Brevet FR2661699A1 — publié le 19911108

" Procédé pour la réalisation de couches de forme de chaussée La présente invention se rapporte à un procédé pour la réalisation de couches de forme de chaussée. I1 est usuel, dans la technique de la construction routière, de définir par l'appellation "couche de forme" l'interface entre le sol en place ou les terrassements et les couches de chaussée proprement dites. La première phase de la construction d'une chaussée correspond à des travaux de terrassement, effectués à l'aide d'engins spéciaux qui consistent à décaper certaines parties en relief et à récupérer des déblais qui servent à combler les trous (remblais). On obtient ainsi une surface de base souvent nommée "arase terrassements" relativement plane et constituée de matériaux grossiers. Cette surface, outre son carartère grossier, présente souvent l'inconvénient de ne pas avoir une portance suffisante pour permettre la circulation des engins de chantier nécessaires à la construction ultérieure des couches de chaussée. Compte tenu de cette situation, avant de fabriquer les couches de chaussée proprement dites, on recouvre l'arase terrassements par une couche intermédiaire : la couche de forme. Celle-ci répond à des buts très divers : réglage, protection contre le gel, circulation de chantier, protection du sous-sol contre les intempéries, anti-contamination et homogénéisation de la portance de la chaussée etc. Les caractéristiques (choix des matériaux, épaisseur) de cette couche de forme dépendent essentiellement de la nature du sol en place ou de l'arase terrassements mais également de paramètres autres tels que le trafic que l'on peut prévoir sur le chantier, l'intervalle de temps entre la mise en oeuvre de la couche de forme et la mise en oeuvre de la chaussée, ou encore les conditions climatiques de la période de l'année au cours de laquelle se déroule le chantier. En fonction des considérations susmentionnées, cette couche de forme peut être fabriquée à partir d'un apport de matériaux locaux ou apportés sur le site qui peuvent ou non subir un traitement particulier par exemple à l'aide de liants hydrauliques ; ces matériaux peuvent être constitués par des granulats naturels ou encore par des sousproduits de l'industrie ou par des matériaux synthétiques. Il arrive également que la couche de forme soit simplement constituée par la partie supérieure de l'arase terrassements préalablement traitée sur une hauteur donnée avec divers matériaux tels que chaux, ciment ... Dans les chantiers importants (autoroutes à fort trafic ...) on cherche autant que possible à fabriquer la couche de forme à partir de matériaux locaux ou extraits à proximité immédiate du site l'apport de matériaux distants, ne serait-ce que de quelques dizaines de kilomètres, peut en effet correspondre au déplacement journalier de plusieurs centaines de tonnes de matériaux et donc de plusieurs dizaines de semi-remorques entraînant un endommagement sérieux des voies routières de ce secteur, associé à une paralysie quasi totale du trafic dans celui-ci. Un tel apport local est souvent possible, en particulier lorsque le chantier est effectué sur des terrains calcaires pouvant être concassés de façon à obtenir un granulat ayant des caractéristiques satisfaisantes. On peut, à titre d'exemple, utiliser avantageusement pour la fabrication de couches de forme des matériaux concassés dont la granularité, définie par le rapport d/D dans lequel d correspond aux particules de plus petit diamètre et D aux particules de diamètre supérieur, satisfait aux relations d = 0 et 25 mm Un tel apport de matériaux directement issus du site n'est cependant pas possible dans le cas de terrains sablonneux, notamment ceux dont la granularité satisfait aux relations d = O et D ' 6 mm ; de tels sables ne permettent, en général, pas la fabrication de couches de forme ayant une portance suffisante. Pour remédier à cet inconvénient, on a tenté d'améliorer ces sables en y ajoutant une proportion donnée de granulat extérieur ; on n'a cependant pas réussi à obtenir ainsi des couches de forme satisfaisantes dans des conditions acceptables du point de vue économique. La présente invention a pour objet de remédier à ces inconvénients en proposant une couche de forme contenant essentiellement du -sable de type susmentionné, mais, ayant des caractéristiques satisfaisantes, notamment du point de vue de la portance, et pouvant être fabriquée à faible coût sans entraîner de nuisance particulière pour le réseau environnant. Cette couche de forme de chaussée, essentiellement constituée par du sable fin dont la granularité d/D satisfaisant aux relations d = 0 et D On a pu vérifier que ces fibres - qui, compte tenu de leur légèreté, représentent une