Brevet FR2823233A1 — publié le 20021011

La présente invention concerne une chaussée résistante à l'action du gel/dégel et un procédé de fabrication d'une telle chaussée. L'action du gel/dégel sur les chaussées est un problème aigu qui peut avoir des répercussions particulièrement désastreuses (formation d'ornières, fissures dans le revêtement roulant, etc..) pour lesdites chaussées, en particulier, si le sol-support de la chaussée, est un sol gélif. On appelle ici-sol gélif-un sol ayant la propriété d'absorber de grandes quantités d'eau et étant susceptible de donner prise au phénomène de la gélivation. Ce phénomène se traduit lors de périodes de gel par la formation de lentilles de glace. Non seulement, ces lentilles de glace se nourrissent de l'eau libre existant dans le sol, mais par capillarité ou condensation, l'eau du sous-sol remonte pour remplacer l'eau absorbée. Il s'ensuit un phénomène d'aspiration de l'eau vers le front de gel et l'expansion de ces lentilles de glace, ce qui induit un gonflement très important du sol. Des contraintes importantes apparaissent donc sur la chaussée. Lors de périodes de dégel, cette eau est brusquement libérée en superficie. Les couches les plus profondes demeurant gelées, elles forment des couches imperméables qui forcent l'eau à rester dans la couche supérieure du sol. La couche superficielle du sol devient donc un "bourbier"et ne peut plus assurer pleinement la portance de la chaussée. Il découle de ces phénomènes, une très grande fragilisation de la chaussée. Dans les régions où le sol est sensible au gel, toute circulation de véhicules lourds doit être interrompue dès les premiers signes de gel. Des"barrières de dégel"doivent être appliquées interdisant de ce fait, l'accès de zones économiques locales aux véhicules lourds. Cette interdiction d'accès peut selon la force et la durée du gel être relativement longue (i. e. plusieurs mois) entraînant de ce fait une gêne non négligeable pour l'économie locale. Même si le sol est peu gélif, des conditions météorologiques particulières (neige et avalanches en montagne, pluies abondantes accompagnées de verglas ou de gel en plaine) peuvent entraîner un vieillissement prématuré et donc une fragilisation des chaussées. Enfin, ces phénomènes de gélivation ne concernent pas seulement le sol-support de la chaussée mais également la chaussée ellemême si les matériaux constitutifs de celle-ci sont gélifs. Avant de construire une chaussée sur un terrain donné, on doit actuellement tenir compte de l'importance de la circulation que celle-ci devra supporter (en particulier, en trafic de poids lourds), des conditions météorologiques locales (climat, risques de gel,...), du régime des nappes et enfin procéder à des mesures directes, i. e. des sondages afin d'étudier l'hétérogénéité du terrain et sa résistance. L'ensemble de ces renseignements conditionne alors l'emploi de méthodes pour protéger les chaussées des effets du gel. Une première méthode consiste à déposer par exemple des couches de sables ciments qui servent d'éléments de portance du revêtement roulant. Bien que reconnue comme efficace, cette méthode nécessite des épaisseurs de mise en oeuvre importantes et supérieures à 20 cm, ce qui rend les couches vulnérables aux fissurations de retrait et aux fissurations thermiques. Une autre méthode consiste à limiter l'afflux d'eau vers la zone gelée en imperméabilisant les accotements ou en drainant les abords des chaussées. Cependant, cette méthode est difficile et coûteuse à mettre en oeuvre et a, employée seule, un effet limité pour des sols gélifs. L'objectif de la présente invention est donc de proposer un procédé de réalisation d'une chaussée résistante à l'action du gel/dégel. Ce procédé simple dans sa conception et dans sa mise en oeuvre, rapide et économique devrait permettre, outre une avancée technique, la réalisation de chaussées résistantes à l'action du gel/dégel préférentiellement pour le réseau routier secondaire. A cet effet, l'invention concerne une chaussée résistante à l'action du gel/dégel comprenant au moins une première couche inférieure de revêtement routier et au moins une seconde couche supérieure de revêtement routier. Selon l'invention, - la première couche inférieure comprend : (a) 95 à 99 % en poids d'un matériau granulaire constitué d'un mélange d/D de granulats où d signifie le plus petit diamètre et D le plus grand diamètre des granulats, qu'ils soient