Brevet FR2193122A1 — publié le 19740215

La présente invention concerne un procédé pour la construction de chaussées ou d'une autre couche quelconque de support de charge pour des routes, des aérodromes, des aires de stationnement, etc.. Plus particulièrement, elle concerne un procédé pour la construction de chaussées à partir de mélanges comprenant du soufre, du bitume et un agrégat. I1 est déjà connu en général d'incorporer du soufre dans des mélanges ou des compositions utilisés pour la construction de chaussées. Jusqu'à présent, toutefois, on a'a Ja- mais incorporé le soufre en quantités importantes dans des mélanges ou compositions à utiliser pour la construction de routes sur une échelle pratique et industrielle, en raison du fait qu'on ne savait pas jusqu'à présent de quelle manière des routes ou des chaussées de qualité et de caractéristiques suS- fisantes pourraient être réalisées et obtenues avec de tels mélanges contenant du soufre. l'es chaussées bitumineuses comprennent généralement une ou plusieurs couches dtun mélange bitume/agrégat qui peuvent entre déposées sur une ou plusieurs couches d'agrégat non enrobé, d'agrégat enrobé ou directement sur la sous-fondation. Datrra le cas od la terre de la sous-fondation a une capacité de support suffisante1 la couche bitume/agrégat peut être posée directement sur la terre sans application d'une couche inter nédiaire constituée d'agrégat. Belon la présente invention, il est devenu possible de poser un revêtement routier directement sur n'importe quel sol de sous-fondation qui peut être très mou sans qu'il soit nécessaire dtappliquer d'abord une couche d'agrégat (souscouche) sur la terre de sous-fondation ou de consolider la terre de sous-iondation par exemple par un traitement de densification ou par stabilisation de la couche supérieure de terre avec du ciment ou d'autres matières. ainsi, la présente invention fournit en général un procédé pour la construction de chaussées ou de toute autre couche de support sur n'importe quelle terre de sous-fondation en utilisant des critères spéciaux de construction de routes ainsi que des compositions ou des mélanges particuliers conte nant du soufre, du bitume et un agrégat. L'invention concerne en particulier un procédé pour la construction d'une chaussée de toute autre couche de support selon lequel un mélange comprenant du soufre, du bitume et un agrégat et ayant une stabilité Marshall comprise entre 454 et 3 629 kg est appliqué à une température de plus de 1130C sous la forme d'une couche dont l'épaisseur peut entre calculée selon la formule empirique h = f (" - 7 7 - 10 log C3R) dans laquelle h représente l'épaisseur de la couche exprimée en cm, représente le rapport masse volumique asphalte masse volumique soufre/asphalte dans lequel l'asphalte et le mélange soufre/asphalte contiennent le même type d'agrégat, Â représente un nombre compris entre 3 et 7, et qui dépend du volume et de la nature de la circulation, Â ayant la valeur 3 pour une voie rurale à très faible circulation et la valeur 7 pour une route à circulation très intense sevant supporter un volume important de circulation de véhicules lourds (les nombres compris entre 3 et 7 correspondent à des routes supportant une circulation intermédiaire) et CBR représente la force portante de la terre de sou s- fondation, et on laisse refroidir la couche à la température ambiante. L'épaisseur de la chaussée est normalement d'au moins 5 cm. Partout dans la présente description et dans les recez dications annexées, le terme "asphalte" désigne un mélange de bitume et d'agrégat minéral et l'expression soufre/asphalte désigne un mélange de soufre élémentaire, de bitume et d'agrégat minéral. La force portante de la terre de sous-fondation est exprimée ici en pourcentages déterminés selon la California Bearing Ratio Xethod. Cette méthode a été décrite notamment aux pages 57 et 58 de l'ouvrage Highway Engineering Handbook, première édition, 1960, par Kenneth B. Woods, Donald S. Berry et William E. Goetz et publié par McGraw-Hill 30ok Company Inc. Selon la présente invention, la force portante de la terre de sous-fondation sur laquelle on peut appliquer directement la route ou la chaussée est comprise de préférence entre 1 et 25, en particulier entre 2 et 10, par exemple entre 2 et 6. Le procédé selon ltinvention n'exclut pas toutefois l'application d'une couche d'asphalte sur une terre de sousfondation avant application de la couche de soufre/asphalte. Il est possible aussi d'appliquer une couche superficielle constituée d'asphalte sur une couche de soufre/asphalte. Dans ces eeux cas, l'épaisseur calculée selon la formule ci-dessus ou l'épaisseur miniame préférée concerne le total des couches d'asphalte et de soufre/asphate. Le mélange à utiliser selon l'invention contient un agrégat. En principe, on peut utiliser importe quel agrégat, de préférence un agrégat minéral tel que, par exemple du sable, du gravier, du laitier ou de la pierre, qui peut être acide ou basique comme