Brevet FR2684397A1 — publié le 19930604

L'invention concerne un procédé de réalisation de chaussées ou aires industrielles continues en béton compacté renforcé de fibres. La plupart des chaussées en béton à trafic intense sont victimes d'un vieillissement accéléré par phénomène de fatigue : les effets de vieillissement se marquent principalement au voisinage et dans les joints. Les joints des chaussées ont été imaginés pour localiser le retrait du béton et permettre les variations dimensionnelles dues aux variations de température. Malgré l'invention de nombreux systèmes de joints devant permettre la liaison du béton de part et d'autre de celui-ci sans empêcher les variations dimensionnelles au droit de celui-ci, le phénomène de vieillissement accéléré n'a pu être enrayé. Un grand progrès a été le développement des chaussées en béton armé continu. En effet, suivant cette technique, l'ensemble des variations dimensionnelles dues aux variations de température et au retrait du béton se traduit par une micro-fissuration régulièrement espacée dans la chaussée par la mise en tension de l'armature continue principale. Cette technique est très utilisée actuellement dans de nombreux pays et s'accommode de nombreux types différents de compositions de béton. En général, le revêtement de ces chaussées est constitué comme suit - épaisseur de 16 cm à 25 cm - béton : teneur en ciment : de 300 à 375 kg par mètre cube ; rapport eau-ciment : de 0,38 à 0,55 suivant les matériaux constituant le béton et l'ouvrabilité désirée pour la pose ; ouvrabilité mesurée au cône d'Abrams variant entre 3 cm et 10 cm - le béton est posé à la machine à coffrage glissant sur une nappe d'armature continue posée à l'avance d'une quantité correspon dant à un pourcentage géométrique de 0,7 % ; les armatures sont en général des barres principales de 16 mm de diamètre posées sur des écarteurs et des armatures transversales de répartition. La fissuration observée à long terme est suffisamment contrôlée pour que : - il n'y ait pas dégradation de lèvres des fissures à cause du trafic - il n'y ait pas attaque chimique de l'armature par pénétration dans les fissures des agents provoquant la corrosion : carbona station, eau, sels de déverglaçage, Les fissures ont des ouvertures de 0,3 mm à 0,7 mm avec un espacement de 1 m à 4 m suivant les cas. Le comportement aux variations dimensionnelles est d'ailleurs fort bien prévisible par des modèles théoriques tel celui de Monsieur Vetter. Le béton armé continu, s'il est bien au point et largement utilisé est cependant réservé aux chaussées à grand trafic, étant donné les difficultés de préparation et pose de l'armature. Une méthode bien plus commode serait de réaliser une chaussée continue en béton armé de fibres d'acier prêt à l'emploi. La possibilité offerte par un tel matériau est toutefois limitée par la nature des fibres d'acier déterminant leur aptitude à armer le béton, l'ouvrabilité du béton à mettre en oeuvre dans une machine à coffrage glissant et l'état de surface de la chaussée qui ne peut présenter un excès de fibres d'acier visibles. Des expériences ont été tentées et ont mis en évidence une répartition insuffisante et une ouverture inacceptable des fissures dues aux variations dimensionnelles de la chaussée. Par exemple, pour un béton à 350 kg de ciment par mètre cube, avec un rapport eau-ciment de 0,52, un affaissement au cône d'Abrams d'environ 50 mm, 0,77 % de teneur volumique en fibres d'acier, de type tréfilé à diamètre 1 mm, longueur 60 mm ondulée décrite dans le brevet européen No 0 130 191, on a remarqué une ouverture moyenne de fissure de 1,3 mmet maximale de 2,8 mm pour un espacement moyen de fissure de 19 mètres. De même suivant le brevet européen No 0 137 024, il est indiqué le mode de réalisation des sols industriels en béton continu renforcé par des fibres. Cette invention antérieure concerne les ouvrages intérieurs, non soumis aux variations de température et sujet à un trafic dont la fréquence de passage et les charges sont beaucoup plus faibles. Les sols industriels suivant cette invention