Brevet FR2705977A1 — publié le 19941209

MATERIAUX GRANULEUX POUR RENFORCEMENT DE SOLS ET SON PROCEDE D'ELABORATION L'invention concerne une technique de réalisation de chaussées en particulier couches ou sous-couche de routes de chemins ou de terrains de sport. Lorsqu'on crée une route sur un sol nouveau, on procède en différentes étapes, la première consistant à niveler le sol avec des engins tels que bulldozers qui arasent les parties en surplomb et comblent les trous. La deuxième phase consiste à déposer sur le sol ainsi préparé une couche de forme dont la première fonction sera de permettre le déplacement des convois et des engins sur le sol en évitant de le dégrader ou d'embourber les machines.Sur la couche de forme, on dépose ensuite une ou plusieurs autres couches de nature différente dites couche de fondation, couche de base, etc.. dont le rôle commun est de supporter les couches plus superficielles liées par des liants hydrauliques ou bitumineux. Chacune des couches sous-jacentes est réalisée avec un sable de qualité bien définie qui malheureusement en général, ne se trouve pas disponible au voisinage du chantier. Bien que le prix d'un tel matériau ne soit pas élevé son transport peut revenir très cher. Un des buts de 11 invention est de permettre d'utiliser pour la réalisation de couches sous-jacente des matériaux en particulier des sables provenant de carrières voisines du chantier auxquels on ajoute des fibres qui leur donnent les propriétés voulues. C'est également bt buz de l'Invention que d'améliorer la participation des couches sous-jacentes à la stabilité de la route et à la tenue de la chaussée dans le temps. Dans le domaine de l'aménagement des sols pour les préparer à une destiraton nouvelle comme par exemple pour créer un chemin, un terrain de sport, un hippodrome, on commence par niveler le sol avec des bulldozers et dans l'étape suivante, on apporte un matériau nouveau, sable de granulométrie définie 3u matériau tout-venant adapté. C'est un but de l'invention de permettre une modification des matériaux tout-venants les plus variés pour permettre leur adaptatIon comme constituant d'une ocuche sous-jacente qui pre~are le sol nivelé à une fonction nouvelle telle que l'utilisation comme chemin, comme terrain de sport, de manoeuvre, hIppodrome, etc... C'est également le kut de l'invention de proposer un produit permettant le renforcement qui soit compatible avec les ajouts habituels des sables tels que les liants hydrauliques. Il est connu, en particulier par la demande de brevet wo 91/17311, d'ajouter à au sable fin de granularité définie par le rapport d/D dans lequel d correspond aux particules de petit diamètre et D aux particules de diamètre supérieur, ce sable satisfaisant aux relations d = O et D Les fibres synthétiques ont ure longueur de 15 à 100 mm et leur diamètre est oor..rs entre 30 et 100 ym. Des fibres faites de divers matériaux sont cités, les exemples concernent des fibres de polyacrylonitrile. L' invention, grâce au choix d'un matériau adapté et à l'utilisation d'une méthode nouvelle pour l'incorporation des fibres dans les granulés minéraux fournit un produit de meilleure qualité plus facile a rettre en oeuvre et, tous comptes faits, moins cher. On connaît égaler::ent des techniques de fixation de terrains sablonneux dans lesquelles on incorpore au sable un réseau filamentaire textile réalisé à partir d'au moins un câble de fils continus. C'est ainsi que la demande de brevet FR-A-2 358 211 propose d'ajouter un câble de 27000 ou 100000 filaments frisés faits de polychlorure de vinyle, d'acrylonitrile ou de viscose dans du sable pour stabiliser des dunes et les ensemenser. Il s'agit ici essentiellement de stabiliser des talus et de iiinter l'érosion éolienne. L'invention a été développée dans un but différent, stabiliser les soles destinés à supporter des efforts localisés comme ceux dûs aux piétinements ou au roulement d'engins, les moyens proposés sont également différents. L'invention propose un matériau granuleux ou pulvérulent destiné à la réalisation de sols, de couches ou de sous-couches de terrain ou dZ chaussée et comportant un mélange à base de poudres ou de granulés minéraux ou organiques et de fibres minérales, dans lequel les fibres sont des filaments de verre sous forme de faisceaux d'une longueur inférieure à 100 mm et constitués d'au moins 40 filaments chacun d'un diamètre unitaire compris entre 5 et 25 ym. De préférence, les faisceaux ont une longueur comprise entre 20 et 30 mm et avantageusement de 25 mm. Selon l'invention, la proportion