Brevet FR2134442A1 — publié le 19721208

i 2134442 La présente invention concerne des matériaux pour revêtement routier superficiel, notamment du genre bitumineux ou en béton. Les revêtements routiers superficiels en-béton 5 et bitumineux sont formés d'un agrégat et d'une composition de liant qui est, pour du béton, à base de ciment Portland et, pour un revêtement bitumineux, du bitume, du goudron ou de l'asphalte de lac, isolément ou parfois en combinaisôn,. L'agrégat est formé de petits fragments de pierre de grosseurs diverses 10 allant jusqu'à 38 mm environ. Lorsqu'un pneumatique roule sur la surface d'une route, il apparaît entre celle-ci et le pneumatique une interaction permettant des effets de freinage, d'accélération et de direction. Par temps humide, l'eau agit à la manière d'un 15 lubrifiant et le pneumatique doit pénétrer à travers la pellicule d'eau superficielle pour bien tenir la route. L'adhérence obtenue dans un cas particulier dépend de l'efficacité avec laquelle la surface de la route et le pneumatique coopèrent pour éliminer l'eau de la zone de contact du pneumatique et 20 assurer un minimum de contact entre la surface de la route et le caoutchouc formant le pneumatique. Le revêtement routier prend .dans cette interaction, une part qui dépend de deux de ses caractéristiques : sa. macro-texture, c'est-à-dire sa texture considérée sous l'angle 25 de l'agencement spatial des morceaux d'agrégat et du liant, et sa micro-texture ou texture superficielle des morceaux d'agrégat individuels. Une macro-texture ajourée est souhaitable pour que l'eau puisse s'écouler ou être refoulée d'une zone particulière à travers le matériau à texture ajourée. Une micro-^O structure assez rugueuse pour assurer une bonne adhérence du pneumatique en contact avec elle est aussi souhaitable. La présente invention concerne des matériaux de revêtement routier superficiel dans lesquels ces caractéristiques soient améliorées. L'invention a pour objet un matériau de revêtement 35 routier superficiel dans lequel l'agrégat est mixte et formé d'au moins deux agrégats ayant des vitesses d'usure différentes, telles que déterminées par la norme britannique B.S. N° 812/1967 relative aux essais des agrégats, et qui présentent tous deux une micro-texture superficielle à relief compris dans 1a. gamme 40 de hauteurs d'aspérités allant d'une profondeur de texture 72 14435 2 2134442 minimale de 5 V- à une profondeur maximale de 500 H-. Ce matériau de revêtement peut présenter initialement une macro-texture ajourée et tend ensuite à conserver cette texture du fait qu'il comporte des agrégats à vitesses d'usure différentes. Il 5 en résulte qu'après enlèvement, sous l'effet de la circulation de l'agrégat à usure rapide, l'agrégat à usure lente demeure en relief sur la surface. Il n'est pas actuellement possible de donner une représentation mathématique tridimensionnelle de la 10 micro-texture, mais la figure 1 est une photographie (grossie 2100 fois) d'un agrégat A à micro-texture appropriée. Une micro-texture à relief superficiel idéal serait celle comportant des cônes ayant un demi-angle au sommet de jJO à 75° et une hauteur de 5 à 500 H, étroitement groupés sans interruption. 15 Le matériau de revêtement superficiel suivant l'invention assure une bonne adhérence à l'état humide tout en n'imprimant qu'un minimum d'abrasion au caoutchouc du pneumatique. La vitesse d'usure de la bande de roulement est fonction de l'importance des forces de cisaillement 20 engendrées entre le pneumatique entre la surface de la route et qui sont maximales en virage et pendant le freinage et 1'accélération. A mesure que le micro-relief de l'agrégat s'accuse, à partir de l'état lisse jusqu'à présenter des aspérités de 25 5 à 500 H de haut, la résistance au glissement à l'état mouillé d'une surface de route formée de l'agrégat augmente. Par rapport à une surface à agrégat lisse, la vitesse d'usure d'un pneumatique donné effectuant une manoeuvre donnée augmente aussi avec l'importance du relief, la vitesse d'usure du 30 pneumatique étant fonction de la grandeur des forces de