antérieure sont d'une surface limitée, d'une forme en plan plutôt carrée, soumis à des charges d'utilisation limitées aussi. Le brevet No 0 137 024, décrivant un état antérieur de la technique montre que le béton continu renforcé de fibres d'acier même appliqué en usage intérieur est soumis à des limites strictes impossibles à respecter en technique routière. Le brevet français No 2 197 088 renseigne un mode de réalisation de dalles continues en béton armé de fibres par accrochage du béton du revêtement au moyen de tenons dans la couche de fondation. Suivant ce procédé, le revêtement est accroché régulièrement à la couche inférieure, béton asphaltique ou ancienne chaussée en béton, de manière à limiter le développement des contraintes de traction dans le béton du revêtement. Ce procédé n'est donc pas un procédé de bétonnage continu puisqu'il ne permet pas au béton de résister par lui-même à tous les efforts de traction dont il est le siège. De plus, l'opération de réalisation de l'accrochage par tenons est difficile, lente et onéreuse. A notre connaissance, ce procédé n'a d'ailleurs pas été exploité à ce jour. Par ailleurs, la demande de brevet européen No 0 350 365 divulgue une composition de béton compacté ainsi que son utilisation pour la réalisation de dallages industriels, terre-pleins, chaussées routières ou aéronautiques. Le contenu de cette demande antérieure ne tient pas compte des conditions d'application fort différentes lorsqu'il s'agit de dallages industriels et de terre-pleins et chaussées exposés aux intempéries et de leurs conséquences en ce qui concerne les différents types de joints à prévoir. On a maintenant découvert qu'il est possible d'obtenir une chaussée ou aire industrielle continue en béton compacté armé de fibres d'acier où la fissuration est régulièrement répartie et d'ouverture limitée en adaptant convenablement la composition du béton et en sélectionnant les fibres d'acier. Dès lors, l'invention concerne un procédé caractérisé par les opérations consistant à - préparer un béton de teneur en ciment comprise entre 240 kg et 400 kg de ciment par mètre cube, de type CPJ 45 ou CPA 55, qualité normale, R ou HP, d'une teneur en eau comprise entre 95 litres et 155 litres par mètre cube ;; - ajouter au béton en cours de malaxage des fibres d'acier ductile avec dispositif d'ancrage indéformable de préférence telles que décrites dans les brevets européens No 0 130 191 et No 0 098 825 et en particulier celles décrites dans le brevet européen No 0 098 825 à raison d'une concentration massique comprise entre 1,25 % et 3 %, proportion limite inférieure et supérieure tenant compte du contrôle de la fissuration et de la mise en place du béton, le béton étant constitué de entre 4 et 10 % d'éléments fins inférieurs à 250 microns ; entre 25 et 35 % d'éléments inférieurs à 2 mm ; entre 40 et 55 % d'éléments inférieurs à 4 mm ; entre 60 et 75 % d'éléments inférieurs à 8 mm ; 90 % d'éléments inférieurs à 16 mm ;; - poser le béton armé de fibres qui ne présente aucune ouvrabi lité suivant les méthodes traditionnelles du béton roulé compacté en utilisant un train finisseur ; compacteur par cylindrage au rouleau vibrant ou à bille vibrante et en utilisant un compacteur à pneu ; - dès la compaction finale terminée, protéger la chaussée de la perte d'eau par évaporation. La surface de roulement peut ensuite être réalisée par successivement - épandage de 3 à 15 kg par mètre carré de mortier prémélangé humide composé de ciment CPA ou CPJ et de sable de quartz 0 à 5 mm en proportion massique de respectivement 1/3 et 2/3 ; - et incorporation par passages des rouleaux vibrants à pneu jusqu'à l'obtention d'une liaison intime entre les deux couches. La surface de roulement peut également être réalisée - par apport d'une couche d'enrobé bitumineux accroché par une couche de collaboration bitumineuse au béton armé de fibres roulé compacté ; - par un enduit superficiel à l'émulsion de bitume gravillonnée et - par un enrobe coulé à froid. Cette façon de procéder, contrairement aux expériences antérieures et à la théorie de