dans le cas du granit et de la pierre à chaux respectivement. Ces agrégats peuvent être d'une bonne granulométrie. De préférence, toutefois, on utilise un agrégat minéral d'une granulométrie médiocre tel que du sable de grosseur uniforme. Il est très surprenant que selon la présente invention un agrégat minéral d'une granulométrie médiocre puisse etre utilisé, car quand on utilise de tels agrégats dans des mélanges asphaltiques exempts de soufre, on obtient des chaussées ou couches de qualité inférieure. Le terme agrégat" tel qu'il est utilisé ici n'implique pas une grosseur minimale spéciale des particules ou un étalement particulier de la granulométrie. En raison de la présence de quantités relativement grandes de soufre dans les compositions ou mélanges selon l'invention, il est devenu possible d'utiliser comme seul agrégat un agrégat d'une granulométrie médiocre sans inconvénient pour les caractéristiques mécaniques de la chaussée ou couche résultante. La composition contenant le soufre, le bitume et l'agrégat a de préférence une stabilité Marshall comprise entre 454 et 1816 kg, en particulier entre 454 et 1135 kg. Le facteur f, représentant le rapport entre la masse volumique de l'asphalte et celle de 11 asphalte contenant du soufre a de préférence une valeur de 1,1 - 2. Le mélange ou la composition comprenant du soufre, du bitume et de l'agrégat a de préférence un rapport en poids soufre/bitume compris entre t : 1. et 3 s 1 et une teneur en bitume dans le mélange total d'au moins 3% en poids. De préférence, on utilise un mélange constitué de 12 à 15% en poids de soufre, de 4 à 7% en poids de bitume et de 72 à 85% en poids de sable. En utilisant ces mélanges préférés, on obtint des chaussées ayant une centaine flexibilité. Plus on se rapproche d'un rapport de 3 t 1, plus la flexibilité diminue et plus la rigidité des chaussées formées à partir de ces mélanges augmente. On peut obtenir des chaussées encore plus rigides en utilisant un rapport en poids soufre/bitume compris entre 3 s 1 et 7 : 1, avec une teneur en bitume du mélange d'au moins 2% en poids. La figure annexée contient un graphique représentant la stabilité Karahall en fonction de la composition du mélange. Sur ce graphique, les courbes À à G représentent des stabilités Marahall de 227, 454, 908, 1362, 2270 et 2724 kg respectivement. Le pourcentage en poids de soufre est représenté sur la base du trapèze, le pourcentage en poids de sable sur le côté gauche tandis que le côté droit indique le pourcentage en poids de bitume. Pour préparer un mélange ayant une certaine stabilité Marshall, ce mélange donne la composition des mélanges qui peuvent être utilisés et qui sont à base d'un certain agrégat à savoir un sable grossier moyen, et d'un bitume ayant une pénétration de 150/200. On peut établir des figures similaires concernant d'autres agrégats. Ainsi, la formule décrite cidessus en combinaison avec ce graphique rend possible de calculer l'épaisseur désirée d'une chaussée quand on utilise un mélange ayant une stabilité Édarshall acceptable, cette dernière stabilité pouvant maintenant être définie sous la forme de compositions spéciales soufre/bitume/agrégat à utiliser. La température à laquelb on prépare le mélange doit être au-dessus du point de fusion du soufre élémentaire, c'est à-dire au-dessus de 112X8 C. Pour éviter la formation de vapeurs malodorantes, la température du mélange est de préférence maintenue au-dessous de 1600C, De préférence, le mélange est préparé et appliqué à une température comprise entre 120 et 15000. Le soufre utilisé dans les compositions ou les mélanges qui sont utilisés selon la présente invention doit être du soufre élémentaire, c'est-à-dire du soufre à l'état libre, pas sous la forme dun composé. N'importe lesquelles des formes physiques de soufre sont satisfaisantes. De préférence, la température de préparation du mélange ne doit pas dépasser 177 C, car au-dessus de cette température une réaction chimique peut se produire entre le bitume et le soufre, cette réaction pouvant entrainer une dégradation des caractéristiques de maniabilité et de stabilité Larshall du mélange. Dans le mélange, n'importe quel type de bitume peut être incorporé. De préférence, toutefois, on utilise un bitume ayant une pénétration à 250C de 25 à 200, en particulier de 80 à 180 dmm (dixièmes de mm). Les bitumes généralement utilisés pour la construction de routes et qui sont préférés pour le procédé selon la présente invention sont des bitumes dérivés de résidus du pétrole, par exemple des huiles résiduelles, un bitume soufflé ou non. Toutefois, d'autres résidus tels que du goudron de houille et du brai de goudron de houille peuvent aussi être utilisés de même que des mélanges de telles matières avec d'autres bitumes. Le terme &num;bitume tel qu'il est utilisé ici englobe toutes ces matières. De préférence, on utilise des bitumes quant un indice de pénétration compris entre -2 et +2 et en particulier entre -1 et 0, indice qui a été défini par