Brevet FR2773181A1 — publié le 19990702

L'invention concerne une chaussée résistante à l'orniérage ainsi qu'un procédé de réalisation d'une telle chaussée. Une chaussée comprend en général une couche de fondation, une couche de base, une couche de liaison et une couche de roulement. Toutes ces couches sont constituées de matériaux traités avec des liants soit hydrauliques, soit hydrocarbonés. Les matériaux et les liants sont déterminés en fonction du type de circulation que la chaussée doit supporter ou, autrement dit, en fonction du type d'usure et de déformation auquel la chaussée sera sujette lors de son utilisation. Un de ces phénomènes auquel la chaussée est ainsi exposée, est celui de la formation d'ornières. Les ornières, généralement définies comme des traces ou marques profondes laissées par les roues d'un véhicule sur un chemin, sont provoquées par la charge des véhicules circulant sur la chaussée et par l'échauffement de celle-ci. En effet, la formation d'ornières dans une chaussée comprenant des couches en béton bitumineux est favorisée lorsque la température de la chaussée, ou de l'une au moins des couches, dépasse la température de ramollissement du bitume de cette couche. La température de la chaussée résulte essentiellement de la température du sol sur lequel la chaussée repose et de son échauffement par insolation. De plus, une chaussée destinée à supporter la circulation de véhicules lourds subit des contraintes plus grandes dans des zones telles que par exemple une zone d'approche d'un péage d'autoroute o la chaussée doit supporter le freinage des véhicules ou le stockage des camions dans les files d'attente, que dans les zones de passage des chaussées de l'autoroute. Pour remédier à cette fragilité particulière des chaussées, on peut envisager que, dans les zones fortement sollicitées la chaussée soit constituée essentiellement par une dalle de béton. Toutefois, cette solution est retenue uniquement pour la construction nouvelle de zones de cette nature, car, dans ce cas, le délai de prise du béton est acceptable. En réparation de la chaussée, par contre, le délai de prise du béton est trop long et implique des arrêts de circulation des poids lourds pendant un temps inacceptable. L'orniérage des chaussées est dangereux car il canalise l'eau de pluie et rend la chaussée glissante. Cela est d'autant plus vrai pour les poids lourds au moment de l'étape de freinage à l'approche de zones telles que par exemple des postes de péage. Pour éviter l'orniérage, différentes techniques ont été essayées. Ainsi, une technique consiste à mélanger le liant bitumineux avec une charge mixte de granulats minéraux et paillettes de déchets de matière plastique (FR-2.742.174). Une autre technique consiste en l'utilisation d'une composition de revêtement de route comportant un béton hydrocarboné et des fibres acrylonitriles, de préférence en forme de reins (FR- 2.647.822). Quelle que soit la résistance à l'orniérage des couches bitumineuses préparées selon ces différentes techniques, aucune de ces techniques ne donne complètement satisfaction. Par ailleurs, des essais ont été faits avec des enrobés " blancs " pour bénéficier du fait que cette couleur absorbe moins la chaleur que le noir habituel du bitume. Toutefois, de tels enrobés résistent très mal à l'orniérage. Le but de l'invention est de proposer une chaussée résistante à 1'orniérage et qui est constituée de façon à améliorer sa résistance à la formation d'ornières. Cette chaussée doit pouvoir être réalisée aussi bien en construction nouvelle qu'en réparation. Le but de l'invention est atteint par une chaussée comprenant au moins une couche de base et une couche de roulement ainsi qu'au moins une couche intermédiaire à teneur en vide élevée. Intercaler une couche d'isolation entre la couche de base et la couche de roulement permet d'abord d'associer des produits bitumineux dont la formulation est adaptée, pour chacune des couches constituant la chaussée, aux contraintes spécifiques exercées pendant l'utilisation de la chaussée et qui ont une bonne résistance à l'orniérage. En même temps, elle permet en isolant les couches inférieures de la chaussée des couches supérieures, d'éviter une élévation importante de leur température. En effet, la couche de roulement est habituellement posée, directement ou par l'intermédiaire d'une couche d'accrochage, sur une couche de base formée avec des enrobées denses. Cette couche en enrobés denses ne transmet pas entièrement la chaleur de la couche de roulement vers la couche inférieure, mais apporte une baisse de la température de l'ordre de 1 C par centimètre d'épaisseur de la couche. Contrairement à cela, la couche intermédiaire selon l'invention permet d'abaisser cette température de presque 2 C par centimètre d'épaisseur, Selon le mode de réalisation choisi, la chaussée de l'invention a l'une ou l'autre des caractéristiques techniques suivantes, considérées isolément ou selon toutes leurs combinaisons techniquement possibles: - La couche intermédiaire comprend des enrobés drainants. - La teneur en vide de la couche intermédiaire est comprise entre 25 et 30 %; avantageusement