Vetter, permet de réaliser une chaussée en béton armé continu sans pose d'armatures traditionnelles, tout en observant le contrôle des variations dimen sionnel les. Comme exemple, nous pouvons décrire une réalisation typique suivant l'invention. Réalisation d'une chaussée en béton continu d'épaisseur 15 cm, de longueur 800 m et de largeur de 7 m. Le béton mis en oeuvre a été tel que Teneur en ciment CPJ 45 12 % (288 kg/m3) Teneur en sable 0/4 mm 43,8 % Teneur en sable 4/8 mm 16 % Teneur en sable 8/16 mm 22,6 % Teneur en eau 5,6 % (Correspondant à un rapport E/C = 0,47) Fibre d'acier à ancrage indéformable suivant le brevet européen No 0 098 825 à raison de 1,6 en poids (38 kg/m3 ou 0,49 % en volume). Utilisation d'un plastifiant réducteur d'eau améliorant les conditions de compactage à raison de 0,4 % en poids de ciment. La mise en oeuvre du béton de fibres compacté pour la réalisation du procédé peut être effectuée avec un ou plusieurs finisseurs en parallèle pour augmenter la largeur de la bande, du même type que ceux qu'on utilise pour les enrobés bitumineux de manière à supprimer les joints suivant l'axe longitudinal de la chaussée. Le compactage est assuré par passages successifs des compacteurs à bille vibrante et par des compacteurs à pneus. Le béton de fibres compacté peut être utilisé selon la présente invention en chaussées neuves ou en renforcements. En chaussées neuves, la fondation peut être constituée de différents matériaux, suivant le trafic et la portance du sol support, soit - une grave ou un sable non traité ; dans ce cas, la portance à la plaque du matériau de fondation doit être supérieure à 30 MPa/m3 (soit un coefficient de Westergaard k supérieur à 30 daN/cm3) ; - un matériau fin traité en place à la chaux et au ciment (ou seulement à la chaux) ; - une grave ou un sable traité en centrale au ciment ou au laitiér; - un béton maigre. REVENDICATIONS 1. Procédé de réalisation de chaussées routières et aéronautiques ou aires industrielles continues sans joints où la fissuration est régulièrement répartie et d'ouverture limitée, caractérisé par les opérations consistant à - préparer un béton de teneur en ciment comprise entre 240 et 400 kg de ciment par mètre cube, d'une teneur en eau comprise entre 95 litres et 155 litres par mètre cube - ajouter au béton en cours de malaxage des fibres d'acier ductile avec dispositif d'ancrage indéformable à raison d'une concentra tion massique comprise entre 1,25 % et 3 %, proportion limite inférieure et supérieure tenant compte du contrôle de la fissura tion et de la mise en place du béton,le béton étant constitué de entre 4 et 10 % d'éléments fins inférieurs à 250 microns ; entre 25 et 35 % d'éléments inférieurs à 2 mm ;; entre 40 et 55 % d'éléments inférieurs à 4 mm ; entre 60 et 75 % d'éléments inférieurs à 8 mm 90 % d'éléments inférieurs à 16 mm ; - poser le béton armé de fibres suivant les méthodes tradition nelles du béton roulé compacté en utilisant un train finisseur ; - compacter par cylindrage au rouleau vibrant et en utilisant un compacteur à pneu - dès la fin de la compaction, protéger la chaussée de la perte d'eau par évaporation. 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les fibres d'acier sont choisies parmi celles à encrage indéformable. 3. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'on réalise ensuite la surface de roulement en utilisant l'un des procédés suivants au choix - épandage de 3 à 15 kg par mètre carré de mortier prémélangé humide composé de ciment CPA ou CPJ et de sable de quartz 0 à 5 mm en proportion massique de respectivement 1/3 et 2/3 ; - et incorporation par passages des rouleaux vibrants à pneu jusqu'à l'obtention d'une liaison intime entre les deux couches. 4. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'on réalise la surface de roulement par l'un des procédés suivants - par apport d'une couche d'enrobé bitumineux accroché par une couche de collaboration bitumineuse au béton armé de fibres roulé compacté ; - par un enduit superficiel à l'émusion de bitume gravillonnée ; et - par un enrobé coulé à froid.