Brevet FR2146992A1 — publié le 19730309

La présente invention concerne des perfectionnements à la construction des chaussées ou autres surfaces de roulement. Le développement de la circulation routière a entrain une évolution rapide de la technique de construction des chaussées dont le comportement doit être aussi bien adapté que possible aux efforts répétés auxquels elles sont soumises. Pour répondre à ces besoins, il existe de nombreux procédés qui peuvent être dénommés "graves traitées". Parmi ces matériaux utilisés, on distingue couramment ceux qui sont traités au moyen d'un liant hydraulique et ceux qui sont traités au moyen d'un liant hydrocarboné. Les comportements distincts sous circulation et les avantages respectifs de ces matériaux donnent aux constructeurs un assez large choix de solutions, en fonction des données des problèmes qui se posent. Au sujet de ces deux types de traitement, on sait que a) l'utilisation d'un liant hydraulique supprime pratique ment tout déplacement intergranulaire. I1 en résulte que de telles structures présentent peu de tassements différentiels en surface avant leur rupture, qui est inévitable à terme. La portance de ces contructions subit que peu d'influence du fait des variations de la portance du support, mais ces structures ne supportent pas de déformations importantes au passage des charges et ne veut pas non plus s'adapter aux déformations permanentes du support. b) l'utilisation d'un liant hydrocarboné conserve au matériau la possibilité de supporter, sans se désorganiser, des déformations sous charges bien supérieures à celles tolérées par les ma tériaux traités avec un liant hydraulique. Mais la structure présente, en surface, une portance qui varie notablement en fonction de celle du support, si bien que l'épaisseur de matériau doit être choisie en fonction de la portance dudit support. En outre, si le matériau s'adapte bien aux déformations du support, sa surface présente progressivement un certain écart par rapport à sa planéité d'origine. Depuis un certain nombre d'années, des recherches ont été effectuées en vue de mettre au point un matériau exempt des inconvénients mais groupant les qualités des matériaux obtenus à l'aide des traitements connus précités. On est naturellement partit pour le matériau de base, d'un granulat possédant les propriétés de supporter une déformation sous charge du niveau le plus élevé et de s 'adapter aux déformations du support; on a ensuite cherché 8 réas liser un ensemble traité conservant les deux qualités précitée et acquérant par une mise en oeuvre particulière les propriétés de comportement supplémentaires désirées. Déjà, depuis longtemps, dans certaines régions et circonstances, des compléments de structure ont été utilisés soit à la surface, soit à l'intérieur des chemins pour améliorer leur tenue et faciliter la circulation. C'est ainsi, par exemple, que fas- cines, fagots, claies, treillis et plaques perforées ont été uti- lisés avec un succès plus ou moins grand selon les cas. Compte tenu de ces diverses connaissances et des exigences toujours plus grandes imposées par le trafic routier, l'inventeur a été amené à reprendre l'étude complète du comportement des structures destinées à supporter des charges roulantes. D'abord il a examiné la tenue des chaussées modernes en service. I1 a été amené à constater-à cette occasion, que, sur toute chaussée, il se produisait inévitablement des déformations dont la formation progressive commençait généralement par les bords et dont l'ampleur était presque toujours plus grande sur les bords que dans la partie centrale de la chaussée. Dans le cas des structures dont les matériaux sont traités avec un liant hydraulique, le comportement et la destruction de la chaussée sont conformes à la théorie de l'élasticité. Dans le cas des structures entièrement souples dont les ma tériaux ne sont pas traités ou bien sont traités avec un liant hy drocarboné, le comportement et la destruction de la chaussée s' éloignent des résultats fournis par la théorie de llélasticité. En fonction de ces premières constatations sur le comportement des chaussées en service, l'inventeur a été conduit à formuler et retenir comme bases de travail, les hypothèses suivantes pour le cas d'une-structure entièrement souple 1) si