reconstitués ou non, dont le d est compris entre 6 et 20 mm et le D est compris entre 10 et 40 mm, par exemple : 6/10-6/15-6/20-10/20-10/30- 10/40-20/40, et facultativement jusqu'à 15% en poids, par rapport au poids total des granulats, d'au moins un sable de carrière ; et (b) 1 à 5% en poids d'au moins un matériau non pierreux de masse volumique inférieure à 1, et (c) 3 à 6% en poids, par rapport au poids total de (a) et (b) d'une émulsion de bitume ; (d) les proportions pondérales du premier granulat, du second granulat et éventuellement du sable de carrière étant telles, qu'après compactage, la première couche inférieure a un taux de vide d'au moins 15% en volume ; et - la deuxième couche supérieure est une couche de roulement de béton bitumineux à froid, étanche à l'eau. Dans différents modes de réalisation particuliers de la chaussée résistante au gel/dégel, chacun ayant des avantages particuliers et susceptibles de nombreuses combinaisons techniquement possibles : - le taux de vide de la première couche inférieure compactée est de 15 à 25% en volume, - le rapport D/d des granulats pierreux est supérieur à 1, de préférence supérieur à 2, - le matériau non pierreux est choisi parmi la sciure et les copeaux de bois, les films, copeaux et granulés de polyéthylène et les films, copeaux et granulés de polystyrène, - la première couche inférieure a une épaisseur usuelle, après compactage, de 10 à 20 cm, - la deuxième couche supérieure a une épaisseur, après compactage de 3 à 6 cm, - la première couche inférieure, après compactage, a un module élastique E inférieur à 2000 MPa, - la couche supérieure, après compactage, a un module élastique E d'environ 4000 à 5000 MPa, - la couche de roulement a une granulométrie de l'ordre de 0/10, - l'émulsion de bitume est une émulsion cationique renfermant 60 à 70% en poids de bitume et ayant un pH allant de 1 à 4, - la chaussée comporte une couche intermédiaire de bouchardage entre la première couche inférieure et la seconde couche supérieure, On appelle ici-bouchardage-l'opération qui consiste à obstruer er les vides de la zone superficielle de la première couche inférieure par du sable ou de petits gravillons de diamètre d'très inférieur au diamètre d des premiers granulats pierreux en vue d'obtenir une surface rugueuse présentant une bonne planéité. - la couche de bouchardage comprend des gravillons de dimensions appropriées pour se loger dans au moins une partie des vides superficiels de la première couche inférieure, - la chaussée comprend éventuellement un dispositif de protection latérale de la chaussée réduisant la circulation d'eau dans la chaussée. L'invention concerne également un procédé de fabrication d'une chaussée résistante à l'action du gel/dégel. Selon l'invention, le procédé comprend les étapes - former sur un sol une couche inférieure d'un matériau obtenu par malaxage de : (a) 95 à 99 % en poids d'un matériau granulaire constitué d'un mélange d/D de granulats dont le plus petit diamètre d va de 6 à 20 mm et le plus grand diamètre D va de 10 à 40 mm, et facultativement jusqu'à 15% en poids, par rapport au poids total des granulats, d'au moins un sable de carrière ; et (b) 1 à 5% en poids d'au moins un matériau non pierreux de masse volumique inférieure à 1, et (c) 3 à 6% en poids, par rapport au poids total de (a) et (b) d'une émulsion de bitume ; (d) les proportions pondérales du premier granulat, du second granulat et éventuellement du sable de carrière étant telles, qu'après compactage, la première couche inférieure a un taux de vide d'au moins 15% en volume et compacter ladite couche ; - former éventuellement sur la couche inférieure une couche d'éléments de bouchardage et compacter ladite couche ; et - former sur la couche inférieure compactée et éventuellement bouchardée une couche de béton bitumineux à froid et compacter ladite couche pour obtenir une couche de roulement, étanche à l'eau. L'invention sera décrite plus en détail en référence à la figure 1 annexée qui est une représentation schématique d'une chaussée selon l'invention. Une des conditions requises pour la réalisation de chaussées résistantes au gel/dégel est la faible profondeur de pénétration du gel atteinte dans le sol naturel. En d'autres termes, la profondeur de pénétration de l'isotherme 0 C dans le sol porteur de la chaussée doit être la plus faible possible. Idéalement, le front de gel devrait se stabiliser dans le corps même de la chaussée