Granulats

Les  » granulats  » sont un terme collectif désignant les matériaux minéraux tels que le sable, le gravier et la pierre concassée qui sont utilisés avec un agent liant (tel que l’eau, le bitume, le ciment portland, la chaux, etc.) pour former des matériaux composés (tels que le béton bitumineux et le béton de ciment portland). En volume, les granulats représentent généralement 92 à 96 % du béton bitumineux et environ 70 à 80 % du béton de ciment portland. Les granulats sont également utilisés pour les couches de base et de fondation des chaussées souples et rigides.

Les granulats peuvent être naturels ou fabriqués. Les granulats naturels sont généralement extraits de formations rocheuses plus importantes par une excavation ouverte (carrière). La roche extraite est généralement réduite à des tailles utilisables par un concassage mécanique. Les granulats manufacturés sont souvent le sous-produit d’autres industries manufacturières.

Cette section abordera brièvement les sources de granulats et les opérations d’extraction en carrière puis décrira les propriétés minérales, chimiques et physiques de base des granulats les plus importantes pour les chaussées et les tests typiques utilisés pour déterminer ces propriétés. La source suivante contient des informations plus détaillées sur les granulats:

Sources de granulats

Les granulats peuvent provenir de sources naturelles ou manufacturées. Les granulats naturels proviennent de roches, dont il existe trois grandes classifications géologiques (Roberts, et al., 1996):

Roche ignée Ces roches sont principalement cristallines et sont formées par le refroidissement de matériaux rocheux en fusion sous la croûte terrestre (magma). Roches sédimentaires Ces roches sont formées à partir de matériaux insolubles déposés (par exemple, les restes de roches existantes déposés au fond d’un océan ou d’un lac). Ce matériau est transformé en roche par la chaleur et la pression. Les roches sédimentaires se présentent sous forme de couches et sont classées en fonction de leur minéral prédominant : calcaire (calcaire, craie, etc.), siliceux (chert, grès, etc.) ou argileux (schiste, etc.). Roche métamorphique Ce sont des roches ignées ou sédimentaires qui ont été soumises à une chaleur et/ou à une pression suffisamment importantes pour modifier leur structure minérale de façon à être différentes de la roche d’origine.

Les roches manufacturées sont généralement constituées de sous-produits industriels tels que les scories (sous-produit du traitement métallurgique – généralement produit lors du traitement de l’acier, de l’étain et du cuivre) ou de roches spécialisées qui sont produites pour avoir une caractéristique physique particulière que l’on ne trouve pas dans les roches naturelles (comme la faible densité des agrégats légers).

Production d’agrégats

Les agrégats sont produits dans une carrière ou une mine (figure 1) dont la fonction de base est de transformer la roche in situ en agrégats aux caractéristiques spécifiées. Habituellement, la roche est extraite à l’explosif ou creusée à partir des parois de la carrière puis réduite en taille à l’aide d’une série de tamis et de concasseurs. Certaines carrières sont également capables de laver le granulat fini.

Propriétés minérales

La composition minérale d’un granulat détermine en grande partie ses caractéristiques physiques et son comportement en tant que matériau de chaussée. Par conséquent, lors du choix d’une source de granulats, la connaissance des propriétés minérales de la roche de la carrière peut fournir un excellent indice quant à l’adéquation du granulat obtenu. Cordon (1979) fournit quelques directives générales pour les granulats utilisés dans les HMA.

Tableau 1. Propriétés souhaitables des roches pour les HMA
(d’après Cordon, 1979 tel que référencé dans Roberts et al, 1996)

En général, les relations entre les propriétés minérales et physiques sont assez complexes, ce qui rend difficile de prédire avec précision comment une source de granulats particulière se comportera sur la base des seules propriétés minérales.

Propriétés chimiques

Bien qu’elles soient relativement peu importantes pour les agrégats en vrac, les propriétés chimiques des agrégats sont importantes dans un matériau de chaussée. Dans le HMA, la chimie de surface des agrégats peut déterminer la façon dont un liant de ciment bitumineux va adhérer à la surface d’un agrégat. Une mauvaise adhérence, communément appelée  » stripping « , peut entraîner une défaillance structurelle prématurée. Dans le cas du PCC, les agrégats contenant des formes réactives de silice peuvent réagir de manière expansive avec les alcalis contenus dans la pâte de ciment. Cette expansion peut provoquer des fissures, des éclatements de surface et des épaufrures. Il est à noter que certaines propriétés chimiques des granulats peuvent changer avec le temps, surtout après le concassage des granulats. Un agrégat nouvellement concassé peut présenter une affinité différente pour l’eau que le même agrégat qui a été concassé et laissé dans un tas de stockage pendant un an.

Voici les propriétés chimiques typiques qui sont mesurées pour les agrégats :

• Décapage
• Réaction alcali-agrégat

Propriétés physiques

Les propriétés physiques des agrégats sont les plus facilement apparentes et elles ont également l’effet le plus direct sur la façon dont un agrégat se comporte soit comme constituant d’un matériau de chaussée, soit par lui-même comme matériau de base ou de sous-base. Les propriétés physiques des granulats couramment mesurées sont (Roberts et al, 1996):

• Gradation et taille
• Dureté et résistance à l’abrasion
• Durabilité et solidité
• Forme des particules et texture de surface
• Propreté et matières délétères
• Teneur en humidité

Ce ne sont pas les seules propriétés physiques des granulats mais plutôt les plus couramment mesurées. Les tests utilisés pour quantifier ces propriétés sont largement empiriques. Les propriétés physiques d’un granulat peuvent changer avec le temps. Par exemple, un agrégat nouvellement concassé peut contenir plus de poussière et donc être moins réceptif à la liaison avec un liant bitumineux

L’agrégat comme matériau de base

L’agrégat est souvent utilisé seul comme couche de base ou couche inférieure non liée. Lorsqu’il est utilisé comme tel, l’agrégat est typiquement caractérisé par les propriétés physiques précédentes ainsi que par la rigidité globale de la couche. La rigidité de la couche est caractérisée par les mêmes tests que ceux utilisés pour caractériser la rigidité de la couche de fondation.