) garantit que le liant est sélectionné en fonction de la plage de température réelle de l’emplacement du projet. Le compacteur gyratoire applique une action de malaxage qui reproduit mieux le compactage sur le terrain. L’effort de compactage variable (Ndesign) varie de 50 à 125 gyrations selon le niveau de trafic, de sorte que les chaussées à fort trafic reçoivent un effort de compactage plus important. Les propriétés de consensus des granulats garantissent une qualité adéquate des granulats pour le niveau de trafic. L’accent mis sur les propriétés volumétriques (VMA et VFA) plutôt que sur la stabilité et le fluage fournit une base plus fondamentale pour la qualité du mélange.
La recherche comparant les mélanges Marshall et Superpave a démontré que les mélanges conçus selon Superpave présentent généralement une résistance supérieure à l’orniérage, une meilleure durée de vie en fatigue et une meilleure résistance aux dommages par l’humidité. Une étude de Farooq et al. a rapporté que les mélanges Superpave avaient une résistance à la traction indirecte (ITS) et un module résilient (MR) plus élevés que les mélanges Marshall. Zumrawi et Edrees ont constaté que les mélanges Marshall conventionnels offraient une moins bonne résistance à l’orniérage et à la fissuration thermique que les mélanges Superpave dans les régions à climat chaud. Le Rapport NCHRP 573 a fourni des données de validation sur le terrain exhaustives démontrant que les mélanges Superpave fonctionnent généralement bien dans des conditions réelles de trafic et d’environnement.
Cependant, il y a eu des préoccupations selon lesquelles le système Superpave produit des mélanges « trop secs » — c’est-à-dire avec une teneur en liant bitumineux inférieure à celle souhaitable pour la durabilité à long terme. Le Groupe de Travail d’Experts (ETG) de la FHWA a reconnu qu’il existe des cas où les exigences Superpave peuvent être excessives, produisant des mélanges difficiles à construire et potentiellement moins durables. La solution, telle que recommandée dans la Note Technique FHWA (FHWA-HIF-11-031), n’est pas simplement de réduire les niveaux de gyration mais d’évaluer soigneusement l’impact de tout changement sur la performance du mélange en utilisant des essais de performance tels que l’Essai de Suivi de Roue Hamburg ou l’Analyseur de Chaussée Asphaltique (APA) .
L’application de la technologie Superpave aux chaussées aéroportuaires suit les normes établies par la Federal Aviation Administration (FAA) , qui intègre les principes Superpave dans le cadre de sa spécification Article P-401 pour les Chaussées Bitumineuses en Usine (AC 150/5370-10H). Les chaussées aéroportuaires présentent des défis uniques par rapport aux chaussées routières en raison des charges plus élevées, des pressions de pneus plus élevées et de la nature critique pour la sécurité des opérations aériennes.
La spécification FAA P-401 reconnaît trois types de granularité pour les mélanges aéroportuaires :
| Granularité | DNMG | Épaisseur Minimale de Couche | Application Principale |
|---|---|---|---|
| Granularité 1 | 19,0 mm | 3 pouces (75 mm) | Pistes et voies de circulation à forte charge |
| Granularité 2 | 12,5 mm | 2 pouces (50 mm) | Chaussées à charge moyenne |
| Granularité 3 | 9,5 mm | 1,5 pouces (38 mm) | Couches de nivellement, zones à faible charge |
La spécification P-401 intègre des exigences Superpave spécifiques à la FAA, notamment :
Niveaux de Compactage Gyratoire — Les mélanges Superpave pour aéroports utilisent généralement des niveaux de gyration plus faibles que les applications routières en raison des caractéristiques de charge différentes des aéronefs. Pour l’aviation générale et les chaussées pour aéronefs plus légers, 50 gyrations sont couramment utilisées. Pour les aérodromes de service commercial accueillant des aéronefs lourds, 75 gyrations peuvent être spécifiées. La FAA a financé des recherches au NCAT (National Center for Asphalt Technology) pour valider les niveaux de gyration appropriés pour les applications aéroportuaires, reconnaissant que la relation entre les niveaux de gyration en laboratoire et la densification sur le terrain diffère pour les chaussées aéroportuaires.
Sélection du Liant PG avec Rehaussement de Classe — La FAA spécifie la sélection du liant PG en fonction du climat avec un rehaussement de classe supplémentaire pour tenir compte des pressions de pneus plus élevées des aéronefs. Les directives prévoient que la classe de base est déterminée uniquement à partir du climat, sans rehaussement pour le trafic. Lors du rehaussement d’une classe, des essais PG Plus sont requis si la limite supérieure de température est de 92 °C ou plus (indiquant un liant modifié). La base de données des spécifications de liants de l’Asphalt Institute est utilisée comme référence. Les classes de liant courantes pour aéroports comprennent PG 64-22, PG 70-22, PG 76-22 et PG 76-28 selon le climat et les exigences opérationnelles.
