CA2163999A1 - Materiaux granuleux pour renforcement de sols et procede d'elaboration - Google Patents
Materiaux granuleux pour renforcement de sols et procede d'elaborationInfo
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- E02D3/005—Soil-conditioning by mixing with fibrous materials, filaments, open mesh or the like
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- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E01—CONSTRUCTION OF ROADS, RAILWAYS, OR BRIDGES
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Abstract
L'invention concerne un matériau destiné à constituer des sols, des couches ou des sous-couches de terrains ou de chaussées. II comporte un matériau granulé tout-venant tel que du sable ou des matériaux pulvérulents d'origine industrielle auxquels on ajoute des faisceaux de filaments de verre dans une proportion de 0,01 à 0,1 %. Le procédé et le dispositif pour préparer le matériau sont également présentés.
Description
W094/~ 3 9 9 9 PCT/~ 4/00643 MAT~RTAU~ GRANULEUX POUR RENFORCEMENT
DE SOLS ET PROCEDE D'ELABORATION
k'invention concerne les techniques de préparation des sols dans lesquelles on utilise des sables ou des matériaux granuleux de substitution, elle concerne en particulier la réalisation des sous-couches des chemins, routes ou 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 quantités importantes de 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 3s élevé son transport peut revenir très cher.
Un des buts de l'invention est de permettre d'utiliser pour la réalisation de couches sous-jacente des matériaux en particulier des sables provenant de carrières voisines du - ; ,;. --' ~163~g9 .' chantier auxcuels on ajoute des ribr~s cui leur donrent les propriétés voulues.
Un autre but de l'inver.tion est d'améliorer la partici?ation des couches sous-jacentes à la s~abilité de la route et à lz tenue de la chaussée dans le te~ps.
De ~ême, dans le doma ne de l'aménagement des sols pour les ?réparer à une destination nouvelle comme par exemple ?our crée_ un chemin, un terrain de sport, un hipp~drome, où l'on c~mmence par niveler le sol avec des bulldozers, dans l'étape suivante, on peut apporter comme matériau nouveau, non seulement un sable de granulométrie céfinie ~ais ésalement des ~atériaux tout-venants adaptés.
C'est également un but de l'invention de permettre Ij une modification des maté_iaux tout-venants les plus variés ~our ?ermettre leur adaptation comme constituants d'une couche sous-~acente qui préparent le sol nivelé à
une fonction nouvel e te le que l'utilisation comme c~emin, comme ter-ain de sport, de manoeuvre, hippodrome, etc...
De ~ême, l'invention doit permettre la réfection de -outes désr~dées avec réutilisation des granulats déjà en ~lace ou apport de poudres ou granuiats nouveaux.
L'invention a ésalement pour but de proposer un 2j produit permettant le rerforcement qui soit compatible avec les ajouts habituels des sables tels que les liants hydrauliques.
L'addition de fibres de verre à des matériaux destinés à équi?er les routes est déjà connue. En ~articulier, le document E~-3-0 333 299 propose d~ajouter des faisceaux de flbres de verre tronçonnés à des graviers ~oyés dans du bitume dans ~e proportion de O,2 à 0,8%.
Le rôle et le comportement des fibres dans le sol terminé
est cependant tout à fait différent de ce qu~il est dans 3j un matériaux granuleux pu-sque, dans le bitume, c~est surtout aux hautes températures que les fibres permettent de limiter le fluage. A la température ordinaire, la nature de la liaison fibre-bitume est tellement différente de celle de la liaison fibre-matériau pulvérulent que les ~,;.. -. ;~,r`',-IEE
- 216399~
bons ~ésul~ats anr.orcés Ga~s -P-B-0 333 299 ne pelivent - inciter à tênter d'utiliser des ~ibres miné~ales dans des matériaux granulellx.