elle est de l'ordre de 30%. - La couche de base est réalisée avec un bitume dur, éventuellement avec un additif de polyéthylène, ce qui crée un support rigide pour bien répartir les charges provenant des véhicules lourds. Les bitumes durs utilisés à cet effet ont une température bille anneau (T.B.A.; température normalisée à laquelle le bitume se ramollit) supérieure à 50 C. L'épaisseur de la couche de base est, avantageusement, de l'ordre de 6 à 8 cm. Les enrobés traités avec ce bitume dur, sans ou avec additif de polyéthylène, doivent avoir un module complexe, mesuré selon la norme NF P 98-260-2, supérieur à 14.000 MPa. Avantageusement, ce module complexe a une valeur comprise entre 14.000 MPa et 18.000 MPa. Rappelons que la norme NF P 98-260-2 concerne la détermination du module complexe par flexion sinusoïdale d'un mélange hydrocarboné et que le module complexe est le rapport entre une contrainte et une déformation relative complexe d'un mélange hydrocarboné dont le comportement est considéré comme viscoélastique linéaire. La détermination du module complexe est réalisée à au moins quatre températures espacées au plus de 10 C et pour chaque température, à au moins trois fréquences régulièrement espacées d'une sollicitation sinusoïdale. - La couche intermédiaire est formée par des enrobés bitumineux obtenus à partir de gravillons dont la granulométrie et la forme permettent d'obtenir une teneur en vide de l'ordre de %. Ces enrobés contiennent une très faible quantité de sable, avantageusement inférieure à 10%. L'épaisseur de la couche intermédiaire est avantageusement de l'ordre de 4 à 5 cm. A titre de comparaison, il est indiqué que la teneur en vide d'une couche à enrobés drainants est de l'ordre de 20%. - La couche de roulement est rugueuse pour améliorer le freinage des camions. Son épaisseur est avantageusement de l'ordre de 2 à 3 cm. - La chaussée comprend une couche d'accrochage appliquée sur la couche intermédiaire. Avantageusement cette couche d'accrochage est réalisée en enrobés coulés à froid. Cette couche d'accrochage améliore l'adhésion entre les différents enrobés et assure en même temps avec la couche de roulement, l'étanchéité de la couche intermédiaire. L'effet isolant de la couche intermédiaire est obtenu par une teneur en vide élevée du béton bitumineux utilisé pour la réalisation de cette couche. La teneur en vide ou le pourcentage en vide, du béton bitumineux dépend à la fois de la discontinuité de la granularité des gravillons choisis et de leur forme, comme cela sera décrit davantage en détail plus loin. Selon des relevés réalisés, la température de la chaussée dépasse rarement et de peu la température de 60 C. Compte- tenu de la capacité isolante de la couche intermédiaire, la couche de base apporte, selon son épaisseur, une protection thermique de l'ordre de 10 C. Les bitumes durs utilisés pour la formulation de la couche de base ayant une température de ramollissement supérieure à 50 C, la couche de base, qui est la plus sensible à l'orniérage est protégée par la couche intermédiaire. De plus, la couche de roulement est réalisée en une épaisseur de l'ordre de 2 à 3 cm seulement. Ainsi, en admettant un orniérage de l'ordre de 10%, les ornières qui se formeront pendant l'utilisation de la chaussée, ont une hauteur ne dépassant pas 2 à 3 mm. Rappelons que la hauteur d'une ornière est définie comme la différence de niveau entre le sommet de deux bosses et le niveau du creux provoqué par le passage des roues des véhicules. La hauteur actuellement tolérée des ornières est de 5 mm. L'invention consiste donc non seulement à utiliser des produits qui, techniquement, ne peuvent pas ou peu orniérer mais aussi à les assembler de manière à ce que les uns protègent les autres. Le choix de matériaux bitumineux, utilisable non seulement pour la réalisation de constructions nouvelles de chaussées, mais aussi pour leur réparation, permet une remise en circulation rapide des chaussées après travaux. Le but de l'invention est également atteint par un procédé de réalisation d'une chaussée résistante à l'orniérage. Ce procédé comprend la pose d'une couche de base et la pose d'une couche de roulement, ainsi que la pose d'une couche intermédiaire en un matériau à teneur en vide élevée. Selon un mode avantageux de réalisation de ce procédé, la réalisation de la chaussée selon l'invention comprend, dans l'ordre indiqué, les étapes suivantes: - pose d'une couche de fondation, - pose d'une couche de base, - pose d'une couche intermédiaire constituant une couche de liaison réalisée en un matériau en teneur en vide élevée, et - pose d'une couche de roulement. En variante de ce mode de réalisation, le procédé de réalisation comprend de plus la pose d'une couche d'accrochage sur la couche intermédiaire avant la pose de la couche de roulement. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description ci-après d'un mode de réalisation avantageux d'une chaussée selon l'invention. La description est faite en référence aux dessins, dans lesquels: La Figure 1 représente schématiquement la structure d'une chaussée selon l'invention, La Figure 2 représente schématiquement une variante de la chaussée selon la Figure 1, et La Figure 3 rappelle la définition de la hauteur d'une ornière. Les chaussées résistantes à l'orniérage et destinées à supporter la circulation de véhicules lourds, telles que par exemple les chaussées d'une autoroute, comprennent une couche de fondation 1 posée sur le sol support et une couche de base 2 posée sur la couche de fondation. Ces deux couches ont pour fonction de répartir les charges verticales exercées par les véhicules lourds et doivent résister à la fatigue provoquée par la répétition des efforts résultant de la circulation des véhicules. La chaussée comprend également une couche intermédiaire 3 et une couche de roulement 4 posées successivement l'une après l'autre sur la couche de base 2. Selon une variante du mode de réalisation décrit ci-avant, la chaussée représentée sur la Figure 2 comprend une couche d'accrochage 5 appliquée sur la couche intermédiaire 3 avant la pose de la couche de roulement 4. La couche de base 2 est constituée par des enrobés bitumineux réalisés avec des gravillons ayant une granulométrie de 0/14 ou 0/20 et un bitume dur du type 10/20. Le module complexe de ces enrobés est de 14.000 MPa, mesuré selon la norme NF P 98-260.2. Conformément à la norme NF P 98-140, ces enrobes bitumineux sont classés comme enrobés à module élevé et font preuve d'une rigidité particulière assurant à la fois une bonne répartition des charges provenant des véhicules lourds et une bonne résistance à orniérage. Rappelons que la norme NF P 98-140 concerne les enrobés hydrocarbonés et plus particulièrement les couches d'assise réalisées en enrobés à module élevé. La valeur minimale exigée selon cette norme pour le module complexe est 14.000 MPa à C et 10 Hertz. La couche intermédiaire 3 est réalisée avec des gravillons ayant une granulométrie 6/10, du sable et un bitume modifié. La proportion volumique du sable par rapport aux gravillons est de %. La teneur en vide de ces enrobés est évaluée en laboratoire au moyen d'une presse à cisaillement giratoire selon la norme NF P 98-252. Rappelons que la norme NF P 98-252 définit un essai caractérisant l'évolution du pourcentage de vide d'un mélange hydrocarboné soumis à un compactage isotherme. Ce compactage est obtenu par la combinaison d'un cisaillement giratoire et d'une force résultante axiale appliquée par une tête mécanique. La forme des gravillons a beaucoup d'importance pour obtenir des enrobés ayant une teneur en vide définie. Aussi, la qualité de fabrication des matériaux utilisés pour ce type d'enrobés est primordiale. Les principales caractéristiques des gravillons avantageusement utilisés pour obtenir une couche intermédiaire selon l'invention sont les suivantes: Catégorie B II, selon la norme NF P 18- 101 LA par exemple d'une zone d'approche d'un poste de péage. La couche d'accrochage 5 appliquée optionnellement est réalisée en un enrobé coulé à froid. Les différentes couches énoncées ci-avant sont appliquées avec des épaisseurs suivantes: couche de base 2: 6 a 10 cm couche intermédiaire 3:4 à 5 cm couche de roulement 4: 2,5 cm. Les signes de référence insérés après les caractéristiques techniques mentionnées dans les revendications, ont pour seul but de faciliter la compréhension de ces dernières, et n'en limitent aucunement la portée. REVENDICATIONS 1. Chaussée résistante à l'orniérage comprenant au moins une couche de base (2) et une couche de roulement (4), caractérisée en ce qu'elle comprend au moins une couche intermédiaire (3) à teneur en vide élevée. 2. Chaussée selon la revendication 1, caractérisée en ce que la couche intermédiaire (3) comprend des enrobés drainants. 3. Chaussée selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que la teneur en vide de la couche intermédiaire (3) est comprise entre 25 et 30 %. 4. Chaussée selon la revendication 3, caractérisée en ce que la teneur en vide est de l'ordre de 30%. 5. Chaussée selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que la couche de base (2) est rigide et a une épaisseur de l'ordre de 6 à 8 cm, que la couche intermédiaire (3) a une épaisseur de l'ordre de 4 à 5 cm et que la couche de roulement (4) est rugueuse et a une épaisseur de l'ordre de 2 à 3 cm. 6. Chaussée selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce qu'elle comprend une couche d'accrochage (5) appliquée sur la couche intermédiaire (3). 7. Chaussée selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que la couche intermédiaire (3) comprend des gravillons ayant une granulométrie 6/10. 8. Chaussée selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que la couche de base (2) est réalisée avec un bitume dur et avec un additif de polyéthylene. Il 9. Chaussée selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que le module complexe des enrobés bitumineux, mesuré selon la norme NF P98-260-2, est compris entre 14.000 MPa et 18.000 MPa. 10. Procédé de réalisation d'une chaussée résistante à l'orniérage, comprenant la pose d'une couche de base et la pose d'une couche de roulement, caractérisé en ce qu'il comprend de plus la pose d'une couche intermédiaire en un matériau à teneur en vide élevée.