Exigences d’Essais de Performance — La spécification P-401 inclut désormais une exigence d’essai à roue chargée pour l’évaluation de la conception du mélange. La méthode par défaut utilise l’Analyseur de Chaussée Asphaltique (APA) avec une pression de tuyau de 250 psi à 64 °C selon AASHTO T 340, avec une profondeur d’ornière maximale de 10 mm à 4 000 passages. Les méthodes alternatives incluent l’essai APA à 100 psi et 64 °C (max 5 mm à 8 000 passages) ou l’Essai de Suivi de Roue Hamburg selon AASHTO T 324 (max 10 mm à 20 000 passages). Ces exigences d’essais de performance garantissent que les mélanges aéroportuaires sont évalués pour la résistance à l’orniérage dans des conditions simulées de charge d’aéronefs.
Contrôle Qualité et Réception — La spécification P-401 met un accent significatif sur le contrôle qualité, faisant du programme CQ de l’entrepreneur un poste de paiement séparé. La spécification exige un atelier CQ/AQ avant le début de la construction, impliquant l’ingénieur, le représentant résident du projet, l’entrepreneur, les sous-traitants, les laboratoires d’essais et le représentant du propriétaire. La réception est basée sur la méthodologie du Pourcentage dans les Limites (PWL) , avec des postes de paiement pour la densité des joints longitudinaux et transversaux.
Mesure du Compactage — La FAA spécifie désormais le compactage comme un pourcentage de la Densité Maximale Théorique (DMT) , conformément à la pratique routière, plutôt que la méthode précédente de pourcentage de la densité apparente en laboratoire. La plage de densité cible est typiquement de 92 à 98 % de Gmm, correspondant à 2-8 % de vides d’air sur le terrain.
L’OACI (Organisation de l’Aviation Civile Internationale) référence les normes FAA et ASTM pour les matériaux de chaussées aéroportuaires à travers son Annexe 14 — Aérodromes et son Manuel de Conception d’Aérodromes (Doc 9157, Partie 3) . Bien que l’OACI ne rédige pas ses propres spécifications détaillées de matériaux, elle exige que les chaussées aéroportuaires soient construites et entretenues selon des normes garantissant la sécurité des opérations aériennes, ce qui impose effectivement l’utilisation de méthodes de conception de mélanges basées sur la performance telles que Superpave pour les chaussées aérodromiques critiques.
Le contrôle qualité (CQ) et l’assurance qualité (AQ) pour les mélanges Superpave suivent des procédures de contrôle qualité statistiques établies qui sont essentielles pour garantir que le mélange produit répond aux exigences de conception et fonctionnera comme prévu sur le terrain.
Le cadre de réception standard pour la production Superpave utilise la méthodologie du Pourcentage dans les Limites (PWL) selon AASHTO R 9 (Plans d’Échantillonnage de Réception pour la Construction Routière) et AASHTO R 42 (Pratique Standard pour l’Élaboration d’un Plan d’Assurance Qualité pour les Enrobés Bitumineux à Chaud). Le PWL estime le pourcentage du lot de production qui se situe dans les limites de spécification sur la base de l’analyse statistique des résultats d’essais provenant d’échantillons aléatoires.
Les paramètres CQ/AQ clés pour la production Superpave comprennent :
| Paramètre | Spécification Typique | Méthode d’Essai |
|---|---|---|
| Teneur en liant bitumineux | ±0,3-0,5 % de la FMP | AASHTO T 308 (four à ignition) ou AASHTO T 164 (extraction) |
| Granularité (% passant chaque tamis) | ±4-8 % de la FMP | AASHTO T 30 / AASHTO T 27 |
| Vides d’air à Ndesign | 4,0 % ± 1,0 % | AASHTO T 166, T 209, T 312 |
| VMA | ≥ minimum spécifié | Calculé à partir des données volumétriques |
| VFA | Dans la plage spécifiée | Calculé à partir des données volumétriques |
| Densité du matelas | 92-98 % de Gmm | AASHTO T 166 (carottes) ou jauge nucléaire |
Niveau de Qualité Acceptable (AQL) — La plupart des agences spécifient un PWL minimum de 90 % pour les paramètres clés tels que la densité et les vides d’air. Cela signifie qu’au moins 90 % de la production doit se situer dans les limites de spécification pour que le lot soit accepté à 100 % du paiement. Des valeurs PWL plus faibles entraînent des facteurs de paiement réduits (réductions de prix), tandis que des valeurs PWL plus élevées peuvent donner droit à des primes d’incitation.
Essais de Vérification — L’agence effectue généralement des essais de vérification indépendants sur des échantillons obtenus séparément des échantillons CQ de l’entrepreneur. Une comparaison statistique utilisant des tests F (pour la variance) et des tests t (pour les moyennes) détermine si les résultats d’essai de l’entrepreneur peuvent être utilisés pour la réception. Si le test F ou le test t indique une différence significative entre les résultats de l’entrepreneur et ceux de l’agence, des essais de résolution ou des essais en laboratoire indépendant peuvent être nécessaires.
Structure des Lots de Production — La production Superpave est généralement divisée en lots de 500 à 1 000 tonnes (selon la spécification de l’agence), chaque lot étant subdivisé en 4 à 5 sous-lots. Un échantillon aléatoire est prélevé dans chaque sous-lot, fournissant 4 à 5 échantillons par lot pour l’analyse statistique.