Le doclment WO 88/02 19 propose ce renforcer des ~ols naturels (~raviers, sables, sédiments, argile) par des matéri2ux ibreux discrets (fibres artificielles et fibres de ver e). Le diamètre des fibres es~ compris entre 7~ et 2500 um et leur proportion ?ondérale va de 0,1 à 5% (mais aucun des essais présentés ne descend à moins de 0,5%). Le document propose également une méthode de mise en oeuvre où l'on dépose les fibres sur le sol avant de venir travailler celui-ci avec des engins asricoles. Le doc~lment où l'on utllise des fibres unitaires - éventuellement en verre - de gros diamètre et dans des proportions importantes ne met pas sur la voie de l'utilisation de faibles quantités de fibres de verre d~un ~iamètre de 5 à
25 ym en faisceaux d'au moins g0 filame~ts chacun.
ll est également connu, en particllie~ ~ar la demande de b~evet ~O 91/17311, c'ajouter à du ~able l~in de granularité définie par le rapport d/D ~ans leauel d correspond aux particules de petit diamètre et D aux particules de diamètre supérieur, ce sable satisfaisant aux relations d = O et D <= 6 mm, des fibres synthéti~ues en quantité environ comprise entre 0,2 et 5 pour mille en
DE SOLS ET PROCEDE D'ELABORATION
k'invention concerne les techniques de préparation des sols dans lesquelles on utilise des sables ou des matériaux granuleux de substitution, elle concerne en particulier la réalisation des sous-couches des chemins, routes ou 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 quantités importantes de 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 3s élevé son transport peut revenir très cher.
Un des buts de l'invention est de permettre d'utiliser pour la réalisation de couches sous-jacente des matériaux en particulier des sables provenant de carrières voisines du - ; ,;. --' ~163~g9 .' chantier auxcuels on ajoute des ribr~s cui leur donrent les propriétés voulues.
Un autre but de l'inver.tion est d'améliorer la partici?ation des couches sous-jacentes à la s~abilité de la route et à lz tenue de la chaussée dans le te~ps.
De ~ême, dans le doma ne de l'aménagement des sols pour les ?réparer à une destination nouvelle comme par exemple ?our crée_ un chemin, un terrain de sport, un hipp~drome, où l'on c~mmence par niveler le sol avec des bulldozers, dans l'étape suivante, on peut apporter comme matériau nouveau, non seulement un sable de granulométrie céfinie ~ais ésalement des ~atériaux tout-venants adaptés.
C'est également un but de l'invention de permettre Ij une modification des maté_iaux tout-venants les plus variés ~our ?ermettre leur adaptation comme constituants d'une couche sous-~acente qui préparent le sol nivelé à
une fonction nouvel e te le que l'utilisation comme c~emin, comme ter-ain de sport, de manoeuvre, hippodrome, etc...
De ~ême, l'invention doit permettre la réfection de -outes désr~dées avec réutilisation des granulats déjà en ~lace ou apport de poudres ou granuiats nouveaux.
L'invention a ésalement pour but de proposer un 2j produit permettant le rerforcement qui soit compatible avec les ajouts habituels des sables tels que les liants hydrauliques.
L'addition de fibres de verre à des matériaux destinés à équi?er les routes est déjà connue. En ~articulier, le document E~-3-0 333 299 propose d~ajouter des faisceaux de flbres de verre tronçonnés à des graviers ~oyés dans du bitume dans ~e proportion de O,2 à 0,8%.
Le rôle et le comportement des fibres dans le sol terminé
est cependant tout à fait différent de ce qu~il est dans 3j un matériaux granuleux pu-sque, dans le bitume, c~est surtout aux hautes températures que les fibres permettent de limiter le fluage. A la température ordinaire, la nature de la liaison fibre-bitume est tellement différente de celle de la liaison fibre-matériau pulvérulent que les ~,;.. -. ;~,r`',-IEE
- 216399~
bons ~ésul~ats anr.orcés Ga~s -P-B-0 333 299 ne pelivent - inciter à tênter d'utiliser des ~ibres miné~ales dans des matériaux granulellx.