le matériau se déforme c'est qu'au cours de certains chargements les conditions sont telles que le cheminement des contraintes dépasse la limite élastique dans certaines zones où il se produit des glissements et des déplacements intergranulaires 2) si ces déformations sont progressives et suffisamment lentes, dans le cas des structures correctement établies, c'est que les contraintes extrêmes dépassent peu la limite élastique, ctest-b-dire que dans les cas les plus défavorables, l'état sous charge est voisin de lquilibre limite correspondant à la limite élastique. Partant de là, l'inventeur a repris lue calcul des contraintes dans un massif semi-défini et entièrement souple, non plus conformément à la théorie de ltélasticité mais en fonction de 1' équilibre limite selon les loies de MOHR-CA & OT-COULOMB (cercles de MOHR et courbe intrinsèque se réduisant à deux demi-droites). L'inventeur a pu démontrer que, dans ces conditions, la répartition des pressions, sous une charge, s'effectue selon une loi qui s'exprime de la manière suivante (voir figure 1) (po + H) où Po est la pression en surface, PZ est la pression à la profondeur z, H est l'abscisse à l'origine de la droite de COULOMB, m est donné par la relation : étant l'angle de pente de la droite de COULOMB (angle de frottement intense) C étant la cohésion qui recoupe l'axe y en un point d'ordonnée C. La relation ci-dessus permet l'interprétation correcte des résultats obtenus sur ce point, au cours de nombreuses expériences, dans le monde entier. L'extension de la formule au cas d'un t'multicouche" ne pose pas de problème particulier : il suffit en effet d'opérer par produit entre les cotes correspondantes. A ce moment et dans ces conditions, la question de la forme des surfaces de glissement se posait : cette question a été abordée en remarquant qu'il y avait très approximativement une relation linéaire entre les enfoncements (déflexions) et la pression ou la charge appliquée sur une surface donnée : l'inventeur a pu montrer que ceci implique que la surface de glissement ait la forme d'un entonnoir : cette forme a d'ailleurs été observée expérimentalement. Et ce résultat montre que tout enfoncement a pour effet de développer des forces tendant à écarter la matière. De nouvelles observations résultant de constatations effectuées sur le comportement des chaussées sous circulation, ont montré qu'à la surface d'une structure où la pression appliquée par les charges sur la chaussée est, comme c'est souvent le cas, supérieure à la résistance élastique en compression simple, les dé for- mations sont réduites dans les zones où il existe une butée suffisante non seulement dans le sens longitudinal, mais encore dans le sens transversal. En conformité avec ce qui a été exposé ci-des sus, il s'établit alors un équilibre limite, évitant la formation dans le temps de déformations gênantes.Une telle situation est obtenue naturellement dans la partie centrale de la chaussée,lorsque support, épaisseur et surlargeur sont suffisants : ledit état est facilité par le fait que les véhicules appliquent deux charges liées rigidement entre elles par l'essieu. Ce résultat n'est cependant pas obtenu dals tous les cas, notamment sur les reins et sur les rives des chaussées dont les caractéristiques sont insuffisantes et où il se produit alors des déformations notables, généralement plus importantes en rive que dans l'axe. La -différen- ce entre la rive et l'axe est d'ailleurs d'autant plus marquée que devers et vitesse sont plus accentués du côté du bord, la charge ntest pas maintenue vers la zone située sous le véhicule, ni dans le petit rayon des courbes à faible vitesse, ni dans le grand rayon des courbes à forte vitesse. L'inventeur a alors eu l'idée, qui est à la base de l'invention, de mettre les structures de chaussées en état de précontrainte horizontale artificielle sur toute la largeur utilisée, de manière à assurer directement une butée transversale suffisante dans toute la- largeur de la route. La présente invention concerne en premier lieu une structure routière souple, constituée d'une assise de graves ou sables caractérisée en ce quess dans l'assise présentant une certaine cohésion, est disposée au moins une armature transversale ne s'al- longeant pas avec le temps, et mise en