Brevet FR2508509A1 — publié le 19821231

L'invention concerne le domaine des matériaux pour la construction des chaussées et des aires de roulement. Elle a plus particulièrement pour objet une structure composi- te pour le revêtement des routes. On sait que l'aménagement du réseau routier et son entretien constituent un impératif indispensable Les recherches entreprises jusqu'à présent ont eu pour objet essentiel d'adapter les qualités des revêtements, de façon à les rendre aptes à résister aux diverses contraintes du trafic routier. Les produits qui sont utilisés dans la partie supérieure des structures souples connues sont des mélanges bitumineux Les matériaux utilisés pour les assises de base doivent être, le plus largement possible,insensibles aux phénomènes d'orniérage Quant aux revêtements, ils doivent protéger le corps de chaussée de façon efficace, et être adaptés aux efforts particuliers auxquels ils sont soumis, tant du fait des véhicules que des intempéries. Ainsi,les revêtements des chaussées neuves doivent résister à des efforts tangentiels, à des cisaillements, à des chocs thermiques, à l'usure par les crampons, et à l'ensemble des contraintes provenant du trafic routier Les revêtements d'entretien doivent présenter les mêmes résistances et présen- ter une notable capacité d'allongement sous efforts répétés. Jusqu'à présent, on a mis au point des composi- tions bien adaptées à chaque besoin particulier Par exemple, les bétons bitumineux sont réalisés avec des granulats sélec- tionnés pour leur dureté,la rugosité de leur texture,ou leur résistance au polissage Des mélanges très pleins,comme les bétons bitumineux coulés,sont appréciés pour leur imperméabi- lité et leur résistance aux crampons Les enrobés à base de liants élastomères possèdent un intéressant ensemble de qualités: forte capacité d'allongement sous efforts répétés, bonne résistance à l'usure même avec une texture très rugueuse. Compte tenu des prix relatifs des matériaux destinés aux diverses couches de chaussées,on s'est efforcé de définir des épaisseurs de couches de roulement aussi réduites que possible,compte tenu de la technologie et du comportement 2 2508509 desdits matériaux,afin de limiter le coût des travaux. Les matériaux mis en oeuvre en assise de base répartissent les efforts sur la fondation Appliqués en forte épaisseur,ils doivent résister à l'orniérage par fluage dans leur masse, et à l'allongement sous efforts répétés lorsqu'ils sont posés sur une fondation souple La solution au problème de l'orniérage par fluage a été obtenue de façon relative- ment économique en faisant appel à des bitumes durs, à des dosages réduits L'augmentation de coût qu'entraine la fabrication de matériaux possédant une grande capacité d'allongement sous efforts répétés est, par contrenotable, si bien que l'allongement sous efforts répétés est souvent la caractéristique critique dans le calcul d'une structure réalisée avec des matériaux classiques. La présente invention a pour objet de réduire les coûts des structures à base de mélanges bitumineux pour les chaussées et aires de roulement,en particulier pour tous les travaux routiers, tels que rechargement ou renforcement, tout en obtenant une durée de service au moins égale à celle que les matériaux connus jusqu'à présent permettent d'obtenir pour le même coût. L'invention a également pour objet une structu- re permettant de réduire l'épaisseur totale des couches et par conséquent la consommation de matières et d'énergie, ainsi que le coût de construction ou de renforcement des chaussées. L'invention concerne une structure composite pour chaussées et aires de roulement,à base de mélanges bitumineux,comprenant diverses couches superposées depuis la partie inférieure en contact avec, soit la fondation,soit la chaussée ou aire à revêtir, jusqu'à la couched O e U rou ef ment, ladite structure étant caractérisée en ce que la partie inférieure au moins de cette structure composite est constituée d'un matériau à grande capacité d'allongement sous efforts répétés,et en ce que l'épaisseur de ladite à ait moins une partie de partie inférieure est limitée / la zone soumise à des con- traintes de traction. 3 2508509 L'invention est fondée sur la constatation, faite par la demanderesse, à la suite d'études effectuées sur la répartition des contraintes horizontales dans les matériaux,que lesdites contraintes sont des tractions dans la partie inférieure de la structure,si celle-ci repose sur une fondation granulaireet des compressions dans la partie supérieure de cette structure Dans la structure composite proposée par l'invention, sont disposés, à chaque niveau,des matériaux possédant des caractéristi- ques adaptées aux contraintes existant au niveau o ils sont appliqués. Selon la caractéristique essentielle de l'in- vention,la partie inférieure au moins de la structure composite est constituée d'un matériau à grande capacité d'allongement sous efforts répétés,et cette partie présente a au moins une partie de une épaisseur limitée / la zone soumise à des contraintes de traction. Au sens de la présente description, on entend par matériau à grande capacité d'allongement sous efforts répétés,un matériau