Optimisation de la composition et caractérisation d'un béton incorporant des granulats issus du broyage de pneus usagés. : application aux éléments de grande surface.

Optimization and characterization of a concrete incorporating rubber aggregates obtained by grinding end-of-life tyres : application to large surface areas

• Auteur / Autrice : Anh cuong Ho
• Direction : Anaclet Turatsinze
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie civil
• Date : Soutenance le 20/07/2010
• Etablissement(s) : Toulouse, INSA en cotutelle avec Institute of Transport Science and Technology (Hanoï, Viet Nam)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mécanique, énergétique, génie civil et procédés (Toulouse)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de Matériaux et Durabilité des Constructions
• Jury : Président / Présidente : Gilles Escadeillas
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Anaclet Turatsinze, Ngoc Anh Vu
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Albert Noumowe, Michele T'kint

Mots clés

Mots clés contrôlés

Caoutchouc

Composites de ciment

Pneus -- Recyclage

Granulats

Chaussées -- Dégradations

Routes en béton

Mots clés libres

Valorisation

Protection de l’environnement

Granulats en caoutchouc

Fissuration

Capacité de déformation

Fragilité

Endommagement

Émission acoustique

Indice de qualité élastique

Chaussées

Recycling

Clean environment

Rubber aggregates

Cracking

Strain capacity

Brittleness

Damage

Acoustic emission

Elastic quality index

Pavement

Résumé

Les matériaux de construction par excellence que sont les matériaux à base cimentaire offrent une faible résistance à la traction ainsi qu’une faible capacité de déformation. Ils sont fragiles et particulièrement sensible à la fissuration, notamment la fissuration due au retrait dans le cas d’éléments à grande surface. Des joints de retrait judicieusement espacés permettent de localiser la fissuration et d’éviter le désordre apparent. Malheureusement, ils constituent aussi le point de départ de futurs désordres (pénétration d’agents agressifs, tuilage, etc.). Cette thèse est une contribution au développement d’un nouveau composite cimentaire présentant une capacité de déformation améliorée. Dans cet objectif, des granulats en caoutchouc (G.C.) issus du broyage de pneus usagés ont été utilisés en remplacement partiel du sable. Les résultats obtenus montrent que la présence de ces granulats est préjudiciable vis-à-vis de la rhéologie du matériau à l’état frais mais que l’utilisation d’un superplastifiant et d’un agent de viscosité permet de réaliser les corrections nécessaires. A l’état durci, une chute de la résistance mécanique et du module d’élasticité est observée, en contrepartie la capacité de déformation au stade de la localisation de la macrofissuration est significativement augmentée. Des essais dédiés permettent de démontrer que cette incorporation de G.C. permet de réduire la sensibilité à la fissuration de retrait avec un intérêt évident pour les applications à grande surface comme les chaussées et dallages sur terre-plein. L’influence de la présence de ces G.C. sur la cinétique de la fissuration a été analysée et confirmée par le biais d’une variable d’endommagement et par l’activité (émission) acoustique accompagnant le processus de fissuration.Le potentiel du composite dans les applications à grande surface comme les chaussées en béton a aussi été abordé par le biais de l’indice de qualité élastique qui a confirmé les promesses attendues. Compte tenu du rôle joué par le module d’élasticité du composite sur ces nouvelles propriétés et les applications potentielles, les outils prédictifs de ce module en fonction du dosage en G.C. présentent un intérêt pratique évident. Dans ce sens, cette thèse a permis de tester la pertinence de quelques modèles analytiques. Dans ce cadre, la borne inférieure de Hashin-Shtrikman qui reste perfectible s’est avérée la mieux indiquée.A côté de l’intérêt en termes d’application matériau Génie Civil, l’incorporation de G.C. constitue une voie de valorisation de pneus usagés non réutilisables et une contribution à la protection de l’environnement

Cement-based materials exhibit low tensile strength and poor strain capacity. They are brittle and are very sensitive to cracking particularly to shrinkage cracking in large area applications. Sawn joints allow shrinkage cracking to be localised a way to avoid unsightly cracking. Unfortunately they are also the starting point of future distress (ingress of aggressive agent, curling, etc.).This work is a contribution to the design of a cement-based material exhibiting an enhanced strain capacity. For a such objective rubber aggregates (RAs) obtained from grinding end of life tyres partly replacing natural sand have been used.Results showed that RAs are detrimental to the properties of the fresh materials (workability and segregation). However the use of optimized content of a superplasticiser and of a viscosity agent allows the required behaviour to be achieved.With regard to harden state, RAs reduce the strength and the modulus of elasticity of the composite but the strain capacity corresponding to the macrocracking formation is significantly improved. Specific tests showed that RAs reduced the propensity of the material for shrinkage cracking, offering an interest for large surface area such as pavements.Analysis by a scalar damage variable and by acoustic emission is in a good agreement with expected effect of RAs on the cracking kinetics and on the mechanical behaviour of the composite.The interest of the rubberized concrete in large area application such as concrete pavements has been studied and confirmed through the Elastic Quality Index. Given the major role of the modulus of elasticity of the composite on the new properties and expected applications, tools aimed to predict this modulus of elasticity as a function of RAs content are of practical benefit. With this purpose, the work allowed the relevance of some analytical models to be tested. In this context, the lower Hashin-Shtrikman bound which remains perfectible proved to be the most appropriate.Finally, apart from application of civil engineering material, the use of RAs from grinding end of life tyres is a solution of recovery of an industrial by-product and a contribution to a clean environment