J. Ph. Pfeiffer et P.;. van Doormaal dans J. Inst. Petroleum Tech., 22 (1936), page 414. Un mélange soufre-bitume chaud possède une forte fluidité. Comme résultat, les vides de l'agrégat sont facilement réduits et ainsi une ossature d'agrégat stable est formée sans la nécessité d'un compactage au rouleau et en conséquence toute opération classique de cylindrage pour compactage de la chaussée résultante peut être éliminée. La surface d'une chaussée construite selon la présente invention n"st pas polie par la circulation, mais conserve sa structure rugueuse ressemblant à celle d'un "papier de verre". Des mesures de la résistance au dérapage ont révélé que cette résistance est supérieure à celle de routes classiques à base d'asphalte. De plus, les chaussées ou couches selon l'invention ont une basse perméabilité à l'eau et leurs modules de rigidité sont moins sensibles aux différences de température que ceux de chaussées asphaltées classiques. Les utilisations des présentes chaussées soufre/ asphalte ainsi que les avantages qu'elles permettent d'obtenir peuvent être résumés comme suit s Utilisations Avantages Construction de routes - Les exigences structurales comme couche de roulement, d'épaisseur peuvent être calcouche de fondation ou plate- culées facilement, pas de cyforme de travail sur une sous- lindrage nécessaire, on peut fondation peu résistante. utiliser un agrégat peu cou teux, moindre sensibilité à la température, basse perméabili té, bonnes stabilités Xarshall, bonne résistance au dérapage. Réparation de routes - Pas de cylindrage nécessaire, exécution du point à temps, égalisage à chaud pas nécessairechargement de routes défon- re, le mélange rapporté peut crées, de routes présentant un être réutilisé, prise rapide res-suage ou de routes usées. et rendement élevé. Applications de revetement du Résistance au fluage et à la même genre - trottoirs, plate- déformation, résistance à formes de chargement de conte- l'attaque par les solvants, neurs, plate-formes de forage, corrosion réduite du tablier aires de ravitaillement en du pont en raison de l1imper- carburant sur les aéroports, méabilité à l'eau et au sel, tabliers de ponts, bandes de faible conductivité calorifiroulement et couches isolan- que. tes. Applications générales dans Résistance mécanique, imperla construction - planchers méabilité à l'eau. industriels, fondations Comme on l'a déjà spécifié ci-dessus, la couche soufre/asphalte peut être posée sur une couche dtasphalte et l'épaisseur calculée selon la formule ci-dessus concerne le total des couches de soufre/asphalte et d'asphalte. Pour réparer une surface de route existante, l'épaisseur de la couche soufre/asphalte peut être de seulement 5 mm parce que cette couche soufre/asphalte après refroidissement est très résistance te et difficile à déformer. les avantages de la réparation de routes avec une combinaison soufre/asphalte sont a) - qu'on peut appliquer des couches bien plus min- ces que dans le cas d'autres types de matières (asphalte froid fin, tapis de sable, etc..) pour lesquels l'épaisseur pratique minimale est de 10-15 mm, b) - que dans le cas où le soufre/asphalte est déposé à une épaisseur variable pour rétablir la forme d'une surface de route asphaltée déformée, alors, en raison de sa résistance mécanique, il nty aura pas de différence de compactage entre les zones minces et les zones épaisses, et c) - que le sable utilisé peut contenir des particules anguleuses, de manière que l'on obtienne une surface d'une bonne résistance au dérapage. En particulier, une partie de l'agrégat dans le mélange peut être une matière spéciale résistant au polissage comme de la bauxite calcinée. Ce soufre/asphalte peut être utilisé aussi pour des applications de surfaçage de routes et d'application d'entretien où on utilise normalement de l'asphalte de Guss.Par exemple, un soufre/asphalte contenant 6% en poids de soufre et 82% d'agrégat pour asphalte de Guss (100% passant à travers un tamis de 9,5 mm, 52 passant à travers un tamis de 4,76 mm, 42% passant à travers un tamis de 2,38 mm, 41% passant à travers un tamis de 1,19 mm, 40% passant à travers un tamis de 0,59 mm, 39,6% passant à travers un tamis de 0,297 mm, 35 passant à travers un tamis de 0,149 mm, 30% passant à travers un tamis de 0,074 mm, VKA 20,4) présente une stabilité Earahall de 1701 kg, une fluidité Marshall (0,01 mm) de 2,3 et le mélange quand il est chaud a de bonnes propriétés d'écoulement. Les couches de soufre/asphalte présentent une relativement basse conductivité calorifique et sont spécialement utilisables pour les applications dans lesquelles une basse conductivité calorifique est essentielle, par exemple dans des routes comme couches de protection contre le gel ou en remplacement de la couche inférieure de béton asphaltique dans une construction à profondeur complète quand une pénétration réduite du gel peut être obtenue. Une raison de la basse conductivité calorifique est l'absence de vides contenant de l'air et communiquant