bitumineux capable de résister à un essai de fatigue en flexion alternée durant un million ( 106)de cycles en étant soumis à des déformations relatives bien supérieures à 1,5 10 4,le plus souvent comprises entre -4 -4 2.10 et 3 10 Les caractéristiques et les conditions de réalisation d'un tel essai de fatigue sont décrites dans le document "Rapport de Recherche LPC N 058, Septembre 1976 du Laboratoire Central des Ponts et Chaussées, intitulé "Influence des paramètres de formulation sur le comportement à la fatigue d'un enrobé bitumineux " par S Soliman. Sous une forme simple,la structure selon l'invention est constituée de deux couches: (a) une couche inférieure à grande capacité d'allonge- ment sous efforts répétés, et (b) une couche supérieurecette dernière étant constituée d'un matériau classique. 4 25508509 Dans une telle structure, la couche (a) peut etre un enrobé à base de liants élastomères Par cette ex- pression on désigne des produits du genre défini dans le document Rapport de Recherche LPC n 62,Décembre 1976, du Laboratoire Central des Ponts et Chaussées (Ministère de l'Equipement) intitulé "Revêtement en béton de liants hydrocarbonés modifiés par J P Grimaux et col. Les liants élastomères sont constitués par des bitumes, des polymères ou des copolymères, des résines et des dopes Un exemple concret de liants élastomères est le produit "COLFLEX" de la Société COLAS qui est un bitume dopé contenant,a titre d'élastomères,des copolymères linéaires styrène-butadiène-styrène. Dans une telle structure,la couche (b) peut être constituée d'un matériau classique tel qu'un enrobé à base de liants classiques,par exemple du type béton bitumineux semigrenu,béton bitumineux clouté,bêton bitumineux discontinu Un matériau particulier répondant à une telle définition est celui connu sous la dénomination "RUGASPHALT" de la Société COLAS S A,qui est un enrobé rugueux discontinu fabriqué soit avec un bitume comme liant, soit avec un bitume élastomère du type "COLFLEX" (voir supra). D'une manière générale,ces enrobés contiennent des granulats ayant les caractéristiques voisines de celles préconisées soit dans le document Directive pour la réali- sation des couches de surface de chaussées en béton bitumi- neux du Ministère de l'Equipement et du L Ogement -Direction des routes et de la circulation routière Service d'Etudes Techniques des Routes et Autoroutes (SETRA) et Laboratoire Central des Ponts et Chaussées (LCPC) de Septembre 1969,soit dans la directive du SETRA et du LCPC de Septembre 1972 pour la réalisation des assises de chausséesen grave bitume et sable bitume. Un exemple de structure conforme à l'invention comporte une couche inférieure de 4 à 5 cm d'épaisseur d'un enrobé à base de liants élastomères tels que "COLFLEX" et une couche de 4 à 7 cm d'épaisseur d'un enrobé à base de liants classiques,tels que bitume routier ayant une pénétra- tion de 40/50, 60/70, ou 80/100 selon la région et le tra- fic Les valeurs de pénétration caractérisent la pénétra- tion à 250 C et sont mesurées selon la norme AFNOR T 66-004 de Juillet 1963. En variante,une structure selon l'invention peut comporter trois couches superposées: a) une couche inférieure à grande capacité d'allongement sous efforts répétés. b) une couche de liaison. c) une couche de roulement. Dans une telle structure à trois couches,la couche a) est du même type que dans la structure à deux cou- ches précitée Son épaisseur peut être par exemple de 5 à 6 cm La couche de liaison b) correspond aussi à la couche (b) de la structure précitée à deux couches Elle a par exemple une épaisseur de 4 à 6 cm La couche de roulement c) est constituée d'un enrobé spécial à base de liants classi- ques ou de liants élastomères,par exemple "COLFLEX" Son épaisseur peut être de l'ordre de 3 à 4 cm. Les indications chiffrées mentionnées ci-dessus à titre d'exemples pour des structures composites,sont à comparer avec celles des structures classiques analogues connues de l'art antérieur L'épaisseur totale des structures classiques est plus importante pour une même capacité de ser- vice Une majoration de 50 % constitue un ordre de grandeur raisonnable. La diminution d'épaisseur correspondant au passage d'une structure classique à une structure composite selon l'invention,varie de 30 à 40 % selon les cas. Une autre variante de structure selon l'inven- tion comporte trois couchesune couche inférieure constituée par un grave bitume à forte capacité d'allongement à la rupture,une couche intermédiaire constituée par un grave bitume classique et une couche supérieure constituée par un enrobé à base de liant classique ou de liant élastomère. 