Brevet FR2579644A1 — publié le 19861003

La présente demande concerne un procédé pour la stabilisation des sols au moyen de filaments continus synthétiques. L'utilisation de textiles pour la stabilisation des sols est bien connue, ainsi les romains utilisaient des tissus de jute et de chanvre pour stabiliser les sols boueux afin de pouvoir y faire circuler leurs moyens de transport. Toutefois, ces moyens sont instables dans le temps car ils se dégradent, pourrissent, disparaissent, reposant ainsi à terme le problème initial. La découverte des textiles synthétiques, imputrescibles et résistant à la rupture, a permis d'apporter des réponses au problème posé. Ainsi, dans le brevet français 1 601 049, il a été proposé de stabiliser les sols au moyen de structures non-tissées ou spunbonded issues directement de ltextrusion de polymères synthétiques ; ces structures non-tissées se présentent en nappes cohérentes formées d'un enchevêtrement de filaments continus disposés au hasard dans ladite nappe. Ces nappes utilisées sur et/ou dans le sol, en particulier celles a base de filaments polyester, répondent en général aux problèmes de stabilisation posés dans l'industrie des Travaux Publics et du Bâtiment, elles permettent en particulier l'économie notable de matériaux d'appoint habituellement utilisés, matériaux qui sont volumineux et pondéreux.Lorsque ces nappes sont soumises dans le sol aux sollicitations de tout genre : passage de véhicules, mouvements du sol, la répartition isotrope des filaments disposés au hasard dans la nappe permet d'amortir ces sollicitations, la rupture d'un ou plusieurs filaments, ponctuellement dans la nappe, ntentraînant pas la déchirure de celle-ci. Dàs 1976, la demanderesse a songé à utiliser dans le sol, à fin de stabilisation, des fibres et/ou des filaments continus, se posait toutefois le problème de leur mise en place in situ. Un procédé a été proposé pour la mise en place de filaments continus et un moyen utilisé fait l'objet de la demande de brevet français publiée sous le numéro 2 536 728. Indépendamment de la solution apportée qui consiste à mettre en place des filaments continus synthétiques et des moyens utilisés à cette fin, se pose le problème de l'état des filaments et de la quantité de filaments à insérer, compte tenu des sollicitations auxquelles ils sont soumis, et de la constitution des sols, en particulier de leur granulométrie ; la mise en place de filaments tels quels dans le sol et non sous forme de nappe cohérente, pose, du fait des mouvements dudit sol, le problème de leur rupture et des conséquences de cette dernière. Il est bien connu que les filaments synthétiques quel que soit leur état : partiellement ou totalement étiré, présentent un allongement et une résistance à la rupture interdépendants. On peut, pour chaque filament synthétique, connattre la résistance maximale du filament, à savoir la charge maximale qu'il faut appliquer au filament au-delà de laquelle il se rompt instantanément. Si l'on applique une fraction de cette charge maximale, le filament tend vers la rupture après un certain temps que l'on appelle "temps de rupture" et qui dépend de l'importance de cette fraction. Si l'on soumet le filament à une charge constante, la déformation du filament en fonction du temps est appelée fluage, notion bien connue de l'homme de l'art. La présente demande concerne un procédé pour la mise en place de filaments continus dans le sol dans lequel on tient compte de la nature de la déformation à très long terme. L'invention peut donc être définie comme un procédé pour l'utilisation de filaments continus de polymères synthétiques en Génie Civil, en particulier concernant leur mise en place dans le sol, caractérisé en ce que la quantité de filaments utilisée est fonction du seuil de contrainte des filaments employés. Le seuil de contrainte des filaments employés est défini comme la limite en contrainte de fluage des filaments au-delà de laquelle il y a rupture des filaments dans le temps à sollicitation ou force constante. Le seuil de contrainte a, bien entendu, une valeur inférieu- re à la résistance à la rupture des filaments employés. On a, en effet, découvert que si le pourcentage de charge est inférieur à une certaine valeur, dépendant de la nature du filament, la déformation tend vers un seuil sans atteindre la rupture du filament. En deça du seuil, on a ce que l'on appelle un fluage amorti : il n'y a pas de rupture, au-délà, on a un fluage nonamorti : il y a rupture des filaments. Cette notion est particulièrement importante lorsqu'on utilise les filaments en particulier dans le sol en Génie Civil pour stabiliser, armer des structures, renforcer le sol, le composite sol/filaments devant être stable, solide dans le temps sans risquer de rupture des filaments sous l'influence de sollicitations extérieures. Le seuil pour chaque filament en fonction de son polymère constituant est calculé comme suit. On définit la déformation D comme le rapport de l'allongement 21 sur la longueur initiale lo, soit On définit la contrainte réelle CR comme le rapport de la charge de fluage F constante sur le titre T du fil (celui-ci décroissant dans le temps sous la charge) soit CR = F . On trace alors les cour T bes isochroniques déformation/contrainte réelle, et l'on observe qu'elles peuvent être assimilées à des droites qui convergent vers un point (Ds, CRUS), point dont le positionnement dépend du polymère constituant le fil (graphique fig. 1 ci-jointe), et de son état d'orientation moléculaire. Ainsi, pour déterminer la limite de fluage de chaque fil, il y a lieu de réaliser une série d'essais