précontrainte horizontale artificielle en particulier par les cycles de chargement et de déchargement lors du compactage. L'invention concerne également un procédé de construction de chaussée comportant une assise à base soit de grave naturelle ou artificielle, soit de sable, possédant une certaine cohésion et une armature, le procédé étant caractérisé en ce que l'armature s'étend transversalement, en au moins une couche sensiblement parallèle à la surface de la chaussée, sur toute la largeur de la structure et dans des conditions telles que, lors des premiers cycles de chargement et de déchargement, en principe lors du compactage, l'assise est mise artificiellement en état de précontrainte transversale. En général, cette précontrainte transversale suffit mais il peut être parfois nécessaire d'introduire une précontrainte longitudinale artificielle complémentaire. Enfin, on peut prévoir une étreinte artificielle, promettant de suppléer au manque de cohésion. Selon une forme de réalisation de l'invention, les moyens pour la lise en oeuvre du procédé sont caractérisés par au moins une armature transversale au sens de roulement, noyée dans au moins une des couches, ladite armature étant en une matière n subissant pas d'allongement dans le temps. Commue matière d'armature, on peut utiliser des câbles, fils, feuilles, plaques, bandes, grillages,treillis de métal, de fibres de verre etc. La résistance à la corrosion, également désirable, peut être obtenue soit par le matériau lui-même, soit par l'utilisation d'un p@r exemple d@un fil ou autre sur lequel est déposé un film, produit bitumineux. Les armatures peuvent aussi être prévues sous forme de treillis uniquement sur les bords des chaussées et pour le reste de la surface, sous forme d'éléments transversaux,parallèles d'une pièce avec les treillis latéraux. Le matériau (graves en général constituant les couches peut être utilisé seul ou de préférence traité au moyen d'un lianthydrocarboné destiné à lui donner à la manière connue une cohésion plus élevée que celle qu'il possède naturellement. Parmi les traitements possibles, le plus approprié est celui qui fournit le frottement interne le plus élevé. La lise sous précontrainte selon l'invention permet donc la réalisation industrielle systématique, pour les chaussées, de la butée qui existait parfois dans certain.es routes connus. Dans les conditions de l'invention les déformations restent faibles parce que, durant chaque cycle chargement-déchargement, le cheminement des contraintes se dépasse pas la limite élastique. Dans le diagramme de la courbe intrinsèque ceci se traduit par le fait que les cercles de > IOHR restent intérieurs ou sent, tout au plus, tangents à la courbe intrinsèque correspondant i la limite élastique. On a représenté à la figure 2 un diagra-e selon les lois de MOHR-CAQUOT-COULOMB, auquel ou se référera ci-après. A la figure 2, les deux états extrêmes (absence de charge et charge maximale) sont caractérisés le premier par un cercle (A1) entourant l'origine (pression verticale nulle en l'absence de charge) et le second par un cercle (B1) entourant le point correspondant à la pression maximale. Lorsque pour plus de simplicité le point considéré se trouve dans l'aie de la surface de chargement, par raison de symétrie,les contraintes principales sont verticales et horizontales. Les cercles (A2) et (B2) correspondants passent par les points O et N. Lorsque la contrainte verticale N induite par la charge est inférieure b la résistance élastique en compression simple, l'équilibre sous charge est facilement réalisé. Lorsque la contrainte verticale N induite par la charge est supérieure à la résistance élastique en compression simple, 1'équilibre sous charge (B2) n'est possible que s'il existe des contraintes horizontales au moins égales à n. L'équilibre au repos (A2) montre que la valeur maximale que peut atteindre n est la résistance élastique er compression simple. C'est pourquoi, dans le cas d'une précontrainte horizontale selon l'invention, le matériau doit nécessairement posséder une cohésion suffisante. Dans le calcul de la grave précontrainte, il faut s'assurer que le développement de la précontrainte est réellement possible, ce qui implique - la résistance des armatures aux efforts de traction qutel- les doivent