6 2508509 Les épaisseurs respectives de ces couches, à titre d'exemple, peuvent varier,pour la couche inférieure-entre 8 et 10 cm, pour la couche intermédiaire entre 8 et 12 cm et pour la couche supérieure entre 3 et 6 cm Des matériaux particu- liers répondant aux besoins de l'invention sont,pour la couche inférieure,une grave bitume à très hautes performan - ces qui a été mise au point par la demanderesse, et qui a fait l'objet de la demande de brevet français déposée le Juin 1980 par la demanderesse sous le n 80 12 554 pour - "Mélanges bitumineux à très hautes performances,leur procédé d'obtention et leurs applications",pour la couche intermé- diaire une grave bitume du genre décrit dans la directive du SETRA et du LCPC de Septembre 1972, pour la réalisation des assises de chaussées en grave bitume et sable bitume. Au sens de la présente description,une grave bitume à forte capacité d'allongement à la rupture est un matériau capable de subir avec succès l'essai de fatigue en flexion alternée décrit ci-dessus. Une autre variante pour structure multi-couches selon l'invention comporte,comme la précédente,une couche inférieure en grave bitume à forte capacité d'allongement à la,rupture,une première couche intermédiaire formée de grave bitume classique,une deuxième couche intermédiaire formée d'un enrobé à base de liants classiqu Eset une couche supérieure terminale constituée d'un enrobé à base de liants élastomères Les épaisseurs respectives de ces couches peuvent être de l'ordre de 12 cm pour la couche inférieure,de 10 cm pour la première couche intermé- diaire, de 4 à 5 cm pour la deuxième couche intermédiaire et de 3 à 4 cm pour l'enrobé supérieur. Des matériaux particuliers pouvant respective- ment constituer cette structure à quatre couches sont les suivants: grave bitume à forte capacité d'allongement à la rupture, -grave bitume classique -matériau (b) -matériau (c) On notera que les éléments constitutifs de la structure selon l'invention sont des matériaux connus en eux-mêmes Cependant,ils sont agencés au sein d'une combinai- son originale,qui présenteomme caractéristique commune le fait que la partie inférieure au moins de la structure est constituée d'un matériau à grande capacité d'allongement sous efforts répétés,et présente une épaisseur limitée. L'invention s'applique aussi bien à des construc- tions neuves que pour le rechargement ou le renforcement de chaussées, routes ou aires usées ou endommagées. Les matériaux constitutifs de la partie inférieu- re de la structure composite peuvent varier largement,sans pour autant sortir du cadre de l'invention Les exemples mentionnés précédemment montrent que ces matériaux peuvent être constitués par des enrobés à base de liants élastomères, ou par des graves bitumes à forte capacité d'allongement à la rupture,tels que définis dans la présente description. La technique pour la mise en place de la struc- ture selon l'invention est connue Elle est conforme à celle utilisée habituellement pour les chaussées Elle est avanta- geusement réalisée à l'aide de moyens mécaniques permettant de mettre en place successivement les couches constitutives de la structure. REVENDICATIONS 1 Structure composite pour chaussées et aires de roulement,à base de mélanges bitumineux comprenant diverses couches superposées depuis une couche inférieure en contact soit avec la fondation,soit avec la chaussée ou l'aire à revêtir et une couche supérieure,ladite structure étant caractérisée en ce que sa partie inférieure au moins est constituée d'un matériau à grande capacité d'allongement sous efforts répétés,et en ce que l'épaisseur de ladite à a in moins une Dartie de partie inférieure est limitée la zone soumise à des contrain- tes de traction. 2.Structure selon la revendication l,caractérisée en ce qu'elle comprend essentiellement deux couches: a)une couche inférieure à grande capacité d'allongement sous efforts répétés,et b)une couche supérieure,cette dernière étant constituée d'un matériau classique. 3 Structure selon la revendication l,caractérisée en ce qu'elle comprend essentiellement trois couches superposées: a)une couche inférieure à grande capacité d'al- longement sous efforts répétés, b)une couche de liaison c)une couche de roulement. 4 Structure selon l'une des revendications 2 ou 3,caractérisée en ce que la couche a) est un enrobé à base de liants élastomères. Structure selon l'une quelconque des revendica- tions 2 à 4,caractérisée en ce que la couche (b) est un enrobé à base de liants classiques. 6 Structure selon l'une quelconque des revendica- tions 3 à 5,caractérisée en ce que la couche de roulement (c) est un enrobé spécial à base de liants classiques ou de liants élastomères. 7.Structure selon la revendication l,caractérisée en ce qu'elle comprend essentiellement trois couches,une couche inférieure constituée par une grave bitume à forte capacité d'allongement à la rupture,une couche intermédiaire constituée par une grave bitume classique et une couche de roulement constituée par un enrobé à base de liants classi- ques ou de liants élastomères. 8 Structure selon la revendication l,caractérisée en ce qu'elle comprend essentiellement une couche inférieure en grave bitume à forte capacité d'allongement à la rupture, -une -première-couche intermédiaire formée de grave bitume y classique,une deuxième couche intermédiaire formée d'un enrobé à base de liants classiques et une couche terminale constituée d'un enrobé à base de liants élastomères. 9 Structure selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 8,caractérisée en ce que le matériau constitutif de la partie inférieure de la structure est un enrobé à base de liants élastomères ou une grave bitume à forte capacité d'allongement à la rupture.