Le doclment WO 88/02 19 propose ce renforcer des ~ols naturels (~raviers, sables, sédiments, argile) par des matéri2ux ibreux discrets (fibres artificielles et fibres de ver e). Le diamètre des fibres es~ compris entre 7~ et 2500 um et leur proportion ?ondérale va de 0,1 à 5% (mais aucun des essais présentés ne descend à moins de 0,5%). Le document propose également une méthode de mise en oeuvre où l'on dépose les fibres sur le sol avant de venir travailler celui-ci avec des engins asricoles. Le doc~lment où l'on utllise des fibres unitaires - éventuellement en verre - de gros diamètre et dans des proportions importantes ne met pas sur la voie de l'utilisation de faibles quantités de fibres de verre d~un ~iamètre de 5 à
25 ym en faisceaux d'au moins g0 filame~ts chacun.
ll est également connu, en particllie~ ~ar la demande de b~evet ~O 91/17311, c'ajouter à du ~able l~in de granularité définie par le rapport d/D ~ans leauel d correspond aux particules de petit diamètre et D aux particules de diamètre supérieur, ce sable satisfaisant aux relations d = O et D <= 6 mm, des fibres synthéti~ues en quantité environ comprise entre 0,2 et 5 pour mille en
2~ poids, de préférence entre 0,5 et 1 pour mille.
Les fibres synthétiques ont une longueur de 1~ à
100mm e~ leur diamètre est compris entre 30 et 100 ~m. Des fibres faites de divers maté~iaux sont cités, les exemples concernent des fibres de polyacrylonitrile.
On cornaît également pa- le document EP-A-0 274 947, une méthode et un appareil où, pour mettre en place un sol renforcé constitué d'éléments particulaires et d'un li2nt, on prélève le matériau pa_ticulaire dans une couche de surface du sol à traiter, on projette le maté-iau
Les fibres synthétiques ont une longueur de 1~ à
100mm e~ leur diamètre est compris entre 30 et 100 ~m. Des fibres faites de divers maté~iaux sont cités, les exemples concernent des fibres de polyacrylonitrile.
On cornaît également pa- le document EP-A-0 274 947, une méthode et un appareil où, pour mettre en place un sol renforcé constitué d'éléments particulaires et d'un li2nt, on prélève le matériau pa_ticulaire dans une couche de surface du sol à traiter, on projette le maté-iau
3~ particulaire immédiatement après prélèvement en pluie sur le sol à t-aiter et on int-oduit le liant au sein de la pluie de matériau particulaire et on dépose le maté iau particulaire et le liant sur le sol à traiter. On réalise sensiblement simultanément une pulvérisation et la . . 21639~9 3 b;~
projection e~ pluie du ma~ériau en prélevant celui-ci au moyen d'un rotor horizontal à pales mordant dans le sol à
traiter sur l'épaisseur de ladite couche de surface animé
d'un mouvement général de translation vers l'avant et rejetant par pro~ection vers l'arrière le matériau ~rélevé
dans ladite couche.
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 fournlt un produit de meilleure qualité plus facile à mettre en oeuvre et, tous comptes faits, moins cher.
- On connaît également des techniques de fixation de terrains sablonneux dans lesquelles on incorpore au sable un réseau filamen~aire textile réalisé à partir d'au moins un câble de fils contlnus. C'est ainsi que la d~m~n~ de brevet FR-A-2 368 211 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 limite~
l'érosion eolienne.
L'invention a été développée dans un but différent, stabiliser les sols dest_nés à supporter des efforts localisés comme ceux dûs aux-piétinements ou au roulement d'engins, ~endant la mise en place des couches supérieures et par la suite, assurer un soutien stable du terrain ou de la route aménagés, les moyens proposés sont également différents.
L~invention propose un matériau granuleux ou pulvérulent destiné ~ la réalisation de sols, de couches ou de sous-couches de terraln ou de chaussée et comportant un mélange à base de granulés minéraux ou organiques et de fibres, dans lequel les fibres sont des fibres minérales, en particulier des fibres de verre constituées de filaments asse~blés en faisceaux d~une longueur inférieure à 100 mm avec des faisceaux constitués d~au moins 40 filaments chacun d~un diamètre unitaire compris entre 5 et 25 ~m. De préférence, les faisceaux ont une longueur com-prise entre 20 et 50 mm.
, " . ~ ~
.