entre eux dans un soufre/asphalte ayant une teneur en vides inférieure à 16% en volume.On indique cidessous la conductivité calorifique de compositions soufre/ asphalte et de compositions bitume/agrégat exemptes de soufre Matière Masse volumi ue Conductivité apparente, 3cm3 calorifique kcal/mh soufre/asphalte 1,93 0,66 soufre/asphalte 1,95 0,65 béton asphaltique 2,29 1,69 asphalte coulé 2,30 1,13 Le sable enrobé à chaud n'est pas utilisable comme couche isolante parce qu'il est perméable à l'eau. Comme les sables et d'autres agrégats relativement peu codteux peuvent titre utilisés d'une manière satisfaisante dans les mélanges pour le procédé selon l'invention, le présent procédé convient idéalement aussi pour des applications telles que la préparation de couches de fondation et de plate-formes de travail pour du matériel lourd, qui ne seraient pas économiques à construire à partir de mélanges soufre-asphalte si des agrégats d'une bonne granulométrie étaient nécessaires. Des plate-formes de travail ou des surfaces de support de charge similaires sont généralement utilisées quand une construction importante doit être réalisée sur une sous-fondation relativement peu résistante. On utilise couramment à cet effet une sous-couche non liée ou de la terre traitée au ciment. Toutefois, une telle matière présente certains inconvénients techniques. Par exemple, les couches non liées ne sont pas très efficaces pour le support de charges et elles ont tendance à jouer le rôle de pièges à eau tant durant la construction que durant la vie en service de la chaussée. La production de sols traités au ciment exige un équipement spécial et la matière résultante doit durcir pendant une certaine période avant d'être ouverte à la circulation. Les chaussées de soufre-asphalte selon l'invention ne présentent pas ces inconvénients ou au moins les présentent dans une mesure sensiblement moindre et offrent donc une alternative at trayante au procédé actuellement utilisé de construction de couches de fondation et de plate-formes de travail. On effectue la préparation du mélange en portant les constituants à des températures appropriées qui donneraient une température finale du mélange comprise entre 120 et 17700 environ. Quand on utilise du soufre cristallin, on doit prendre soin que le bitume et l'agrégat chauffés fournissent une énergie calorifique suffisante pour faire fondre le soufre et donnent pourtant les températures finales du mélange spécifiées ci-dessus. En ce qui concerne l'ordre dans lequel les constituants sont introduits dans les installations de mélange, on peut utiliser les ordres suivants 1) - On ajoute du bitume à l'agrégat et on ajoute ensuite du soufre au mélange agrégat/bitume. 2) - On ajoute du soufre à l'agrégat et on ajoute ensuite du bitume au mélange agrégat/soufre. 3) - On ajoute simultanément du soufre et du bitume à l'agrégat. La première séquence de mélange donne un mélange dans lequel les particules d'agrégat sont revetues d'une pellicule de bitume, dont 11 épaisseur dépend de la concentration du bitume dans le mélange. Suivant le rapport soufre/bitume, les espaces entre les particules d'agrégat enrobées de bitume sont remplis à la fois de bitume et de soufre ou sont sensiblement remplis par une phase continue de soufre à divers degrés suivant la composition du mélange. La deuxième séquence de mélange et la troisième donnent des mélanges dans lesquels la forme etles dimensions de l'espace entre les particules d'agrégat ont été modifiées par le soufre et les espaces entre ces particules d'agrégat composite modifiées sont essentiellement remplis à la fois de bitume et de soufre. Les mélanges ainsi préparés par l'une quelconque des techniques de mélange ci-dessus contiendront des quantités notables d'air emprisonné. On peut réduire sensiblement le volume d'air emprisonné en soumettant ces mélanges à une agitation lente au-dessous de la surface du mélange. Habituellement, la réduction des vides contenant de l'air entraine aussi une stabilité accrue des chausses résultantes. Les mélanges ainsi préparés ont des caractéristiquess différentes de maniabilité. Pour un agrégat donné, la maniabilité est en relation directe avec la teneur totale en fluides (bitume et soufre) du mélange et des techniques différentes de mise en place ou de pose peuvent etre utilisées pour des mélanges ayant des caractéristiques de maniabilité différentes. Les mélanges très fluides ayant une grande maniabilité peuvent être placés dans un moule ou dans une forme et on peut les laisser trouver leur propre niveau final ou les niveler par des moyens mécaniques sans application d'aucun effort de densification. Si une densification est souhaitable, on peut consolider ces mélanges par vibration mécanique pendant la mise en place ou après. Par ailleurs, les mélanges plus rigides conte nant moins de fluides et ayant en conséquence une maniabilité moindre peuvent être complètement densifiés pendant la mise en place ou après par application de forces de