en poids des faisceaux de filaments dans le mélange est comprise entre 0,01 W et 0,5 W et de préférence entre 0,01 et 0,1 Co. Ils sont de préférence coupés dans des fils de verre textile dont les filaments ont un diamètre compris entre 10 et 15 ym, tels que 11 ou 14 clam. La poudre à laquelle sont ajoutés les filaments de verre comprend, avantageusement, essentiellement des sous-prod-:its industriels tels que des cendres volantes ou des laitiers tandis que les granulés sont du sable auquel est ajc-ltée une quantité variable de liant hydraulique. Dans une variante, les filaments de verre sont à base d'une composition alcali-résisarte. Le matériau granuleux selon l'invention permet la réalisation de sols, de couches ou de sous-couches de terrains ou de chaussées qui présentent par rapport aux matériaux pulvérulents chargés de fibres connus l'avantage de performances au moins équivalentes malgré des quantités faibles et avec une répartition beaucoup plus régulière des fibres ce qui permet d'en contrôler la proportion. L'invention concerne également un procédé de préparation d'un mélange de granulés minéraux et de fibres de verre destinés à constituer une couche de forme pour chaussées, il comporte les étapes suivantes qui s'enchaînent de façon successive ou sont réalisées simultanément - dépôt d'une couche de granulés sur un transporteur, - dépôt par gravité sur la couche précédente de faisceaux de filaments qui ont été obtenus par coupe d'au moins une mèche de fils de verre textile, - recouvrement éventuel des faisceaux de filaments par une couche de granulés, - et enfin, mélange des granulés et des faisceaux de filaments. Dans une variante, le procédé de l'invention prévoit que la coupe des faisceaux de filaments soit effectuée immédiatement avant leur dépôt. Par rapport aux procédés connus et en particulier à ceux qui utilisent un moyen pneumatique pour transporter les fibres et pour les introduire dans des granulés minéraux, le procédé de l'invention présente l'avantage d'éviter toute dispersion des fibres ailleurs que dans les granulés. On limite ainsi la pollution et les pertes. L'invention propose également un dispositif pour la préparation d'un mélange de poudres ou de granulés et de fibres de verre textile destiné à constituer des sols, des couches ou des sous-couches de terrains ou de chaussées qui comporte notamment une machine de coupe de fils continus disposée au voisinage d'un convoyeur, un système de distribution des fils coupés sur le convoyeur qui transporte notamment les poudres ou les granulés ainsi, qu'éventuellement en aval du distributeur de fils coupés, un distributeur de poudre ou de granulés qui couvrent les fils coupés. Ce dispositif permet en particulier la mise en oeuvre simple du procédé de l'invention au voisinage immédiat du chantier mobile de réalisation de terrains de sport ou de construction de chaussées. La figure unique et la description qui vont salve permettront de comprendre le fonctionnement de l'invention. Le mélange entre le matériau granuleux ou pulvérulent et les fibres est effectué de la manière suivante Lorsqu'on aménage un terrain ou qu'on construit une route, on choisit à son voisinage un site sur lequel tous les matériaux à mettre en oeuvre lors de la construction seront préparés. C'est là par exemple qu'en général, s'il s'agit d'une route, se trouve la centrale. En permanence, des camions transportent les matériaux préparés du site d'élaboration jusque sur le chantier mobile qui suit, lui, l'avancement des travaux sur le terrain ou sur la route en construction. Le dispositif de l'invention se trouve installé sur ce site d'élaboration des matériaux. Sur la figure on a représenté la première partie du dispositif, là où commence le processus d'élaboration du produit de l'invention. Sur la figure, on voit deux trémies 1, 2 contenant les matériaux pulvérulents ou granulés à mettre en oeuvre, par exemple d'une part un sable tout-venant issu d'une carrière voisine du site et un sable correcteur. En-dessous des trémies, et conduisant de l'une à l'autre, on a installé une bande transporteuse 3. La trémie 1 dépose sur le convoyeur une certaine épaisseur du matériau, tel que du sable toutvenant. Ce sable passe alors en 4 sous une machine 5 à couper les fils de verre. Celle-ci est alimentée en mèches de fil 6 à partir de plusieurs bobines telles que 7 dévidées par l'intérieur. La machine 5 comporte en général plusieurs rouleaux 8 dont un au moins équipé de couteaux 9 qui coupent l'ensemble des mèches 6 en tronçons de longueur définie 10. Chaque mèche