Brevet FR2743372A1 — publié le 19970711

DISPOSITIF DE TRAITEMENT DE SOL EN FORTE EPAISSEUR La présente invention se rapporte aux dispositifs qui permettent de traiter les sols en forte épaisseur, pour obtenir par exemple une couche d'assise pour chaussée ayant directement l'épaisseur requise sans nécessiter une confection en plusieurs étapes. On sait que pour fabriquer une chaussée la méthode la plus couramment retenue consiste à empiler différentes couches d'épaisseurs décroissantes dont les fonctions sont différentes et bien définies. Ces différents couches sont réalisées successivement sur un sol préalablement arasé à une côte qui est déterminée en fonction de la côte finale de la chaussée, par soustraction à l'épaisseur définitive des différentes couches à réaliser. Ces couches sont formées de matériaux divers choisis selon les fonctions des couches. A l'exception des couches supérieures de roulement, ces matériaux sont généralement des agrégats naturels extraits dans des carrières situées le plus prés possible du chantier.Pour à la fois améliorer les qualités naturelles de ces matériaux et les normaliser, on est amené à les malaxer avec des adjuvants divers, tels que du ciment ou de la chaux, et/ou à procéder à un compactage soigné des couches obtenues, pour obtenir une résistance mécanique à la fois importante et stable. Si pour les couches supérieures qui sont relativement minces ce problème est maintenant résolu de manière sensiblement satisfaisante, il n'en est pas de même pour les couches inférieures, dont l'épaisseur est beaucoup plus importante. En particulier la couche de forme réalisée sur l'arase de terrassement doit souvent atteindre ou même dépasser les cinquante centimètres. Or l'effet des appareil épandeurs, malaxeurs et compacteurs décroît rapidement en fonction de l'épaisseur de la couche traitée. On est donc limité en pratique à une épaisseur de trente centimètres.Si l'on voulait augmenter de manière excessive cette épaisseur avec des appareils classiques, on obtiendrait un effet inverse de celui souhaité, avec une résistance forte en surface et une résistance faible en fond de couche, alors qu'il est souhaitable que cette résistance soit relativement faible en surface, pour réduire l'importance de la fissuration par retrait, et important en fond de couche, là où s'exercent les contraintes de traction. On est donc conduit à réaliser les couches épaisses en plusieurs sous-couches superposées, accrochées les unes aux autres par des méthodes connues dans l'art. Ce mode de réalisation n'est pas sans inconvénients, en particulier au niveau de la discontinuité apportée par l'accrochage entre les couches, qui représente une hétérogénéité pouvant être source de nombreux ennuis dans l'évolution ultérieure de la chaussée, par exemple sous l'effet de la circulation et des variations climatiques. Par ailleurs un tel mode de construction rallonge considérablement les temps d'exécution du chantier et est donc une source de coût important. Cet inconvénient subsiste dans d'autres cas que dans la fabrication des chaussées, comme dans l'exécution des digues ou des barrages en terre compactée, où il est de toute façon nécessaire d'empiler un grand nombre de couches plus ou moins épaisses, mais où le facteur temps garde toute son importance, voire est même plus critique en fonction de la destination de l'ouvrage. Pour pallier ces inconvénients, l'invention propose un dispositif de traitement de sol en forte épaisseur, du type comprenant un véhicule automoteur supportant des moyens de traitements, principalement caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens de décapage permettant de décaper vers l'avant du véhicule la partie supérieure d'une couche de sol déjà traitée, des moyens permettant de remonter les matériaux provenant de ce décapage et de les faire retomber vers l'arrière du véhicule en dégageant un espace libre où la partie inférieure décapée de la couche est à nu, et des moyens de traitement de cette partie inférieure situés dans cet espace libre de manière à ce que la partie inférieure ainsi traitée se trouve ensuite recouverte par la partie supérieure transférée de l'avant vers l'arrière du véhicule. Selon une autre caractéristique, les moyens de décapage et de transfert comprennent une lame de décapage permettant d'attaquer la couche sensiblement à mi-épaisseur, un élévateur à palette permettant de remonter les matériaux de la demicouche supérieure sur une sole ascendante, et une sole descendante permettant de recevoir les matériaux provenant de la sole ascendante et de les faire retomber en