être capables de développer pour assurer la contrainte. - le maintien des extrémités des armatures par tout moyen approprié, par exemple par frottement des extrémités de l'assise sur les extrémités des armatures ou par un coffrage latéral lié aux armatures. - dans le cas du frottement des extrémités, résistance des extrémités de l'assise au cisaillement, de manière à "encaisser" la poussée latérale à tout niveau et à éviter tout écoulement du matériau. On a donné ci-agrbs divers exemples de mise en oeuvre du procédé de l'invention. EXEMPLE 1 On a considéré le cas d'un support résistant, où il s'agit d'améliorer les performances de l'assise. ;'assise était constituée de 25 ci de "grave émulsion" connue : une première fraction (15 cm) de la couche a été appliquée et compactée sur toute la largeur prévue. Ol a disposé ensuite, sur toute la largeur également, un treillis d'acier (diamètre 2 et 3 r soudé (100 z 100 mm). Dans le cas d'une chaussée plus large eue le treillis, on a déposé transversalement des bandes de longueur appropriée découpées dans le rouleau de treillis. On a enfin ais ei plaee la seconde couche de grave émulsion et on l'a compactée énergiquement. EXEMPLE 2 Dans le cas d'un support pen résistant où il est nécessaire de rèndre possible le compactage, on met tout d'abord le support en précontrainte. A cet effet, on a déposé des armatures longitudinales et transversales, soit avec soit sans interposition d'un écran connu, évitant la pollution de l'assise; l'écran peut être lis en place avant ou après les armatures. On a ensuite déposé, réglé et compacté l'assise granulaire (grave). Pendant le coipac- tage, il a pu se produire le serrage recherché des grains, qui aurait été impossible sans les armatures. EXEMPLE 3 On a également traité selon l'invention des chaussées entre bordures. La construction de telles chaussées est facilitée par la pose préalable de caniveaux latéraux qui permettent un ben é roulement des eaux pendant les travaux et dans lesquels on vient ensuite poser les bordures. Les avantages d'une telle constructien sont accrus, selon l'invention, par la mise en place de tirants de maintien entre les caniveaux, fournissant ainsi la précontrainte de l'assise. Dtune manière générale, le développement de la précontrainte selon l'invention implique que les deux bords, matérialisés ou non, de l'assise soient rendus solidaires au moyen d'armatures et que le matériau soit dé d'une certaine cohésion. REVENDICATIONS 1. Structure routière souple constituée d'une assise de graves ou de sable caractérisée en ce que, dans l'assise présentant une certaine cohésion, est disposé au moins une armature transversale ne s'allongeant pas avec le temps, et mise en précontrainte horizontale, artificielle en particulier par les cycles de chargement et de déchargement lors du compactage. 2. Procédé de construction de chaussée comportant une assise d basé soit de grave naturelle ou artificielle soit de sable, pos séant une certaine cohésion et une armature, le procédé étant caractérisé en ce que 11 armature s'étend transversalement, en au moins une couche sensiblement parallèle à la surface de la chaussée, sur toute la largeur de la structure et dans des conditions telles que, lors des premiers cycles de chargement et de déchargement, en principe lors du compactage, l'assise est mise artificiel- liement en état de précontrainte transversale. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'on introduit une précontrainte longitudinale complémentaire. 4. Procédé selon l'une des revendications 2 et 3, caractéri- sé en ce que l'on introduit une étreinte assurait un complément de cohésion. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que, dans le cas d'un support peu résistant, on met le support en précontrainte et l'on met en place l'assise que l'on compacte ensuite. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que, pour une chaussée entre bordures, on dispose au moins une armature transversale solidarisée avec les bordures à ses deux extrémités. 7. Structure routière souple selon la revendication 1, carac térisée en ce qu'on la naintient entre des bordures solidarisées avec l'armature. 8. Structure selon l'une des revendications 1 et 7, caractérisée en ce que la grave est traitée par un liant hydrocarboné.