comporte un nombre de fils très grand, en général plus de 400, 1200 par exemple. Pour réaliser la coupe des fils on utilise avantageusement les machines habituelles pour couper les fils de verre textile. Le brevet européen EP-B-0040145 propose par exemple une machine destinée à couper des fils en tronçons d'une longueur prédéterminée et qui comporte un tambour rotatif dont la surface est lisse et un second tambour équipé de lames disposées perpendiculairement à sa périphérie, les lames étant fixées par leurs seules extrémités et leurs bases opposées à leur tranchant restant entièrement libres tandis que des organes assurent la compression du fil. Lors des essais, les tronçons de mèches une fois coupés se désolidarisaient en autant de faisceaux que la mèche comportait de fils. Les faisceaux une fois coupés, avec une longueur de 25 mm, étaient donc des segments de fils avec chacun le même nombre de filaments. C'est pour rendre plus rapide la coupe des fils que ceux-ci ont été associés avant constitution de bobines en mèches qui comportent 80 fils par exemple. Ce sont ces mèches qui sont dévidées de bobines telles que 7 et introduites dans la machine coupeuse-doseuse 5. La ruasse d'un fil textile par unité de longueur s'évalue en tex Ici chaque fil était de 25 tex et chaque mèche de 2400 tex. Le diamètre des filaments était de 11 ym. C'est-à-dire que chaque fil comportait 48 filaments. L'ensimage des filaments était choisi de manière à favoriser non seulement la liaison entre les filaments, mais aussi le glisserr,ent des fils les uns par rapport aux autres, à les protéger de diverses agressions et à éviter l'électricité statique. Les faisceaux de filaments 10 sont déposés de préférence sur toute la largeur du sable transporté par la bande 3. Après dépôt des fibres, les matériaux passent sous la trémie 2 où une quantité de sable, par exemple d'un sable correcteur en quantité minimum est déposée. On évite en recouvrant ainsi immédiatement les fibres que la dispersion soit perturbée. A la sortie du convoyeur à bande 3, les matériaux tombent dans un mélangeur non représenté où une homogénéisation de la répartition des fibres dans le sable est obtenue, c'est également dans ce mélangeur qu'est effectué dans le cas présent l'ajout de liant hydraulique dans une proportion de 3 W et l'ajustement à une valeur finale de 10 à 12 W d'humidité. Un convoyeur, par exemple à godets, reprend les matériaux qui sont alors stockés dans une trémie sous laquelle les camions sont chargés. Transportés sur le chantier mobile, ils seront alors déposés sur le sol préalablement nivelé. Selon la taille du chantier et selon la compétence de la main d'oeuvre disponible, il peut être intéressant au lieu d'utilise sr place une machine à couper les mèches, de disposer sur 1 chantier de faisceaux de filaments déjà coupés qu'il suffit alors d'introduire à débit constant avant de les mélangeur aux poudres ou aux granulés. L'avantage a couper les mèches de fils de verre textile directement en centrale est de garantir une proportion prézise de faisceaux de filaments dans le mélange granuleux. Les machines à couper les mèches comme celle du document EP-B-0 40 145 les entraînent en effet à une vitesse définie (la vitesse tangentielle des rouleaux) et la quantité de faisceaux introduite pendant un temps donné étant de ce fait toujours la même, il suffit que le débit des granulés soit constant - comme c'est le cas en général pour que le pourcentage de faisceaux de filaments reste stable. Il est également possible d'asservir la vitesse de rotation des rouleaux de la machine de coupe au débit du convoyeur de maniere là aussi à garantir la stabilité du pourcentage de faisceaux. Le procédé qu vient d'être décrit en détail s'applique tel quel à la réalisation de sous-couches de routes ou d'autoroutes et plus précisément de couches de forme, c'està-dire, de la première couche déposée à même le sol nivelé. Le même croc^dé s'adapte facilement aux autres souscouches de route comme par exemple la couche de fondation, celle qui repcse dIrectement sur la couche de forme, ou à la couche de base. Selon la couche dont il s'agit, les quantités de liant hydraulique sont plus ou moins importantes, si elles sont nulles ou restent faibles, les faisceaux de filaments faits du verre habituel destiné au renforcement des matières plastiques ou à la réalisation de textiles conviennent. Si les quantités de liant hydraulique sont plus importantes, on utilise d'autres compositions comme en particulier, celle connue grâce au brevet FR-A-2 053 211 qui fournit la coLosFion