vibration comme au moyen de la règle vibrante et/ou de la batte à bourrer des appareils classiques de construction de routes en bitume. il y a lieu de noter que la mise en place de ces mélanges plus rigides peut être effectuée sans l'aide de moules ou de formes et que dans toutes les techniques de mise en place ci-dessus on n'utilise pas d'effort de densification par cylindrage. En ce qui concerne la résistance structurale des chaussées selon l'invention, on utilise une classification arbitraire des mélanges en "flexibles" et "rigides pour faire la distinction entre les mélanges soufre/bitume/agrégat qui ont une stabilité Marshall comparable aux valeurs maximales pouvant être obtenues avec les bétons asphaltiques classiques et les mélanges soufresbitume/agrégat qui ont une stabilité supérieure à celle des mélanges classiques.Le critère adopté de classement d'après la résistance est une stabilité Marshall se rapprochant de 1362 kg avec une teneur en bitume du mélange d'au moins 3% pour diminuer la fragilité du mélange. Des recherches au laboratoire ont montré qu'avec cette teneur minimale spécifiée en bitume, les chaussées flexibles" peuvent être préparées avec des rapports en poids soufre/bitume compris entre 1 t 1 et 3 t 1, tandis que la teneur totale en bitume du mélange total est d'au moins 3% en poids. Des mélanges compris dans cette catégorie peuvent être utilisés pour la construction de chaussées flexibles, de plate-formes de travail et d'autres surfaces de support de charge. Pour les applications de revetements routiers où une plus grande rigidité est nécessaire, on peut utiliser des mélanges soufreJbitume/agrégat ayant des rapports en poids soufre/ bitume compris entre 3 : 1 et 7 : 1 et des teneurs en bitume aussi basses que de 2 en poids, suivant la teneur en vides de l'agrégat et la nature de l'application. Les avantages résultant de l'utilisation de petites quantités de bitume dans les mélanges sont les suivants 1) - Alors que durant le transport XQ soufre,d > ns les mélanges soufre-agrégat a tendance à s'infiltrer vers le bas, avec pour conséquence une hétérogénéité du mélange, l'addition d'une petite quantité de bitume a entraîné une réduction de l'infiltration du soufre.On pense que l'enrobage de l'agrégat avant l'addition du soufre réduit suffisamment le diamètre effectif des cheminements capillaires du mélange pour réduire les possibilités d'infiltration. a) - Alors que le soufre dans des mélanges soufreagrégat cristallise et change de volume lors du refroidissement, entraînant la formation de défauts de structure dans le produit coulé, généralement sous la forme d'une grande cavité interne continue, l'observation visuelle a indiqué que l'addition d'une certaine quantité de bitume atténue cet inconvénient. On pense que la phase visqueuse distribuée uniformément dans le mélange, résultant de l'addition d'une matière bitumineuse, avec une température de ramollissement considérablement au-dessous de celle du soufre, contribue à la flexibilité interne du mélange au moment où le soufre cfiistallise, permettant la formation de la structure cristalline du soufre avec une contraction uniforme du volume du mélange et sans la formation de défauts de structure dans le produit coulé. Alors que les produits coulés continus encastrés formés d'un mélange agrégat-soufre non renforcé soumis à des variations de la température ambiante, comme les chaussées, ne se révèlent pas commodes en ce qu'ils exigent des joints de contraction thermique pour empêcher un craquelage irrégulier, l'addition d'une quantité suffisante de matière bitumineuse, qui reste viscoélastique au régime de température existant, donne de la flexibilité au produit coulé continu, lui permettant de changer de volume en fonction de la variation de température sans se rompre - EXESEIE I Description des matières utilisées dans les essais Sable grossier moyen. Ouverture de maille du tamis, mm Pourcentage qui passe 2,38 100 1,19 98,1 0,59 81,2 0,297 48,0 0,149 11,4 0,074 2,8 Liant bitumeux bitume de la qualité à 150/180 de pénétration Soufre soufre élémentaire de qualité commerciale. Traitement du mélange On chauffe d'abord le sable et le bitume à 150 C et ensuite on les mélange dans les proportions voulues pendant une période de 30 secondes avec un mélangeur Hobart, modèle N V.e1401. Le soufre pulvérisé, qui a été fondu et chauffé à 1500C, est ensuite ajouté au mélange sable-bitume et mélangé pendant encore 30 secondes. La matière chaude estvensuite placée dans des moules métalliques chauffés de 6,25 cm sur 10 cm de diamètre montés sur des ensembles de support chauffés.Pour chasser l'air emprisonné et pour simuler un léger effort de densification, qu t on peut s'attendre normalement à voir exercer par les battes à bourrer ou la règle à lisser d'une machine de revêtement et de finissage de chaussées, on soumet les échantillons à deux coups (sauf spécification contraire) d'un marteau Marshall chauffé (norme ASTM D 1559) sur la face supérieure de l'échantillon