cisaillement engendrées entre le pneumatique et l'agrégat. Des agrégats à micro-relief supérieur à la gamme prescrite suivant l'invention peuvent assurer une grande résistance au glissement à l'état mouillé, sur routes ou pistes, 35 mais tendent aussi à provoquer l'abrasion excessive des bandes de roulement, qui peut par exemple être dix fois plus grande qu'avec un micro-relief faible. Parmi les agrégats à micro-relief compris dans la gamme souhaitable figurent le grès de Haughmond (Précambrien 40 du Shropshire) et certains autres grès précambriens et paléo- 72 14435 3 2134442 zolques, notamment certains types de grès de Millstone. Le polissage normalement subi par l'agrégat du fait de la circulation tend à réduire le micro-relief des particules d'agrégat et, ainsi, l'adhérence à l'état humide. 5 Ainsi, dans le mélange précité d'agrégats à vitesses d'usure différentes, il est nécessaire pour la plupart des applications que l'agrégat à usure lente résiste fortement au polissage et il y a avantage à ce que l'agrégat à usure rapide présente aussi cette caractéristique. En disant 10 d'un agrégat qu'il résiste fortement au polissage, on entend qu'il conserve un micro-relief superficiel compris dans la gamme désirée sous l'effet de la, circulation, de préférence pendant la vie entière de la surface routière. On peut obtenir ce résultat avec un agrégat friable, par exemple avec du grès 15 pour lequel la perte de particules de quartz détachée à l'usure de la gangue de liaison se traduit par l'exposition répétée de surfaces fraîches non polies, le micro-relief demeurant ainsi sensiblement inchangé. En variante, l'agrégat peut être un matériau dur à vitesse d'usure superficielle négligeable, de 20 tels matériaux ne convenant que pour former l'agrégat à usure lente du matériau de revêtement routier superficiel suivant 1* invention. Lorsqu'on utilise le mélange d'agrégats, en vue de préserver la macro-structure ajourée présentant les canaux 25 ou lacunes nécessaires au drainage à l'aplomb du pneumatique, on peut mélanger de manière appropriée des agrégats tels que celui à usure rapide constitue la fraction granulométrique moyenne de l'agrégat mixte. La grosseur maximale des fragments d'agrégat 30 présents dans une couche d'usure ne dépasse pas en général 38 mm. La fraction granulométrique moyenne comporte donc des grains de grosseur comprise entre 13 mm et 2,4 mm. Pour déterminer la différence des vitesses d'usure, on peut procéder par essai d'usure d'agrégat suivant la norme britannique B.S. N° 812 35 ou par essai d'abrasion "Los Angeles" ASTM N° C.131, donnant des résultats qu'on peut mettre en corrélation avec ceux de l'essai suivant la norme britannique. Dans le présent mémoire, des grains traversant un tamis à mailles de J6 F sont les plus fins auxque3s on applique le nom d'agrégat. De préférence, la 40 vitesse d'usure de l'agrégat à usure rapide est au moins 1,3 fois 72 14435 4 2134442 supérieure à celle de l'autre agrégat. On va maintenant exposer plus en détail divers aspects de l'invention, à l'aide d'un exemple non limitatif. EXEMPLE 5 Le tableau 1 donne la répartition granulométrique continue d'un agrégat mixte suivant l'invention. TABLEAU 1 Tamis à % en poids % en poids intervalle Tvoe d'asrécat mailles de mis en intervalle iype a agrégat 10 de traversée oeuvre granulometnque retenu 19 mm 100 4 19 à 13 mm A 13 mm 96 6 13 à 9,5 mm A 9*5 mm 90 11,2 9,5 à 6,35 mm A 6,35 mm 78,8 21,4 6,35 à 4,76 mm B 15 4,76 mm 57,4 21 4,76 à 2,41 mm B 2,41 mm 36,4 28 2,41 à 0,076 mm A 0,076mm 8,4 8,4 en deçà de 0,76mm A Dans ce mélange, l'agrégat A est un agrégat à usure lente (indice d'abrasion d'agrégat de 2,7) et l'agrégat B 20 un agrégat à usure rapide (indice d'abrasion d'agrégat de 5,0). On voit que l'agrégat B constitue 42,4 % du mélange total, qui comporte 21,2 % de fragments d'agrégat A plus gros que les fragments d'agrégat B et 36,4 % de fragments d'agrégat A plus petits que les fragments d'agrégat B. 25 Les constituants A et B du mélange peuvent être tous deux, par exemple, des grès provenant de la même carrière, mais de veines différentes, et