proportion non négligeable en volume - s'enchevêtrent dans le sable en améliorant sa cohésion interne ; il s'agit là d'un effet similaire à l'enchevêtrement dans la terre de racines végétales tel que l'on peut, par exemple, le remarquer lors d'opérations de dépotage. La longueur des fibres synthétiques mises en oeuvre conformément à l'invention peut varier de quelques millimètres à plusieurs dizaines de centimètres en fonction de la granularité du sable. Ces fibres peuvent, conformément à l'invention, avoir des origines très variées. On peut, à titre d'exemple, mentionner des polymères naturels transformés (viscose, acétate ...) des polymères synthétiques (polyesters, polyamides, polyéthylène, polypropylène ...) ou encore des fibres minérales (verre, carbone ...) ou même des fibres métalliques. I1 est cependant à noter que l'on a obtenu des résultats particulièrement avantageux en utilisant des fibres acryliques, et notamment des fibres de polyacrylonitrile. Parmi les sables pouvant être traités pour l'obtention de couches de forme de chaussée selon l'invention, on peut mentionner tout particulièrement les sables dits "de dragage", c'est-à-dire provenant de l'extraction de roches meubles au-dessous du niveau de l'eau ; on rencontre fréquemment de tels sables, notamment dans des chantiers situés à proximité du bord de mer. Ces matériaux, qui ont une granularité définie par le rapport 0/D, D étant de l'ordre de 1 à 2 mm, se distinguent en effet par une granularité de nature quasi monogranulaire et par des teneurs très faibles en particules de dimension supérieure et en particules de dimension inférieure, notamment en fines ou "filler" constituées d'éléments dont la granularité est inférieure à 80 microns. Un exemple de courbe granulométrique d'un tel sable provenant d'un chantier du Nord de la France est joint en exemple 1. Compte tenu des particularités susmentionnées les sables de dragage étaient, jusqu'à présent, particulièrement difficiles à améliorer par ajout de matériaux correcteurs et il était pratiquement impossible d'obtenir ainsi une couche de forme donnant satisfaction tant du point de vue économique que du point de vue de ses qualités intrinsèques. Or, on s'est aperçu qu'un tel sable peut, de manière surprenante, être utilisé pour la fabrication de couches de forme si on lui ajoute, conformément à l'invention, 0,2 à 5 pour mille de préférence entre 0,5 et 1 pour mille en poids de fibres synthétiques. L'expérience a montré que l'on peut obtenir des résultats particulièrement satisfaisants en mettant en oeuvre des fibres synthétiques ayant un diamètre de l'ordre de 30 à 100 microns et une longueur de l'ordre de 15 à 100 mm. A titre d'exemple, le matériau correspondant à l'exemple 1 présente intrinsèquement un indice portant immédiat IPI (mesuré conformément aux spécifications du Laboratoire Central des Ponts et Chaussées) égal à 22. Si l'on ajoute à ce matériau 1 pour mille en poids de fibres de polyacrylonitrile d'un diamètre égal à 38 microns, on arrive à élever cet indice respectivement à 32 si les fibres ont une longueur égale à 30 mm et à 37 si les fibres ont une longueur égale à 50 mm, ce qui, dans les deux cas, correspond à des valeurs satisfaisantes [Directives pour la Réalisation des Assises de chaussées en sables traités aux liants hydrauliques (LCPC - SETRA Février 1985) - complément à la Directive pour la Réalisation des Assises de chaussées en graves traitées aux liants hydrauliques (LCPC - SETRA - 1983) Annexe 2, page 33]. Par ailleurs, et selon une autre caractéristique de l'invention, on a eu l'idée d'ajouter au mélange de base sable fin/fibres synthétiques, 15 à 30 % en poids d'un sable correcteur relativement grossier. Cet ajout permet de disposer au départ d'un mélange plus homogène, d'augmenter la densité de la couche de forme et d'améliorer sa tenue. On a pu vérifier qu'il était ainsi avantageux d'utiliser, conformément à l'invention, un sable de concassage, notamment calcaire, de granularité d/D satisfaisant aux relations d = 0 et 3,5 mm ' > D ' 6 mm et préférentiellement un sable du type susmentionné contenant environ 10 à 30 % en poids de fines de granularité inférieure à 80 microns. Ce sable correcteur peut notamment être constitué par un sable de concassage riche en fines et en éléments grossiers de granulométrie 0/4 dont la courbe granulométrique est représentée à l'exemple 2. Ces avantages peuvent être mis tout spécialement en lumière grâce à l'Essai dit "PROCTOR" dont le mode opératoire a été mis au point par le Laboratoire Central des Ponts et Chaussées. Cet essai est basé sur le fait que, lorsqu'on compacte de façon identique des échantillons d'un même sol à des teneurs en eau différentes, on constate que la masse volumique apparente du