qui ne subirait alors guère de dommages si cette chaussée est constituée de matériaux non gélifs. En effet, si le front de gel (isotherme 0 C) traverse l'ensemble de la chaussée et pénètre puis se stabilise dans le sol-support, on peut assister si le sol est gélif ou a subi des pluies abondantes, à la formation de lentilles de glace. Ces dernières peuvent être associées à des phénomènes d'aspiration de l'eau présente dans le sous-sol si le froid est suffisamment long. On observe alors un gonflement du sol et l'apparition de contraintes sur la chaussée, fragilisant cette dernière. On cherche donc à réaliser une chaussée dont la composition structurelle et les matériaux retenus assurent une isolation thermique du sol-support de la chaussée et donc une profondeur de pénétration du front de gel dans ce dernier la plus faible possible. Selon l'invention telle que représentée sur la figure 1, la chaussée 1 résistante à l'action du gel/dégel comprend au moins une première couche inférieure 2 de revêtement routier et au moins une seconde couche supérieure 3 de revêtement routier. La première couche inférieure 2 comprend 95 à 99 % en poids d'un matériau granulaire constitué d'un mélange d/D de granulats dont le plus petit diamètre va de 6 à 20 mm, et le plus grand diamètre D va de 10 à 40 mm, et facultativement jusqu'à 15% en poids, par rapport au poids total des granulats, d'au moins un sable de carrière. Les granulats sont représentés par un premier granulat 4 de diamètre d et un second granulat 5 de diamètre D. Le rapport D/d des premier 4 et second 5 granulats pierreux est choisi supérieur à 1, et dans un mode de réalisation préféré, ce rapport est supérieur à 2. La première couche inférieure 2 comprend également 1 à 5% en poids d'au moins un matériau non pierreux 6 de masse volumique inférieure à 1. Ce matériau 6 est choisi parmi la sciure et les copeaux de bois, les films, copeaux et granulés de polyéthylène et les films, copeaux et granulés de polystyrène. Les copeaux de bois ou la sciure de bois ont subi avantageusement, selon une méthode bien établie, un traitement d'imputrescibilité consistant à traiter thermiquement les morceaux de bois par chauffage à des températures comprises entre 400 et 800oC puis à leur faire subir un traitement chimique afin de rendre lesdits morceaux inertes. La première couche inférieure 2 comprend 3 à 6% en poids, par rapport au poids total de (a) et (b) d'une émulsion de bitume 7. Dans un mode de réalisation préféré, cette émulsion 7 est une émulsion cationique renfermant 60 à 70% en poids de bitume et ayant avantageusement un pH allant de 1 à 4. Les proportions pondérales du premier granulat 4, du second granulat 5 et éventuellement du sable de carrière sont telles, qu'après compactage, la première couche inférieure 2 a un taux de vide 8 d'au moins 15% en volume. De manière avantageuse, ce taux de vide 8 est compris entre 15 et 25% en volume. L'épaisseur, après compactage, de la première couche inférieure 2 est de 10 à 20 cm. La deuxième couche supérieure 3 est une couche de roulement de béton bitumineux à froid, étanche à l'eau. Son épaisseur, après compactage est de 3 à 6 cm et son module élastique E est de l'ordre de 4000 à 5000 MPa. Le module d'élasticité de la deuxième couche supérieure 3 est dans un mode de réalisation préféré de l'ordre du double du module d'élasticité de la première couche inférieure 2 après compactage. La couche de roulement 3 a une granulométrie de l'ordre de 0/10. Le matériau non pierreux 6 ajouté présente une conductivité thermique telle que combinée à une couche de roulement en BBSG (béton bitumineux-semi-grenu), par exemple, la conductivité thermique de l'ensemble de la structure soit avantageusement inférieure à 1,2 W/m. K à 23OC. La chaussée 1 comporte une couche intermédiaire 9 de bouchardage entre la première couche inférieure 2 et la seconde couche supérieure 3. Cette couche 9 comprend des gravillons de dimensions appropriées pour obstruer les vides 8 superficiels de la première couche inférieure 2 et obtenir ainsi une surface rugueuse présentant une bonne planéité après compactage. La couche intermédiaire 9 dite de préimperméabilisation permet de diminuer l'épaisseur de la couche de roulement 3 tout en assurant de l'étanchéité et de la souplesse à la structure. La chaussée 1 comprend également un dispositif 10 de protection latérale de la chaussée 1 réduisant la circulation d'eau dans la chaussée 