de fibres du type CEM-FIL. De même, à la place du changement de composition mais surtout en complément de celle-ci, il est connu d'utiliser des ensimages anti-alcalis quI protègent les filaments unitaires ou au moins en retardent l'attaque par les solutions basiques. La technique de l'invention permet d'améliorer les performances mécaniques, en particulier à l'écraseemnt des sols dont les sous-couc:"es sont à base de poudres ou de granulés comme par exemple des matières naturelles pulvérulentes renfermant des produits organiques. Cette technique est particulièrement intéressante pour l'utilisation de sous-produits industriels. Ainsi par exemple elle permet d'utiliser en sous-couche, des laitiers qui résultent de la fabrication de métaux à partir de leurs minerais d'origine comme les laitiers de hauts-fourneaux. Alors, l'addition de moins ae 0,1 W de filaments de verre textile associés par 40 su plus permet de rendre la matière pulvérulente suffisamment stable pour lui donner la stabilité nécessaire à la réalisation de sous-couches de route ou de terrains divers, terrains de sport, hippodromes, champs de foire, etc... De même les machefers d'incinération ou les cendres volantes en particulier silico-alumineuses qui sont des sous-produits de l'industrie qui ne servent en général qu'à encombrer les carrières peuvent grâce à l'invention trouver un usage et être ainsi valorisés. D'une manière générale, toute matière en poudre ou en granulés de nature organique ou non-organique, quelle que soit son origine, naturelle ou industrielle est justiciable du procédé de l'invention. C'est le cas en particulier des résidus du traitement des ordures ménagères. REVENDICATIONS 1. Matériau granuleux destiné à la réalisation de couches de sols, de couches ou de sous-couches de terrains ou de chaussées et comportant un mélange à base de granulés minéraux ou organiques et de fibres minérales, caractérisé en ce que les fibres sont des filaments de verre sous forme de faisceaux d'une longueur inférieure à 100 mm et constitués d'au moins 40 filaments chacun d'un diamètre unitaire compris entre 5 et 25 ym. 2. Matériau selon la revendication 1, caractérisé en ce que les faisceaux ont une longueur comprise entre 20 et 30 mm et de préférence de 25 mm. 3. Matériau selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la proportion en poids des faisceaux de filaments dans le mélange est comprise entre 0,01 Co et 0,5 Oc et de préférence entre 0,01 W et 0,1 W. 4. Matériau selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les faisceaux sont coupés dans des fils de verre textile dont les filaments ont un diamètre compris entre 10 et 15 ym et de préférence de 11 ou de 14 pm. 5. Matériau selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la poudre comprend essentiellement des sous-produits industriels tels que des cendres volantes ou des laitiers. 6. Matériau selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les granulés sont du sable auquel est éventuellement ajoutée une quantité variable de liant hydraulique. 7. Matériau selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les filaments de verre sont alcalirésistants. 8. Procédé pour réaliser le mélange de granulés minéraux et de fibres minérales selon la revendication 1, caractérisé par les étapes suivantes de façon successive ou simultanée - dépôt d'une couche de granulés sur un transporteur, - dépôt par gravité sur la couche de granulés de faisceaux de filaments d'une longueur inférieure à 100 mm et constitués d'au moins 40 filaments chacun d'un diamètre unitaire compris entre 5 et 25 ym obtenus par coupe d'au moins une mèche de fils de verre, - recouvrement éventuel des faisceaux de filaments par une couche de granulés, - et enfin, mélange des granulés et des faisceaux de filaments. 9. Procédé de préparation d'un mélange de granulés minéraux et de fibres minérales selon la revendication 8, caractérisé en ce que la coupe des faisceaux de filaments est effectuée immédiatement avant leur dépôt. 10. Dispositif pour la préparation d'un mélange de poudre ou de granulés et de fibres de verre textile destinés à constituer des sols, des couches ou des sous-couches de terrain ou de chaussées, caractérisé en ce qu' il comporte notamment une machine de coupe de fils continus disposée au voisinage d'un convoyeur, un système de distribution des fils coupés sur le convoyeur qui transporte notamment les poudres ou les granulés ainsi qu'éventuellement, en aval du distributeur de fils coupés, un distributeur de poudre ou de granulés qui couvrent les fils coupés.