glissant par gravité sur la demi-couche inférieure; le dit espace libre étant situé entre les deux soles. Selon une autre caractéristique, ladite sole ascendante est formée d'un tapis roulant permettant d'éviter un colmatage à ce niveau. Selon une autre caractéristique, les dits moyens de traitement comprennent des moyens de dosage et d'épandage permettant de répandre sur la demi-couche inférieure un produit de traitement, et des moyens de malaxage permettant de mélanger ce produit de traitement avec les matériaux constituant cette demi-couche inférieure. Selon une autre caractéristique, ces moyens de traitement sont formés d'un doseur alvéolaire et d'un rotor de malaxage et ils comprennent en outre un silo et une trémie permettant de contenir le produit de traitement et d'alimenter le dit doseur. Selon une autre caractéristique, les dits moyens de traitement comportent des moyens de compactage de la demi-couche inférieure du sol. Selon une autre caractéristique, le dit espace libre enveloppe les roues arrières du véhicule automoteur, et les moyens de compactage sont constitués par des rouleaux à pieds dameurs formant les dites roues arrières. Selon une autre caractéristique, le dispositif comprend en outre un tapis roulant permettant de transférer les matériaux provenant de la demi-couche supérieure depuis l'arrière de la sole ascendante jusque l'avant de la sole descendante pour agrandir au maximum le dit espace libre, et les moyens de traitement du sol situés dans cet espace libre comprennent simultanément des moyens de dosage, d'épandage, et de malaxage du sol avec un produit de traitement, et des moyens de compactage du sol ainsi traité. D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront clairement dans la description suivante, faite à titre d'exemple non limitatif en regard des figures annexées qui représentent: - les figures I et 2, des vues selon plusieurs coupes partielles d'un épandeur/malaxeur pour couche profonde formant une première variante d'un dispositif selon l'invention; - la figure 3, une vue en coupe partielle d'un compacteur pour couche profonde formant un deuxième mode de réalisation d'un dispositif selon l'invention; et - la figure 4, une vue en coupe partielle d'un dispositif selon l'invention combinant ces deux modes de réalisation. Dans un premier mode de réalisation de l'invention, représenté selon deux coupes partielles sur les figures 1 et 2, on a construit un épandeur/malaxeur permettant d'obtenir une couche de terrain traitée par un liant, tel que par exemple du ciment, sur une épaisseur largement supérieure à l'épaisseur limite permise par les appareils disponibles jusqu'à présent. La couche ainsi traitée aura par exemple une épaisseur de soixante centimètres, et le dosage du liant sera au moins sensiblement uniforme sur toute l'épaisseur de cette couche, et pourra de préférence être sur la partie inférieure de la couche supérieur à la valeur obtenue sur la partie supérieure. L'appareil est construit sur la base d'un châssis rectangulaire 101 muni à son extrémité avant d'une cabine de conduite 102 et à son extrémité arrière de moyens moteurs 103. Il comporte 4 roues motrices et/ou directrices 104 situées aux quatre coins de ce châssis et actionnées à distance, de manière hydraulique par exemple, à partir des moyens moteurs 103. Cette disposition permet de ménager au centre du châssis un espace maximal permettant de contenir les moyens de traitement du sol qui vont être décrits ci-après. Dans ce mode de réalisation, ce dispositif est destiné à traiter une couche de sol 105, elle-même déjà déposée et traitée par des moyens connus, mais non compactée. L'épaisseur de cette couche est donc supérieure à l'épaisseur souhaitée après compactage, dans la mesure où le compactage réduit bien entendu cette épaisseur. Compte tenu de la forte épaisseur de la couche 105, la proportion de produit de traitement contenue dans celle-ci est très variable en fonction de la hauteur. De manière grossière, on peut dire que cette couche se divise en deux parties, une partie supérieure 107 comportant un taux de liant important sensiblement égal à celui désiré, représentée sur la figure par des grandes croix, et une partie inférieure 106 comportant un taux très faible de liant, représentée par des petites croix. Selon l'invention, l'engin de traitement comporte dans la partie libre en dessous du châssis, entre les roues avant et arrière, une lame de décapage 108 qui s'étend latéralement sur une largeur égale à la largeur libre entre les deux côtés du châssis 101. La poutre latérale gauche formant le châssis 