1. Ce dispositif 10 est facultatif et vise essentiellement à empêcher l'infiltration latérale de l'eau dans la chaussée 1 tout en permettant à l'eau éventuellement présente dans ladite chaussée 1 de pouvoir s'évacuer. Ce dispositif 10 peut être, par exemple, constitué de fossés d'écoulement, la chaussée et ses accotements étant surélevés par rapport à ces derniers. L'invention concerne également un procédé de fabrication d'une chaussée 1 résistante à l'action du gel/dégel. Selon l'invention, on forme sur un sol 11 une couche inférieure 2 d'un matériau obtenu par malaxage de (a) 95 à 99 % en poids d'un matériau granulaire constitué d'un mélange d/D de granulats dont le plus petit diamètre d va de 6 à 20 mm et le plus grand diamètre D va de 10 à 40 mm, et facultativement jusqu'à 15% en poids, par rapport au poids total des granulats, d'au moins un sable de carrière ; et (b) 1 à 5% en poids d'au moins un matériau non pierreux 6 de masse volumique inférieure à 1, et (c) 3 à 6% en poids, par rapport au poids total de (a) et (b) d'une émulsion de bitume 7. Les proportions pondérales du premier 4 granulat, du second granulat 5 et éventuellement du sable de carrière sont telles, qu'après compactage, la première couche inférieure 2 a un taux de vide 8 d'au moins 15% en volume. Avantageusement, ce taux de vide 8 est compris entre 15 et 25% en volume. On compacte ensuite cette première couche inférieure 2. On forme éventuellement sur cette couche inférieure 2 une couche d'éléments de bouchardage 9 obtenue par obstruction des vides 8 superficielles de la couche inférieure 2 avec du sable ou de petits gravillons de diamètre d'très inférieur au diamètre d des premiers granulats pierreux 4. On compacte ladite couche 9 et on forme sur la couche inférieure compactée 2 et éventuellement bouchardée 9 une couche de béton bitumineux à froid 3. Cette couche est également compactée pour obtenir une couche de roulement, étanche à l'eau. Le procédé de l'invention a fait l'objet de mises en oeuvre dont un exemple est présenté ici, cet exemple faisant ressortir la qualité de l'amélioration de l'isolation thermique obtenue : Exemple 1 Une étude de dimensionnement au gel d'une chaussée 1, selon l'invention, a été réalisée sur la structure suivante : - Couche de roulement d'une épaisseur 3 de 4 cm en BBSG (béton bitumineux-semi grenu) - Une assise 2 d'une épaisseur de 15 (ou 20) cm avec les matériaux suivants : Grave bitume, Grave émulsion, Sable ciment et des ajouts dont les caractéristiques sont comparables à celles du sable ciment. Les conditions météorologiques retenues pour cette étude sont les suivantes : - durée de simulation : 30 jours - température de gel :-10oC - durée de gel : 15 jours. Les résultats obtenus par cette simulation sont les suivants : Epaisseur de matériaux de base 15 cm 20 cm Pénétration du front de gel Grave bitume 43 cm 27 cm Grave émulsion 35 cm 3 cm Sable ciment 37 cm 2 cm Ajouts 4cm 2cm On observe donc que pour une épaisseur de Grave bitume de 15 cm, l'isotherme 0 C pénètre de 43 cm dans le sol 11-support de la chaussée 1. Cette profondeur n'est plus que de 27 cm lorsque l'assise en Grave bitume fait 20 cm d'épaisseur. On remarque la bonne isolation thermique obtenue pour une assise 2 en Sable ciment de 20 cm d'épaisseur. Cependant, une telle épaisseur rend l'assise 2 vulnérable aux fissurations de retrait et aux fissurations thermiques. Lorsque l'épaisseur de l'assise 2 en Sable ciment n'est plus que de 15 cm, on obtient de nouveau une grande profondeur (37 cm) de pénétration du front de gel dans le sol 11 naturel. Le meilleur comportement pour une assise 2 d'une épaisseur de 15 cm est obtenu pour l'assise selon l'invention, i. e. faisant intervenir un mélange de matériaux pierreux et non pierreux, un matériau non pierreux 6 de masse volumique inférieure à 1 choisi parmi la sciure et les copeaux de bois, les films, copeaux et granulés de polyéthylène et les films, copeaux et granulés de polystyrène et ladite assise présentant, après compactage, un taux de vide 8 d'au moins 15% en volume. On note également qu'au-delà d'une certaine épaisseur (20 cm), on ne gagne plus en terme de protection au gel. Ce procédé peut avantageusement être utilisé pour la fabrication de chaussées 1 résistantes à l'action du gel/dégel pour les routes secondaires. REVENDICATIONS 1. Chaussée (1) résistante à l'action du gel/dégel comprenant au moins une première couche (2) inférieure de