seulement. On laisse ensuite refroidir les moules et on enlève les échantillons du moule après durcissement. On essaie les échantillons selon le mode opératoire décrit dans la norme ASTM D 1559. Propriétés des mélanges On effectue une expérience pour évaluer les propriétés 'Larshall de mélanges avec des compositions allant de O à 30% en poids de teneur en soufre et de O à 10% en poids de teneur en bitume, comprenant des compositions ayant des rapports en poids soufre/bitume de valeurs très basses à des valeurs très élevées. Les résultat s de stabilité Marshall sont représentes sur la figure unique du dessin joint. Des exemples de mélanges représentatifs correspondant aux divers domaines de composition ont été choisis pour illustrer les propriétés des mélanges et sont représentés dans le Tableau Io TABLEAU I Propriétés de mélanges choisis Parmi divers domaines de composition Bitume (% en poids) 6 4 Soufre (% en poids) 12 20 Rapport soufre/bitume 2,0 5,0 Stabilité Marshall (kg) 730 2777 Fluage Marshall (0,01 mm) 1,45 2,03 Masse volumique apparente (g/cm3) 2,074 2,131 Volume de sable (% en v) 64,? 61,6 Volume de bitume (% en v) 11,0 8,5 Volume de soufre (% en v) 12,0 20,6 Vides effectifs contenant de l'air (% en v) 12,3 10,6 Vides dans le sable (% en v) 35,3 38,4 Vides dans le sable remplis de bitume (% en v) 31,2 18,7 Vides dans le sable remplis de soufre (% en v) 34,0 53,6 La relation entre la maniabilité du mélange et la teneur en soufre, quand la teneur en bitume est maintenue cons- tante, est indiquée dans le Tableau 11. La maniabilité du mélange est évaluée avec une bille Xelly en effectuant les mesures selon la norme ASTM C360-63. TABLEAU II Influence de la teneur en soufre sur la maniabilité du mélange Pourcentage Pourcentage de Lecture à la bille de bitume soufre Kelly 5 10 19,05 5 12 38,10 mm 5 16 127,00 On trouve que la masse volumique des mélanges pour les maniabilités assez faibles est fonction de l'effort de compaction exercé dans la densification du mélange, tandis que la masse volumique de mélanges d'une grande maniabilité n'est pas accrue dans une mesure notable par un effort plus intense de compaction (choc). Cela est illustré dans le Tableau III par les masses volumiques d'échantillons compactés avec un nombre variable de coups de marteau Marshall appliqués sur une face de l'échantillon seulement. TABLEAU III Influence de l'effort de compaction par choc sur la masse volumique apparente du mélange. Maniabilité du mélange Nombre de coups de @@@@@@ @@@@@ marteau Xarshall (5%) bit., 8% soufre) (5% bit., 14% soufi Masse volumique Masse volumique apparente g/cm apparente g/cm 0 1,966 2,067 2 1,972 2,126 5 2,010 2,124 10 2,040 2,145 20 2,075 2,139 50 2,108 - Les mélanges de certaines compositions peuvent être densifiés par agitation tandis que le mélange est encore chaud. Par exemple, on fabrique des échantillons à partir d'un mélange de 6% en poids de bitume, 13% en poids de soufre et 81% en poids de sable, donnant une masse volumique moyenne de 1,985 g/cm3, une stabilité Marshall de 647 kg et une teneur en vides contenant de l'air de 13,8% en volume. La portion restante du mélange est agitée lentement pendant une période supplémentaire de 20 minutes et ces échantillons préparés donnent une masse volumique moyenne du mélange de 2,11 g/cm3 et une teneur en vides contenant de l'air de 8,65 % en volume. La stabilité Marshall est portée à 790 kg. Tandis qu'on a indiqué dans le Tableau III que des masses volumiques élevées des échantillons peuvent être obtenues au laboratoire pour certains mélanges quand ils sont emprisonnés dans des moules et compactés avec un marteau Marshall chauffé, on ne peut pas obtenir le même degré de densification dans le cas de chaussées en utilisant des techniques classiques de densification par cylindrage.Pour simuler au laboratoire les techniques classiques de densification par cylindrage utilisées sur les chantiers, un moule en acier chauffé de 10,16 cm de hauteur, 45,72 cm de largeur et 60,96 cm de longueur est rempli d'un mélange sable-bitume-soufre de 80% en poids de sable grossier moyen, 6% en poids de bitume et 14% en poids de soufre, qui est égalisé et compacité avec un rouleau en acier chaud de 27,94 cm de diamètre, de 20,32 cm de largeur, et pesant 37,9 kg Le passage initial du rouleau, effectué peu après la mise en place du mélange dans le moule, entraîne un déplacement considérable du mélange sous la charge du rouleau.On note aussi que la surface du mélange commence à former une croûte très peu après la coulée en raison du refroidissement rapide de la surface du mélange et de la haute température de cris tallisation du soufre. Le mélange à l'intérieur du moule reste au-dessus de la température de cristallisation du soufre pendant une plus longue période et est très maniable. En cons & quence, des passages ultérieurs du rouleau entraînent la rupture de la surface et la destruction de la matière qui a déjà durci. Le phénomène de rupture du mélange est considéré comme simi