101 n'a pas été représentée sur la figure 1, de manière à pouvoir montrer une coupe partielle des moyens de l'invention au niveau de l'alimentation en liant. La lame et les autres organes de l'engin destinés à mettre en oeuvre l'invention sont fixés ensemble par des moyens non représentés, et sont suspendus au châssis par des vérins 109, qui permettent de faire monter et descendre cet ensemble de manière à fixer le niveau d'attaque de la lame à la hauteur de l'épaisseur de la couche 105 qui permet de traiter correctement cette couche, soit en général sensiblement la moitié de cette épaisseur. Ces vérins permettent également de remonter l'ensemble, de manière à pouvoir déplacer sans problèmes l'engin en dehors des zones à traiter. La demi-couche 107 ainsi dégagée par la lame est reprise par un élévateur à palettes 110, qui vient la faire glisser sur une sole ascendante 111, de manière à dégager une nouvelle arase correspondant à la face supérieure de la demi-couche 106. Sur la figure cette sole ascendante est fixe. Le cas échéant, et si le bilan énergétique de l'engin le permet, on pourra utiliser pour cette sole un tapis roulant qui pennettra d'éviter tout risque de colmatage à ce niveau. Arrivé au point haut de cette sole, les matériaux constituant cette demi-couche 107 redescendent vers cette nouvelle arase en glissant sur une sole descendante 112, pour venir se répandre sur la demi-couche 106 et reconstituer une couche 205 complètement traitée comme précisé ci-après. Les soles 111 et 112 délimitent un espace interne en avant duquel on a disposé un doseur alvéolaire 113 s'étendant sur la largeur de traitement définie plus haut par la lame 108. Ce doseur alvéolaire est alimenté en produit de traitement depuis une trémie 114 par au moins un tuyau 115, situé à l'extérieur de la zone de glissement de la sole 111, de manière à dégager le passage des matériaux de la demi-couche 107 sur cette sole. Cette alimentation se fait par gravité, de manière à obtenir une masse volumique du produit de traitement, et donc un dosage de ce produit dans le sol, aussi uniformes que possible. Pour cette raison, on utilisera de préférence deux tuyaux tels que 115 situés de part et d'autre du châssis 101. Le volume de la trémie 114 étant relativement faible, celle-ci sera alimentée à partir d'un silo 116 par des moyens connus, pneumatiques par exemple.Les variations de masse volumique entraînées par ces moyens d'alimentation seront compensés, au moins en partie, par l'alimentation gravitaire à partir de la trémie 114. Le produit de traitement ainsi répandu à la surface de la demi-couche 106 par le doseur 113 est alors mélangé avec les matériaux constituant cette demi-couche 106 à l'aide d'un rotor de malaxage 117 s'étendant sur la largeur du traitement, sensiblement au centre de l'espace interne situé entre les soles 111 et 112. Le matériaux constituant la demi-couche inférieure 106 est donc enrichi en produit de traitement, représenté sur la figure par des petits points, et le débit délivré par le doseur est réglé pour obtenir la dose nécessaire pour que la couche finalement obtenue présente les caractéristiques mécaniques souhaitées. Dans la plupart des cas on s'arrangera pour, comme expliqué plus haut, obtenir dans la partie inférieure de la couche finale un dosage en liant supérieur à celui de la partie supérieure. Ce rotor est recouvert par un carénage 118 qui permet d'éviter une dispersion des poussières provenant de ce malaxage. On obtient donc derrière la sole 112 une couche de matériaux qui est sensiblement homogène au point de vue mécanique et qui comporte selon son épaisseur la variation de dosage souhaitée. Toutefois cette couche est alors relativement aérée et déstructurée, et il convient ensuite d'utiliser un compacteur permettant simultanément de la ramener à la masse volumique souhaitée et d'obtenir l'épaisseur voulue. Cette épaisseur sera, comme prévu par l'invention, bien plus grande que celle qui peut être obtenue par des moyens classiques. Comme on l'a expliqué plus haut, il est à peu prés impossible de compacter une couche comportant une telle épaisseur avec des moyens conventionnels. En conséquence, I'invention propose d'utiliser pour compacter la couche ainsi obtenue l'engin représenté en coupe partielle sur la figure 3 et formant un deuxième mode de réalisation de l'invention. La structure de cet engin est ici celle d'un avant train tracteur connu comportant un châssis 301, un moteur 303, une cabine 302 et des roues avant 304. Les moyens selon l'invention sont situés à l'arrière de l'engin et comportent, comme dans le