! ' . ' 3 te~
Selon l~invention, la proportion en poids des fais-ceaux de filaments dans le mélange est comprise entre 0,01 ~ et 0,5 ~ et de préfé ence entre 0,01 et 0,1 ~. Ils sont de préférence coupés dans des fils de verre textile dont les filaments ont un diamètre compris entre 13 et 15 ~m, tels que 11 ou 14 ~m. La poudre à laquelle sont a~outés les filaments de verre comprend, avantageusement, essen~iellemen-t des sous-produi~s industriels tels que des cendres volantes ou des laitiers tardis que les granulés '~ J
W094/2$~ 216 3 9 9 ~ PCT/~ 4/00643
projection e~ pluie du ma~ériau en prélevant celui-ci au moyen d'un rotor horizontal à pales mordant dans le sol à
traiter sur l'épaisseur de ladite couche de surface animé
d'un mouvement général de translation vers l'avant et rejetant par pro~ection vers l'arrière le matériau ~rélevé
dans ladite couche.
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 fournlt un produit de meilleure qualité plus facile à mettre en oeuvre et, tous comptes faits, moins cher.
- On connaît également des techniques de fixation de terrains sablonneux dans lesquelles on incorpore au sable un réseau filamen~aire textile réalisé à partir d'au moins un câble de fils contlnus. C'est ainsi que la d~m~n~ de brevet FR-A-2 368 211 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 limite~
l'érosion eolienne.
L'invention a été développée dans un but différent, stabiliser les sols dest_nés à supporter des efforts localisés comme ceux dûs aux-piétinements ou au roulement d'engins, ~endant la mise en place des couches supérieures et par la suite, assurer un soutien stable du terrain ou de la route aménagés, les moyens proposés sont également différents.
L~invention propose un matériau granuleux ou pulvérulent destiné ~ la réalisation de sols, de couches ou de sous-couches de terraln ou de chaussée et comportant un mélange à base de granulés minéraux ou organiques et de fibres, dans lequel les fibres sont des fibres minérales, en particulier des fibres de verre constituées de filaments asse~blés en faisceaux d~une longueur inférieure à 100 mm avec des faisceaux constitués d~au moins 40 filaments chacun d~un diamètre unitaire compris entre 5 et 25 ~m. De préférence, les faisceaux ont une longueur com-prise entre 20 et 50 mm.
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Selon l~invention, la proportion en poids des fais-ceaux de filaments dans le mélange est comprise entre 0,01 ~ et 0,5 ~ et de préfé ence entre 0,01 et 0,1 ~. Ils sont de préférence coupés dans des fils de verre textile dont les filaments ont un diamètre compris entre 13 et 15 ~m, tels que 11 ou 14 ~m. La poudre à laquelle sont a~outés les filaments de verre comprend, avantageusement, essen~iellemen-t des sous-produi~s industriels tels que des cendres volantes ou des laitiers tardis que les granulés '~ J
W094/2$~ 216 3 9 9 ~ PCT/~ 4/00643
4 _, sont du sable auquel peut être ajoutée une quantité variable de liant hydraulique. L'invention prévoit également que les granulés soient des graves traités aux liants hydrauliques.
Dans une variante, les filaments de verre sont à base d'une composition alcali-résistante.
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 de fibres.
L'invention concerne également un procédé de préparation d'un mélange de granulés minéraux et de fibres de verre destiné 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 les faisceaux de filaments soient déposés directement sur le sol nivelé constitué de poudres ou granulés minéraux ou organiques et que le mélange des faisceaux de filaments avec les poudres ou granulés soit effectué par le passage d'un engin de chantier du type fraise, la distribution étant effectuée avantageusement par un engin de chantier du type semoir. Le procédé prévoit également que les faisceaux soient coupés à partir de mèche~s) de fils, immédiatement avant leur dépôt sur le sol nivelé.
Une autre variante du procédé prévoit que pour restaurer une couche de chaussée en graves traités aux liants hydrauliques, on respecte les étapes suivantes :
- fraisage puis extraction de la couche, 21~3~
~094/2$~ PCT/~ 4100643 - transfert dans un mélangeur et mélange des graves avec le liant et des 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 ~m et ayant été obtenus par coupe d'au moins une mèche de fils, - mise en place du mélange sur la chaussée.
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, les procédés de l'invention présentent l'avantage d'éviter toute ségrégation ou dispersion des fibres ailleurs que dans les granulés. On limite ainsi la pollution et les pertes.