laire aux observations dans des essias en vraie grandeur sur des chaussées où des mélanges à forte teneur en soufre ont été cylindrés. On prépare une deuxième plaque de la meme composition en versant le mélange dans le moule et en arasant la surface pour niveler le mélange. On découpe des carottes de 10,16 cm de diamètre dans la plaque compactée et dans la plaque non compactée et on dé termine la stabilité Marshall selon la norme ASTM D 1559. La comparaison des résultats des essais, présentée dans le Tableau IV, indique que le cylindrage du mélange après la mise en place entraîne une notable perte de résistance mécanique. TABLEAU IV Stabilités Xaraall de mélanges sable-bitume-soufre cylindrés et non cylindrés Mélanges cylindrés Mélanges non cylindrés Echantillon Stabilité Echantillon Stabilité N Marshall kg N Marshall, kg I 390,4 1 908,0 2 454,0 2 3 363,2 3 999,8 4 258,8 4 794,5 Moyenne 367,7 moyenne 867,1 - EXEMPLE II A. Des essais à charge constante et des essais à vites se constante de contrainte sont effectués à diverses tempéra tures en tension pour comparer le mélange soufre/asphalte et un asphalte classique compacté par cylindrage. La composition du mélange soufre/asphalte est de 81% en poids de sable gros sier moyen, de 5% en poids de bitume et de 14% en poids de soufre.Les échantillons d'asphalte proviennent d'une chaussée construite avec 5% en poids d'un bitume de la qualité à 150/200 de pénétration avec la granulométrie suivante des agrégats Ouverture de maille du tamis Pourcentage passant 15,875 mm 100 9,525 n 81,1 4,76 (ASTM E 11/39) 56,6 2,00 n n 43,3 0,84 " " 31,3 0,42 " n 19,8 0,177 " n 8,0 0,074 " n 2,9 Les résultats des essais indiquent que, par rapport à l'asphalte, le soufre/asphalte présente les propriétés suivantes indiquées par les résultats des essais dans le Tableau Vs 1.Le module de rigidité est plus bas aux basses températures. Cela est avantageux en ce qu'il y a moins de contraintes provoquées thermiquement dans les chaussées soumises à de basses températures. 2. Le module de rigidité est plus élevé aux températures élevées. Cela est avantageux du point de vue de la déformation réduite sous charge durant les périodes de hautes températures. 3. Le mélange soufre/asphalte n'a pas une aussi forte tendance à changer de résistance mécanique avec les variations de température (c'est-à-dire est moins sensible à la température) que le mélange d'asphalte. TABLEAU V Relation entre le module de rigidité à un temps de charge de 0,5 heure et la température Température Module de rigidité Asphalte C soufre/asphalte (kg/cm2) (kg/cm3) 10 700 175 3,500 1,200 -10 10,640 7,400 TABLEAU V (suite) Température Module de rigidité C Soufre/asphalte(kg/cm2) Asphalte (Kg/cm3) -20 42,000 35,000 -30 124,000 185,000 3. Diverses compositions soufre/asphalte, correspondant à une expérience factorielle partielle, avec des teneurs en bitume allant de O à 10% en poids et des teneurs en soufre allant de O à 30% en poids, sont essayées pour déterminer la relation entre la teneur en vides contenant de l'air et la perméabilité du mélange. On utilise dans l'essai un perméamètre à air à charge constante, comme décrit dans le Report N RR 145, de Mai 1969, du Department of Highways of Ontario, Canada, et les résultats pour les mélanges soufre/asphalte non cylindrés sont comparés aux coefficients de perméabilité à l'air cités dans la figure 9 du rapport ci-dessus pour des mélanges d'asphalte compactés classiques formés avec des agrégats calibrés. Les coefficients Moyens pour les teneurs spécifiées en vidoecontenant de l'air sont présentés dans le Tableau VI. Les résultats indiquent que les mélanges soufre/asphalte sont considérablement plus imperméables à toutes les teneurs en vides contenant de l'air que les mélanges dJasphalte. TABLEAU VI Relation entre la teneur en vides contenant de l'air et le coefficient de perméabilité à l'air Coefficient de perméabilité Teneur eneur en vides Soufre/asphalte Asphalte *) contenant de l'air, % en v cm2 cm2 3 moins de 10-10 1 10-12 4 " " " 1 x 10-10 5 n u " 3 x 6 " " " 5 x 10-8 7 " " " 5 x 10-8 8 " " " 1 x 10-7 9 " " n 5 x 10 10-10 à 10-13 1 x 10-6 11 3 x 10-10 plus de 10-6 12 1 x 10-9 " " " 13 2 x 10-9 " u n 14 3 x 10-9 " " " 15 5 x 10-9 " " " 16 7 x 10-9 " " " 17 1 x 10-8 " " " 18 1,5 x 10-8 n " " 19 2 x 10-8 " " " 20 3 x 10-8 " " " * Moyenne des courbes dans le D.H.O Report N RR 145, Mai 1969 figure 9. - EXEMPLE III Dans cet exemple, on décrit la construction d'une chaussée sur un sous-sol. Tout d'abord, la capacité de support du sous-sol a été déterminée selon la California Bearing Ratio Method. On trouve une valeur CER de 2,5. La chaussée doit pouvoir supporter une circulation moyenne lourde durant sa durée de vie, représentée par À = 5,2. La chaussée, qui devait être posée directement sur le sol, consistait en soufre/asphalte contenant 81% en poids de sable grossier moyen ayant la granulométrie indiquée dans l'Exemple I, 5% en poids de bitume de la qualité à 150/180 de pénétration et 14% en