avec des charges relativement élevées, et tracer les courbes isochroniques pour trouver le point de convergence correspondant à cette limite amorti/nonamorti. Le point de convergence a une abscisse correspondant à la contrainte maximale tolérable au-delà de laquelle on provoquera dans le temps la rupture des filaments, contrainte dont l'utilisateur doit tenir compte dans ses calculs pour retrouver, entre autres, la quantité de filaments à utiliser. Le seuil de contrainte pour un fluage amorti se définit donc comme la valeur en contrainte du point de convergence. En deçà de cette contrainte, il n'y aura donc pas de rupture des filaments. Il peut toutefois être intéressant aussi de savoir, au-delà de ce seuil, combien de temps il reste avant la rupture pour un filament soumis à une charge de fluage non-amorti. Dans ce cas, on sait que le fluage a été défini comme une traction à charge constante. Avec l'augmentation de la déformation, la section S du filament diminue et la contrainte charge/seetion croît, la déformation étant pratiquement isovolume, ce rapport se traduit par contrainte = charge x (1 + déformation)/titre initial. On peut considérer que la contrainte croit linéairement avec la déformation. En conséquence, le chemin suivi pour un échantillon de fil donné soumis à une charge constante, dans le plan déformation/contrainte est une droite. Si l'on se reporte au graphique 1, on trace une horizontale correspondant au seuil en allongement de rupture, c'est-à-dire déformation maximale entratnant la rupture des filaments qu'on peut mesurer à l'aide d'un essai de traction classique, et on lit une estimation du temps de rupture sur le faisceau des droites correspondant à l'intersection de la droite charge constante (f luage) et du seuil de rupture en déformation. Les exemples suivants illustrent la présente demande sans la limiter. Exemples 1 et 2 On a tracé les courbes isochroniques de fils continus polyester (polytéréphtalate d'éthylène glycol) (exemple 1) et de fils continus en polypropylène (exemple 2). Le tableau ci-après donne les caractéristiques des fils utilisés, les graphiques 2 et 3 des figures 2 et 3 ci-jointes représentent respectivement les courbes isochroniques ou diagramme de fluage, des filaments polyester et polypropylène des exemples. : Exemple 1 : Exemple 2 Caractéristiques : Fil continu : Fil continu : polyester : polypropylène 1) Dynamométrie Titre (dtex/brins) : 340/60 : 310/60 Force (cN) : 1 660 : 1 275 Ténacité (cN/tex) : 58 : 41 Allongement (%) : 19,6 : 23,7 Module (cN/tex) . 790 . 508 2) Fluage Seuil de contrainte : à chaud 80-1000C (cN/tex) : 14,5 : 4 à froid 20-600C (cN/tex) : 26 : 4 On décrit ainsi les résultats suivants : - pour le filament polyester testé (exemple 1) : le seuil de déformation ou point de convergence est : à température comprise entre 20 et 600C : 45 % de la charge de rupture, à température comprise entre 80 et 1000C : 20% de la charge de rupture. Pour le filament polypropylène, le seuil de déformation dans les conditions de températures ci-dessus est de 10 % dans les deux zones données. On aura donc une limite de contrainte en fluage amorti pour le filament polyester plus de quatre fois supérieure à celle du filament de polypropylène dans les mêmes conditions de mise en oeuvre. Le seuil de fluage non-amorti est donc atteint très rapidement pour le filament polypropylène ; il faut donc, pour éviter un fluage non-amorti qui conduit à la rupture du filament, limiter l'utilisation des filaments polypropylène à des charges inférieures à 10 Z de leur charge de rupture. Alors que pour les filaments polyester, dans les mêmes conditions de charge, on peut aller jusqu'à 45 Z de la charge de rupture avant ladite rupture du filament. Si l'on veut utiliser dans les sols soumis à fluage des filaments polypropylène, la quantité sera donc d'au moins quatre fois plus importante que celle des filaments polyester pour obtenir la même durée de vie dans les mêmes conditions de mise en place. Cette mise en évidence du seuil de déformation, est donc très importante économiquement dans les conséquences qu'elle entratne en particulier lors de l'utilisation des filaments synthétiques en Génie Civil. REVENDICATIONS 1/ - Procédé pour l'utilisation de filaments continus de polymères synthétiques en Génie Civil, en particulier concernant leur mise en place dans le sol, caractérisé en ce que la quantité de filament, utilisée est fonction du seuil de contrainte des filaments employés. 2/ - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le seuil de contrainte des filaments employés est défini comme la limite de fluage des filaments au-delà de laquelle il y a rupture des filaments dans le temps à sollicitation ou force constante. 3/ - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on utilise des filaments à base de polytéréphtalate d'éthylène glycol dont le seuil de contrainte à température ambiante est de 45 % de leur résistance à la rupture. 4/ - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on utilise des filaments à base de polypropylène dont le seuil de déformation à température ambiante est de 10 % de leur résistance à la rupture. 5/ - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le seuil de contrainte des filaments se définit comme la valeur en contrainte du point de convergence de courbes isochroniques déformation/contrainte réelle en coordonnées cartésiennes, la deformation étant le rapport k (lo étant la longueur initiale), o o la contrainte réelle étant = F T F étant la charge de fluage constante, T étant-le titre du fil, ce point séparant le domaine de fluage amorti et non-amorti.