Par ailleurs, ils permettent d'obtenir une répartition beaucoup plus régulière des fibres ce qui permet d~en contrôler la proportion.
L'invention propose également un dispositif fixe 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. Un autre dispositif, mobile celui-là, est également proposé.
Les figures et la description qui vont suivre permettront de comprendre le fonctionnement de l'invention.
La figure 1 représente le dispositif permettant la mise en oeuvre du procédé de l'invention dans le cadre d'une préparation centralisée du matériau granulé.
Les figurec 2 et 3 montrent des résultats d'essais comparatifs de fissuration de sable avec liants hydrauliques respectivement : délais pour la première fissuration de WOg4/2~ PCT/FR94/~643 2163999 6 ~~
retrait (figure 2) et largeur des fissures après 28 jours (figure 3).
La figure 1 illustre une première méthode centralisée pour réaliser le mélange entre le matériau granuleux ou pulvérulent et les fibres.
Lorsqu'on aménage un terrain ou qu'on construit une route, on choisit en général, 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 que souvent, 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.
Un dispositif pour mettre en oeuvre un premier procédé
de l'invention se trouve installé sur ce site d'élaboration des matériaux. Sur la figure 1 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, celui qui, ajouté en quantités importantes, est - en l'absence de fibres nécessaire pour fournir au mélange la portance voulue.
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 tout-venant. 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. La nature du verre constituant les fibres n'est pas déterminante pour la portance. C'est seulement dans des cas particuliers comme par exemple des conditions d'attaque par les liants, qu'il W094/~ 2 1 ~ 3 ~ 9 9 PCT~94/00643 convient de substituer au verre E habituel, un verre d'une composition différente.
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 extré-mités et leurs bases opposées à leur tranchant restant en-tièrement libres tandis que des organes assurent la com-pression 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
Dans une variante, les filaments de verre sont à base d'une composition alcali-résistante.
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 de fibres.
L'invention concerne également un procédé de préparation d'un mélange de granulés minéraux et de fibres de verre destiné 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 les faisceaux de filaments soient déposés directement sur le sol nivelé constitué de poudres ou granulés minéraux ou organiques et que le mélange des faisceaux de filaments avec les poudres ou granulés soit effectué par le passage d'un engin de chantier du type fraise, la distribution étant effectuée avantageusement par un engin de chantier du type semoir. Le procédé prévoit également que les faisceaux soient coupés à partir de mèche~s) de fils, immédiatement avant leur dépôt sur le sol nivelé.
Une autre variante du procédé prévoit que pour restaurer une couche de chaussée en graves traités aux liants hydrauliques, on respecte les étapes suivantes :
- fraisage puis extraction de la couche, 21~3~
~094/2$~ PCT/~ 4100643 - transfert dans un mélangeur et mélange des graves avec le liant et des 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 ~m et ayant été obtenus par coupe d'au moins une mèche de fils, - mise en place du mélange sur la chaussée.
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, les procédés de l'invention présentent l'avantage d'éviter toute ségrégation ou dispersion des fibres ailleurs que dans les granulés. On limite ainsi la pollution et les pertes.
Par ailleurs, ils permettent d'obtenir une répartition beaucoup plus régulière des fibres ce qui permet d~en contrôler la proportion.
L'invention propose également un dispositif fixe 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. Un autre dispositif, mobile celui-là, est également proposé.
Les figures et la description qui vont suivre permettront de comprendre le fonctionnement de l'invention.
La figure 1 représente le dispositif permettant la mise en oeuvre du procédé de l'invention dans le cadre d'une préparation centralisée du matériau granulé.
Les figurec 2 et 3 montrent des résultats d'essais comparatifs de fissuration de sable avec liants hydrauliques respectivement : délais pour la première fissuration de WOg4/2~ PCT/FR94/~643 2163999 6 ~~
retrait (figure 2) et largeur des fissures après 28 jours (figure 3).
La figure 1 illustre une première méthode centralisée pour réaliser le mélange entre le matériau granuleux ou pulvérulent et les fibres.
Lorsqu'on aménage un terrain ou qu'on construit une route, on choisit en général, 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 que souvent, 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.