ayant tous deux la micro-texture désirée, mais le premier résistant mieux à l'usure que le second. On peut faire varier les proportions du mélange 30 selon que l'emplacement exige une bonne résistance au glissement à grande vitesse ou à vitesse faible et selon le profil en long et le profil en travers de la route. En des points où la vitesse est faible et le drainage des eaux satisfaisant parce que la déclivité est accusée, la contribution apportée au 35 drainage par une texture ajourée n'a pas à être importante, de sorte qu'il suffit d'un pourcentage faible de l'agrégat à usure rapide. Aux emplacements où la vitesse est grande et le drainage médiocre, il faut une plus grande proportion d'agrégat à usure rapide pour favoriser l'apparition de la macro-texture souhaitable 72 14435 2134442 et, ainsi, un bon drainage à l'interface entre le pneumatique et la route. Dans ce dernier cas, la présence de la surface à macro-texture ajourée limite aussi considérablement les "écla-boussures" résultant de la projection d'eau par les pneuma-5 tiques du véhicule. On notera que, bien que le mélange à répartition granulométrique continue cité plus haut à titre d'exemple soit préférable, on peut aussi adopter, pour le mélange des agrégats à vitesses d'usure différentes suivant l'invention, 10 toute proportion ou toute répartition granulométrique désirée. Dans les matériaux de revêtement routier superficiel suivant l'invention, on peut prévoir toute proportion de liants et ciments de toute nature servant au revêtement routier superficiel. 15 Le mélange d'agrégats spécifié dans le tableau 1 de l'exemple ci-dessus se révèle engendrer au roulement moins de bruit qu'une surface normalisée suivant la norme britannique B.S. N° 594, ce qui augmente le confort des usagers. Le tableau 2 expose en détail les résultats d'une comparaison 20 entre les deux surfaces. TABLEAU 2 Vibrations génératrices 25 de bruit Verticales sur le support de siège 30 à 20 km/h à 50 km/h Longitudinales sur le support de siège à 20 km/h à 50 km/h 35 Au centre de l'habitacle à 20 km/h à 50 km/h Verticales sur la masse non suspendue (mesure faite immédiatement en arrière 40 de la fusée d'essieu avant) à 20 km/h à 50 km/h Longitudinales sur la masse non suspendue à 20 km/h à 50 km/h Comportement de la surface obtenue comme décrit ci-dessus comparé à celui de la surface suivant la norme BS 594 (asphalte cylindré à chaud) amélioration ii pas de changement !t nette amélioration pas de changement nette amélioration tt nette amélioration !! 72 14435 « 2134442 La voiture sur laquelle on a opéré ces mesures est une Fiat 124 Spécial T à pneumatiques à carcasse radiale p en textile, de 155 x 13, gonflés à 1,7 kg/cm . Les agrégats A et B sont tous deux du grès. 5 En conclusion générale, il ressort des essais que le matériau de revêtement superficiel suivant l'invention provoque, dans le véhicule, moins de vibrations et de bruit que la surface normalisée, notamment aux vitesses faibles. On a aussi effectué des essais pour comparer 10 l'usure par frottement provoquée par les surfaces suivant l'invention à celle provoquée par d'autres revêtements routiers. Les surfaces comparées sont : a) une surface réalisée à partir de particules de bauxite calcinée, d'un diamètre nominal de 3*2 mm, noyées par enfoncement dans une 15 matrice en résine, b) une surface d'asphalte formée de l'agrégat mixte indiqué dans le tableau 1 ci-dessus, dans lequel A et B sont des grès, la teneur en liant étant d'environ 4,7 % et c) une surface réalisée "Bridport Pebble" ou cailloux de Bridport, les cailloux d'un diamètre nominal de 9,5 mm étant 20 noyés par enfoncement dans une matrice en ciment-mortier. La bauxite calcinée présente un micro-relief dépassant tout juste le maximum de 500 F prescrit plus haut, la surface en asphalte un micro-relief situé au milieu de la gamme de 5 à 500 H et le "Bridport Pebble" un micro-relief 25 inférieur à 5 V1 • La figure 2 est un diagramme indiquant le frottement maximal à l'état humide et le frottement sur roues bloquées obtenu sur ces surfaces avec un pneumatique à carcasse radiale textile. 