premier mode de réalisation, une lame de décapage 108 permettant d'araser la couche sensiblement à mi-épaisseur, et un élévateur à palettes 110 permettant de remonter les matériaux composant la demi-couche supérieure par l'intermédiaire d'une sole montante 211. Cette sole est complétée par une sole descendante 212 qui permet de ramener ces matériaux à l'arrière de l'engin sur la demi-couche inférieure qui est restée en place. Toutefois les soles 211 et 212 sont plus grandes que dans l'engin défini sur les figures 1 et 2, de manière à dégager un espace intérieur entre ces soles plus grand que sur l'épandeur/malaxeur préalablement décrit. Ce dimensionnement plus grand est facilité par le fait que l'engin de compactage ne comporte ni silo ni trémie. Ces organes seront bien entendus là aussi fixés sur le châssis 101 par des moyens non représentés sur la figure, comme les vérins 109 précédant, permettant de régler la hauteur de ces moyens par rapport à la surface du sol. Pour obtenir l'effet de compactage souhaité, on utilise pour le train arrière de l'engin non pas des roues, mais un cylindre vibrant, ou un ensemble de rouleaux vibrants, de compactage à pieds dameurs 313 qui vient écraser, de manière connue, la demi-couche inférieure dégagée par les organes précédents. La demi-couche inférieure de la couche 205 se trouve donc compactée par ce cylindre à la valeur souhaitée, et la couche complète est reconstituée par la retombée des matériaux de la demi-couche supérieure au bas de la sole 212 sur cette demicouche inférieure ainsi compactée. Bien entendu à ce moment la demi-couche supérieure n'est pas compactée. Pour obtenir alors une couche sensiblement homogène, on fera passer sur cette couche reconstituée derrière le compacteur selon l'invention, un engin de compactage standard qui compactera la demi-couche supérieure, de manière à obtenir une couche complète compactée de manière sensiblement homogène et ne présentant pas de stratification. Dans un troisième mode de réalisation, I'invention propose de combiner les moyens permettant de traiter la demi-couche inférieure avec du liant et les moyens permettant de compacter cette demi-couche, en les incorporant dans un engin unique tel que celui représenté sur la figure 4. Dans ce dispositif, le silo contenant le produit de traitement est divisé en deux parties 126 et 136. La partie avant 126 est de forme semblable à la partie 116 des figures 1 et 2, mais elle est moins longue pour permettre de rapprocher vers l'avant les moyens de décapage et de traitement de la demi-couche inférieure. La partie arrière 136 permet de conserver une capacité suffisante à l'ensemble. L'engin comporte donc, comme dans les deux modes de réalisation précédents, une lame de décapage 108 qui permet de dégager la demi-couche inférieure en faisant reprendre la demi-couche supérieure par un élévateur à palette 110, qui vient la faire remonter sur une sole 311. Cette sole 311 surmonte un doseur alvéolaire 113 qui permet de répandre le produit de traitement sur la demi-couche inférieure. Ce doseur est suivi d'un rotor de malaxage 117 qui permet de mélanger le produit ainsi répandu avec les matériaux constituant la demi-couche à traiter. Un carénage 318 vient recouvrir cet ensemble afin d'éviter une dispersion des poussières. Le doseur 113 est alimenté depuis une trémie 314 par un tuyau 315. Cet ensemble est situé latéralement sur le côté de l'engin, puisque l'emplacement à l'arrière du silo 126 est occupé par l'autre silo 136. Dans une réalisation préférée, on utilisera également une autre trémie et un autre tuyau, situés de l'autre côté de l'engin, pour alimenter le doseur de manière symétrique afin de limiter au maximum la trituration du produit au niveau de cette alimentation. Compte tenu de la disposition repoussée vers l'avant de ces organes, il existe donc un espace relativement important entre ceux-ci et les roues arrières de l'engin. Pour que cet espace soit disponible, on utilise alors un tapis roulant 310 qui vient recevoir, par gravité depuis l'extrémité arrière de la sole 311, les matériaux remontés le long de cette sole. Ce tapis roulant vient déverser les matériaux ainsi transportés sur une sole arrière 312 qui les ramène à la surface de la demi-couche inférieure, qui a été mélangée avec le liant, puis compactée comme on va le voir. L'invention propose en effet de placer dans l'espace ainsi disponible sous le tapis roulant 310, entre l'arrière du capotage 318 et la face avant de la sole 312, des moyens de compactage 323 précédés par une table vibrante 320. La table vibrante permet d'égaliser