revêtement routier et au moins une seconde couche (3) supérieure de revêtement routier, caractérisé en ce que : - la première couche (2) inférieure comprend : (a) 95 à 99 % en poids d'un matériau granulaire constitué d'un mélange d/D de granulats pierreux (4,5) dont le plus petit diamètre d va de 6 à 20 mm et dont le plus grand diamètre D va de 10 à 40 mm, et facultativement jusqu'à 15% en poids, par rapport au poids total des granulats (4,5), d'au moins un sable de carrière ; et (b) 1 à 5% en poids d'au moins un matériau non pierreux (6) de masse volumique inférieure à 1, et (c) 3 à 6% en poids, par rapport au poids total de (a) et (b) d'une émulsion de bitume (7) ; (d) les proportions pondérales des granulats (4,5) et éventuellement du sable de carrière étant telles, qu'après compactage, la première couche (2) inférieure a un taux de vide (8) d'au moins 15% en volume ; et - la deuxième couche (3) supérieure est une couche de roulement de béton bitumineux à froid, étanche à l'eau. 2. Chaussée selon la revendication 1, caractérisée en ce que le taux de vide (8) de la première couche inférieure compactée est de 15 à 25% en volume. 3. Chaussée selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que le rapport D/d des granulats pierreux (4,5) est supérieur à 1, de préférence supérieur à 2. 4. Chaussée selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que le matériau non pierreux (6) est choisi parmi la sciure et les copeaux de bois, les films, copeaux et granulés de polyéthylène et les films, copeaux et granulés de polystyrène. 5. Chaussée selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la première couche (2) inférieure a une épaisseur, après compactage, de 10 à 20 cm. 6. Chaussée selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la deuxième couche (3) supérieure a une épaisseur, après compactage, de 3 à 6 cm. 7. Chaussée selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la première couche (2) inférieure, après compactage, a un module élastique E inférieur à 2000 MPa. 8. Chaussée selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la couche (3) supérieure, après compactage, a un module élastique E d'environ 4000 à 5000 MPa. 9. Chaussée selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la couche de roulement a une granulométrie de l'ordre de 0/10. 10. Chaussée selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'émulsion de bitume (7) est une émulsion cationique renfermant 60 à 70% en poids de bitume et ayant un pH allant de 1 à 4. 11. Chaussée selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comporte une couche intermédiaire de bouchardage (9) entre la première couche (2) inférieure et la seconde couche (3) supérieure. 12. Chaussée selon la revendication 11, caractérisée en ce que la couche de bouchardage (9) comprend des gravillons de dimensions appropriées pour se loger dans au moins une partie des vides (8) superficiels de la première couche (2) inférieure. 13. Chaussée selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comprend un dispositif de protection latérale (10) de la chaussée (1) réduisant la circulation d'eau dans la chaussée (1). 14. Procédé de fabrication d'une chaussée résistante à l'action du gel/dégel, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes - former sur un sol (11) une couche inférieure (2) d'un matériau obtenu par malaxage de (a) 95 à 99 % en poids d'un matériau granulaire constitué d'un mélange d/D de granulats pierreux (4,5) dont le plus petit diamètre d va de 6 à 20 mm et dont le plus grand diamètre D va de 10 à 40 mm, et facultativement jusqu'à 15% en poids, par rapport au poids total des granulats (4,5), d'au moins un sable de carrière ; et (b) 1 à 5% en poids d'au moins un matériau non pierreux (6) de masse volumique inférieure à 1, et (c) 3 à 6% en poids, par rapport au poids total de (a) et (b) d'une émulsion de bitume (7) ; (d) les proportions pondérales des granulats (4,5) et éventuellement du sable de carrière étant telles, qu'après compactage, la première couche (2) inférieure a un taux de vide (8) d'au moins 15% en volume et compacter ladite couche ; - former éventuellement sur la couche inférieure (2) une couche d'éléments de bouchardage (9) et compacter ladite couche ; et - former sur la couche inférieure (2) compactée et éventuellement bouchardée une couche de béton bitumineux à froid (3) et compacter ladite couche pour obtenir une couche de roulement, étanche à l'eau.