30 Les courbes CB 1 et CB 2 sont celles obtenues avec la bauxite calcinée. Les courbes AS 1 et AS 2 indiquent les résultats obtenus avec l'asphalte qui, bien que non égaux à ceux assurés par la bauxite calcinée, sont du même ordre. 35 Les courbes BP 1 et BP 2 montrent que le "Bridport Pebble" n'est pas satisfaisant et assure beaucoup moins d'adhérence que les autres surfaces. La figure 3 est un diagramme indiquant les pertes de caoutchouc subies par abrasion par un pneumatique ordinaire 40 à carcasse croisée sur les trois revêtements, pour divers angles 72 14435 7 2134442 de glissement du pneumatique, les mesures étant faites sur une machine d'essai à tambour intérieur à vitesse variable. La courbe CB 3 est celle obtenue avec la bauxite calcinée, la courbe AS 3 celle obtenue avec l'asphalte suivant l'invention 5 et la courbe BP 3 correspond au "Bridport Pebble". Ces courbes montrent qu'à cet égard, l'asphalte suivant l'invention provoque nettement moins d'usure que la bauxite calcinée, mais un peu plus que le "Bridport Pebble". Bien qu'on se soit référé dans le présent mémoire 10 au revêtement de routes, les matériaux décrits pourront aussi servir au revêtement superficiel de pistes d'aérodromes et à des fins analogues. 72 14435 s 2134442 REVENDICATIONS 1„- Matériau de revêtement routier s-upe-rfieie-l. comprenant une composition de liant et un agrégat mixte, caractérisé en ce que l'agrégat mixte est un mélange d'au 5 moins deux agrégats ayant des vitesses d'usure différentes, telles que déterminées par l'essai d'agrégat suivant la norme britannique B.S. 812/1967 relative à l'essai des agrégats, et présentant tous deux une micro-texture à relief compris dans la gamme de hauteurs d'aspérités allant d'une profondeur 10 minimale de 5 H à une profondeur maximale de 500 ja . 2.- Matériau selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'agrégat à usure lente présente une forte résistance au polissage. 3.~ Matériau selon la revendication 2, caractérisé 15 en ce que l'agrégat à usure lente est un matériau dur dont la surface ne s'use qu'à un taux négligeable. 4.- Matériau selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'agrégat à usure lente est un agrégat friable dont l'usure a lieu par perte de particules à partir d'une matrice 20 de liaison, ce qui assure en continu l'exposition de surfaces fraîches non polies. 5.- Matériau selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'agrégat à usure rapide présente aussi une forte résistance au polissage. 25 6.- Matériau selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'agrégat à usure rapide est aussi un agrégat friable dont l'usure a lieu par perte de particules à partir d'une matrice de liaison, ce qui assure en continu l'exposition de surfaces fraîches non polies. 30 7.- Matériau selon la revendication 4 ou 6, caractérisé en ce que l'agrégat friable est un grès. 8.- Matériau selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la micro-structure superficielle d'une partie au moins de l'agrégat mixte présente un 35 relief voisin du relief idéal comportant des cônes ayant un demi-angle au sommet compris entre 30° et 75° et une hauteur comprise entre 5 et 500 p., étroitement groupés sans interruption. 9.- Matériau selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que l'agrégat mixte comporte 40 des grains de grosseur croissante ne dépassant pas 38 mm et en 72 14435 9 2134442 ce qu'on mélange ses agrégats constitutifs de façon que celui à usure rapide forme sa fraction granulométrique moyenne. 10.- Matériau selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que l'agrégat à usure rapide 5 s'use au moins 1,3 fois plus vite que l'autre. 11.- Procédé de revêtement superficiel de route ou piste, caractérisé en ce qu'on applique sur ladite route ou piste un matériau de revêtement routier superficiel selon l'une quelconque des revendications 1 à 10. 10 12.- Procédé selon là revendicatioà 11, caracté risé en ce que le matériau de revêtement superficiel présente une macro-texture ajourée pour faciliter le drainage des eaux à partir de la route ou piste.