Contrôle des Procédés — L’entrepreneur maintient le contrôle des procédés par une surveillance continue des paramètres de production de l’usine, notamment les débits d’alimentation en granulats, les températures du brûleur, le retour des fines du dépoussiéreur, la température du mélange et les conditions du silo de stockage. Les jauges nucléaires de teneur en asphalte sont couramment utilisées pour la surveillance en temps réel de la teneur en liant, tandis que des essais périodiques en laboratoire fournissent une vérification.
Bien que la conception de mélanges Superpave de Niveau 1 repose sur des critères volumétriques comme indicateurs de performance substitutifs, les essais de performance fournissent une mesure directe de la résistance du mélange à des mécanismes de détérioration spécifiques. Le développement d’essais de performance pratiques pour une utilisation courante a fait l’objet de recherches approfondies dans le cadre des Projets NCHRP 9-19, 9-29 et 9-33.
L’Analyseur de Chaussée Asphaltique (APA) selon AASHTO T 340 est un essai d’orniérage à roue chargée qui évalue la résistance à l’orniérage d’échantillons asphaltiques compactés. L’APA utilise un tuyau en caoutchouc pressurisé (généralement 100-250 psi) qui appuie contre un échantillon rectangulaire tandis qu’une roue passe d’avant en arrière. La profondeur d’ornière est mesurée après un nombre spécifié de passages (généralement 4 000-8 000). L’APA est largement utilisé par les agences d’État et est l’essai de performance spécifié dans la norme FAA P-401 pour les mélanges aéroportuaires.
L’Essai de Suivi de Roue Hamburg selon AASHTO T 324 évalue à la fois la résistance à l’orniérage et la susceptibilité à l’humidité. Des roues en acier (47 mm de large) roulent sur des échantillons compactés immergés dans un bain d’eau chaude à 50 °C. L’essai suit la profondeur d’ornière en fonction des passages de roue jusqu’à 20 000 passages. L’essai Hamburg fournit deux paramètres clés : la pente de fluage (orniérage en conditions sèches) et le point d’inflexion de désenrobage (nombre de passages auquel les dommages par l’humidité commencent à accélérer l’orniérage). Un minimum de 10 000 à 20 000 passages avant le point d’inflexion de désenrobage est généralement requis.
L’Essai de Performance des Mélanges Asphaltiques (AMPT) selon AASHTO TP 79 (Essai de Module Dynamique) et AASHTO TP 107 (Essai d’Indice de Fluage) fournit une caractérisation complète de la performance. L’essai de Module Dynamique (E)* mesure la rigidité du mélange sur une plage de températures (4 °C à 54 °C) et de fréquences de charge (0,1 à 25 Hz), produisant une courbe maîtresse qui caractérise le comportement viscoélastique du mélange. L’essai d’Indice de Fluage (Fn) applique une charge axiale haversine répétée à un échantillon non confiné et mesure la déformation permanente accumulée en fonction des cycles de charge. L’Indice de Fluage au point de fluage tertiaire est une mesure de la résistance à l’orniérage.
L’Essai de Traction Indirecte (IDT) selon AASHTO T 322 est utilisé pour déterminer le fluage et la résistance à la traction des mélanges asphaltiques à basse température pour l’évaluation de la fissuration thermique. L’essai IDT charge un échantillon cylindrique sur son diamètre, créant une contrainte de traction relativement uniforme dans le plan vertical. Le paramètre de complaisance de fluage (D(t)) est utilisé dans le Modèle de Fissuration Thermique du MEPDG pour prédire la performance de fissuration à basse température.
L’essai de susceptibilité à l’humidité selon AASHTO T 283 (Essai Lottman Modifié) est le seul essai de performance requis dans la conception de mélanges Superpave de Niveau 1. Six échantillons sont préparés et divisés en deux sous-ensembles : un sous-ensemble est testé à sec, et l’autre est soumis à une saturation partielle sous vide suivie d’un cycle de gel-dégel et d’un conditionnement en eau chaude. Les deux sous-ensembles sont testés pour la résistance à la traction indirecte. Le Rapport de Résistance à la Traction (TSR) est calculé comme le rapport entre la résistance à la traction conditionnée et non conditionnée, exprimé en pourcentage. Un TSR minimum de 80 % est généralement requis.
L’intégration des essais de performance dans la conception de mélanges Superpave de routine et le CQ de production représente l’évolution continue du système vers la vision originale d’une spécification entièrement basée sur la performance. L’approche de Conception de Mélange Équilibrée (BMD) , actuellement en cours de développement et de mise en œuvre par plusieurs agences routières d’État, vise à mesurer et équilibrer directement la résistance à l’orniérage, la résistance à la fissuration et la susceptibilité à l’humidité dans le processus de conception du mélange, allant au-delà de la dépendance actuelle aux seuls critères volumétriques.
Notre équipe fournit des évaluations professionnelles de l'état des chaussées, incluant la vérification de la conception de mélanges Superpave, le conseil en sélection de liants PG et l'inspection du contrôle qualité pour les projets asphaltiques aéroportuaires et autoroutiers.
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