poids de soufre élémentaire de qualité commerciale.La masse volumique de ce mélange soufre/asphalte est de 2,082 g/cm3. La masse volumique d'un asphalte contenant 95% en poids du même type d'agrégat et 5% en poids du même bitume est de 2,403 g/cm3 et ainsi la valeur de est de 1,15. Eu utilisant la formule de l'invention, on calcule que l'épaisseur nécessaire de la chaussée de soufre/ asphalte est de 27 cm. On prépare le mélange soufre/asphalte en ajoutant d'abord la quantité requise de bitume de la qualité à 150/180 de pénétration, chauffé à 150 C, à du sable séché ayant une température de 15000. Le soufre pulvérisé fondu et chauffé à 150O est ajoutS au mélange bitume-sable et le mélange chaud est versé sur le sous-sol dans une couche ayant l'épaisseur requis. de 27 cm. La couche versée est arasée à l'aide d'une règle et on la laisse refroidir et se solidifier sans application d'un compactage par cylindrage. REVENDICATIONS 1) Un procédé pour la construction d'une chaussée ou de toute autre couche de support, selon lequel un mélange comprenant du soufre, du bitume et un agrégat et ayant une stabilité Marshall comprise entre 454 et 3 629 kg est appliqué à une température de plus de 113 C sous la forme dune couche dont l'épaisseur peut être calculée selon la formule empirique h = f (20/3 A - 7 - 10 log CBR) dans laquelle h représente l'épaisseur de la couche exprimée en cm, masse volumique asphalte f représente le rapport masse volumique soufre/asphalte dans lequel l'asphalte et le mélange soufre/asphalte contiennent le même type d'agrégat, s représente un nombre compris entre 3 et 7, et qui dépend du volume et de la nature de la circulation, Â ayant la valeur 3 pour une voie rurale à très faible circulation et la valeur 7 pour une route à circulation très intense devant supporter un volume important de circulation de véhicules lourds, et CBR représente la force portante de la terre de sousfondation, et on laisse refroidir la couche à la température ambiante. 2) Un procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche est appliquée sur une sous-fondation ayant une CBR comprise entre 1 et 25. 3) Un procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la couche est appliquée sur une sous-fondation ayant une CBR comprise entre 2 et 10, en particulier entre 2 et 6. 4) Un procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'on utilise un mélange ayant une stabilité Marshall comprise entre 454 et 1816 kg, en particulier entre 454 et 1135 kg. 5) Un procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que r a une valeur de 1,1 - 1,2. 6) Un procédé selon la revendication 5, caractérisé on ce qu'on utilise un mélange contenant du soufre, du bitume et un agrégat dans lequel le rapport en poids soufre/bitume est compris entre 1 : 1 et 3 s 1, tandis que la teneur en bitume du mélange total est d'au moins 3% en poids. 7) Un procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'on utilise un mélange contenant du soufre, du bitume et un agrégat dans lequel le rapport en poids soufre/bitume est compris entre 3 : 1 et 7 s 1, tandis que la teneur en bitume du mélange total est d'au moins o' en poids. 8) Un procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on utilise un mélange contenant du soufre, du bitume et un agrégat dans lequel l'agrégat est un a agrégat minéral d'une granulométrie médiocre, en particulier du sable. 9) Un procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on utilise le mélange à une température inférieure à 1600C, de préférence comprise entre 120 et 1500C, 10) Un procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la route ou la chaussée est constituée seulement d'une couche ou de couches comprenant du soufre , du bitume et un agrégat. 11) Un procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le bitume a une pénétration à 250C de 25 à 300, en particulier de 80 à 180 dmm (dixièmes de mm). 12)Un procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la chaussée ou couche qui peut être formée dans un moule trouve son propre niveau ou est nivelée par des moyens mécaniques sans application d'aucune force de densification par cylindrage. 13) Un procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la chaussée ou couche qui peut etre formée dans un moule est densifiée par vibration mécanique pendant et/ou après sa Mise en place. 14) Un procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on utilise un mélange constitué de 12 à 15% en poids de soufre, de 4 à 7% en poids de bitume et de 72 à 8a en poids de sable0 15) Un procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'épaisseur de la chaussée est d'au moins 5 cm. 16) Un procédé selon l'une des revendications 1 et 15, caractérisé en ce que l'épaisseur calculée ou l'épaisseur minimale préférée concerne le total de la couche de soufre/ asphalte et de toute couche d'asphalte. 17) Les chaussées, routez, assises, couches, couches de surface, etc.., obtenues par un procédé selon l'une des revendications précédentes.