la surface, qui est très mouvementée après l'intervention du rotor 117. Dans cet exemple de réalisation, les moyens de compactage sont formés par des pieds dameurs qui permettent, de manière connue, de compacter la demi-couche inférieure traitée par le rotor 117, de façon à rétablir la masse volumique voulue pour cette demi-couche. De tel pieds dameurs, fonctionnant dans un mouvement alternatif les uns par rapport aux autres, sont connus dans l'art et permettent d'obtenir un compactage énergique sous un petit volume tout à fait compatible avec l'espace disponible offert par cette structure. Les matériaux de la demi-couche supérieure, tombant de la sole 312, viennent donc recouvrir la demi-couche inférieure ainsi traitée et compactée, et il ne reste plus alors qu'à compacter cette demi-couche supérieure par des moyens connus, par exemple avec un dispositif semblable à celui de la figure 3, dans lequel on aura relevé les moyens de décapage de la demi-couche supérieure, pour utiliser seulement les moyens de compactage formant les roues arrières. L'invention permet donc d'obtenir facilement et rapidement une couche de terrain traitée et/ou compactée présentant sans stratification une épaisseur sensiblement égale ou double de l'épaisseur des couches non stratifiées pouvant être obtenues par les moyens connus jusqu'à présent. REVENDICATIONS 1 - Dispositif de traitement de sol en forte épaisseur, du type comprenant un véhicule automoteur supportant des moyens de traitements, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens de décapage (108) permettant de décaper vers l'avant du véhicule la partie supérieure (107) d'une couche de sol déjà traitée, des moyens (110-112) permettant de remonter les matériaux provenant de ce décapage et de les faire retomber vers l'arrière du véhicule en dégageant un espace libre où la partie inférieure décapée (106) de la couche est à nu, et des moyens de traitement (113, 117, 323) de cette partie inférieure situés dans cet espace libre de manière à ce que la partie inférieure ainsi traitée se trouve ensuite recouverte par la partie supérieure transférée de l'avant vers l'arrière du véhicule. 2 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de décapage et de transfert comprennent une lame de décapage (108) permettant d'attaquer la couche (105) sensiblement à mi-épaisseur, un élévateur à palette (110) permettant de remonter les matériaux de la demi-couche supérieure (107) sur une sole ascendante (111), et une sole descendante (112) permettant de recevoir les matériaux provenant de la sole ascendante et de les faire retomber en glissant par gravité sur la demi-couche inférieure (106); le dit espace libre étant situé entre les deux soles. 3 - Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite sole ascendante est formée d'un tapis roulant permettant d'éviter un colmatage à ce niveau. 4 - Dispositif selon l'une quelconque de revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les dits moyens de traitement comprennent des moyens de dosage et d'épandage (113) permettant de répandre sur la demi-couche inférieure un produit de traitement, et des moyens de malaxage (117) permettant de mélanger ce produit de traitement avec les matériaux constituant cette demi-couche inférieure. 5 - Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que ces moyens de traitement sont formés d'un doseur alvéolaire (113) et d'un rotor de malaxage (117) et qu'ils comprennent en outre un silo (116) et une trémie (114) permettant de contenir le produit de traitement et d'alimenter le dit doseur. 6 - Dispositif selon l'une quelconque des revendication 1 à 3, caractérisé en ce que les dits moyens de traitement comportent des moyens de compactage (313) de la demi-couche inférieure du sol. 7 - Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que le dit espace libre enveloppe les roues arrières du véhicule automoteur et en ce que les moyens de compactage sont constitués par des rouleaux à pieds dameurs formant les dites roues arrières. 8 - Dispositif selon les revendication 4 et 6, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un tapis roulant (315) permettant de transférer les matériaux provenant de la demi-couche supéneure depuis l'arrière de la sole ascendante (311) jusque l'avant de la sole descendante (312) pour agrandir au maximum le dit espace libre, et en ce que les moyens de traitement du sol situés dans cet espace libre comprennent simultanément des moyens de dosage, d'épandage, et de malaxage (113,117) du sol avec un produit de traitement, et des moyens de compactage (323) du sol ainsi traité.