sol sec (densité sèche) varie et passe par un maximum qui est obtenu pour une teneur en eau bien déterminée dénommée teneur en eau optimale. L'essai PROCTOR a pour but de déterminer, pour un compactage normalisé d'intensité donnée, la teneur en eau optimale et la densité sèche maximale. On a, en effet, pu vérifier expérimentalement que le matériau initial conforme à l'exemple 1 a une densité sèche maximale yd égale à 1,63, cette valeur n'étant pratiquement pas modifiée par l'addition de fibres (celles-ci n'entraînant qu'une augmentation de la teneur en eau optimale : 15 % au lieu de 12,7 %). En revanche, l'addition à ce matériau de base du sable correcteur conforme à l'exemple 2 permet d'améliorer notablement la densité sèche maximale, pratiquement sans modification de la teneur en eau optimale : on a ainsi pu constater que des additions de 25 et de 30 % en poids de ce matériau permettaient respectivement d'élever la densité sèche maximale yd à 1,805 et 1,81. Compte tenu de ces résultats, on a recherché conformément à l'invention, un compromis entre l'addition de fibres qui augmente dans une large mesure l'indice portant immédiat IPI et l'addition de sable correcteur qui augmente la densité sèche maximale On a ainsi découvert que l'addition au matériau initial conforme à l'exemple 1, de 25 % de sable correcteur conforme à l'exemple 2 et de 1 pour mille de fibres synthétiques de 38 microns de diamètre et de 50 mm de longueur permet d'obtenir une composition de couche de forme particulièrement avantageuse pour laquelle l'indice IPI est égal à 40 tandis que la densité maximale yd est égale à 1,82.. Il convient, par ailleurs, de mentionner que les fibres sont incorporées au mélange sable/sable d'ajout au niveau de la centrale de malaxage, ce qui signifie que le granulat est pré-dosé avant d'y ajouter des fibres et de l'eau. I1 peut être aussi possible de les incorporer directement sur le chantier avec un système de dosage installé sur une machine de traitement en place. EXEMPLE 1 : Analyse granulométrique d'un sable fin de dragage provenant d'un chantier du nord de la France POURCENTAGE DES REFUS CUMULÉS MOD. A.F.N.O.R. EN (MM) # 8Bfi%aoo rTT ot (0800 m t ~ . T T ' t } X zz z III 30 10 40 - -;------- --- -----'---- 60 50 50 60 4D 70 30 60 20 90 10 100 0 - o w l N O ruzl 0t tj t 0 h rE POURCENTAGE DES TAMISATS CUMULÉS EXEMPLE 2 : Analyse granulométriquee d'un sable d'"ajout" riche en fines et en éléments grossiers POURCENTAGE DES REFUS CUMULÉS MOD. A.F.N.O.R. EN (MM) # 0 CAILLOUX GRAVIERS GROS SABLE SABLE IN 0O 10 go 20 ------------------- --------- - 80 30 70 40 60 50 40 30 80 20 go 10 100 0 oe r > r > r > r > r > r > N N O r > S w S o r > q o ( q w N q w w - r > N o - q q q q q n O w' w w ' r > ' N N - - - c; c; c; c; c; c; c; c; c; c; c; o r > - w N 0' POURCENTAGE DES TAMISATS CUMULÉS REVENDICATIONS 1") Couche de forme de chaussée caractérisée en ce qu'elle est essentiellement constituée par du sable fin de granularité définie par le rapport d/D dans lequel d correspond aux particules de plus petit diamètre et D aux particules de diamètre supérieur, ce sable satisfaisant aux relations d = 0 et D s 6 mm, et étant associé à des fibres synthétises en quantité environ comprise entre 0,2 et 5 pour mile en poids, de préférence entre 0,5 et 1 pour mille. 2") Couche de forme de chaussée selon la revendication 1, caractérisée en ce que le sable fin est du sable de granularité 0/D, D étant de l'ordre de 2 mm, notamment du sable de dragage. 3") Couche de forme de chassée selon les revendications 1 et 2, caractérisée en ce qu'elle contient également de 15 à 30 % en poids d'un sable relativement grossier destiné à corriger la granularité du sable fin. 40) Couche de forme de chaussée selon la revendication 3, caractérisée en ce que le sable relativement grossier est un sable de concassage notamment calcaire de granularité d/D satisfaisant aux relations d = 0 et 3,5 mm s D s 6 mm. 5 ) Couche de forme de chaussée selon l'une quelconque des revendications 3 et 4, caractérisée en ce que le sable relativement grossier contient environ 15 à 30 % de fines de granularité inférieure à 80 microns. 6 ) Couche de forme de chaussée selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que les fibres synthétiques ont une longueur de l'ordre de 15 à 100 mm. 7") Couche de forme de chaussée selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que les fibres synthétiques ont un diamètre de l'ordre de 30 à 100 microns. 8 ) Couche de forme de chaussée selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que les fibres synthétiques sont des fibres acryliques. 9") Couche de forme de chaussée selon la revendication 8, caractérisée en ce que les fibres synthétiques sont des fibres de polyacrylonitrile.