Un dispositif pour mettre en oeuvre un premier procédé
de l'invention se trouve installé sur ce site d'élaboration des matériaux. Sur la figure 1 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, celui qui, ajouté en quantités importantes, est - en l'absence de fibres nécessaire pour fournir au mélange la portance voulue.
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 tout-venant. 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. La nature du verre constituant les fibres n'est pas déterminante pour la portance. C'est seulement dans des cas particuliers comme par exemple des conditions d'attaque par les liants, qu'il W094/~ 2 1 ~ 3 ~ 9 9 PCT~94/00643 convient de substituer au verre E habituel, un verre d'une composition différente.
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 extré-mités et leurs bases opposées à leur tranchant restant en-tièrement libres tandis que des organes assurent la com-pression 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 masse 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 ~m.
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 glissement des fils les uns par rapport aux autres, à les protéger de diverses agressions, chimique notamment, 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 depôt des fibres, les matériaux passent sous la trémie 2 où une quantite de sable, par exemple d'un sable correcteur provenant d'une carrière lointaine (mais alors, grâce à l'effet stabilisateur des fibres en quantite minimum) est déposée. On évite en recouvrant ainsi immédiatement les fibres que la dispersion soit perturbée.
W09412$~ 21~ 3 9 ~ 9 PCT/FR94/00643 A la sortie du convoyeur à bande 3, les matériaux tombent dans un mélangeur non représenté où une homogénéïsation de la répartition des fibres dans le sable (et, si l'on a décidé d'en ajouter, du sable correcteur dans le sable local) est obtenue, c'est également dans ce mélangeur qu'est effectué dans le cas d'une couche de forme, l'ajout de liant hydraulique dans une proportion de 3 ~ et l'ajustement à une valeur finale de 10 à 12 ~ 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'utiliser sur place une machine à couper les mèches, de disposer sur le chantier de faisceaux de filaments déjà
coupés qu'il suffit alors d'introduire à débit constant avant de les mélanger aux poudres ou aux granulés comme décrit précédemment.
La technique précédente convient particulièrement aux chantiers importants, là où l'aménagement d'un poste central pour la préparation des matériaux est justifié par les quantités à préparer et par la durée du chantier. Dans le cas d'un chantier localisé ou quand le renfort doit être fait sur le matériau du sol préexistant lui-même, ou dans le cas de réfection de chaussées, on a intérêt à mettre en oeuvre le procédé de l'invention directement sur le lieu d'utilisation et dans ce cas, à effectuer le mélange fibres-matériau granuleux directement dans le sol grâce à des techniques qui s'apparentent à celles de l'agriculture.
La technique comporte trois étapes, la préparation du sol, la distribution des faisceaux et le mélange. La préparation consiste à niveler le sol et à y déposer les matériaux granuleux de provenance extérieure ou si par sa nature, lui-même convient, à l'ameublir sur la profondeur à
traiter. La distribution des faisceaux peut se faire à
partir de fils pré-coupés et alors l'engin de distribution s~apparente à un semoir ou bien avec une machine de coupe mobile équipée d'un dispositif pour la répartition régulière 2 16 3 9 ~ 9 PCT/~ 4/00643 des faisceaux. Quant à l'opération de mélange, elle consiste à travailler le sol sur la profondeur choisie pour répartir les fibres préalablement déposées à la surface. On utilise pour celà une herse ou de préférence un engin rotatif comme une fraise du type ROTOVATOR. Les trois opérations qui nécessitent des appareils adaptés peuvent être effectuées séparément ou en une seule opération avec des machines associées utilisant un moyen de déplacement (tracteur) unique.
Io Une variante du procédé précédent a été développée pour réparer des couches de chaussées en graves traités aux liants hydrauliques. Ici on extrait les graves en les réduisant en leurs constituants granulés (les graves) et poudres (les liants pulvérisés) et on les mélange avec les lS fibres de l'invention en ajoutant l'eau et les nouveaux liants hydrauliques avant de replacer le matériau à son emplacement d'origine.
L'avantage de couper les mèches de fils de verre textile directement, juste avant la distribution est de garantir une proportion précise de faisceaux de filaments dans le mélange granuleux. Les machines à couper les mèches comme celle du document EP-B-0 040 145 les entrainent 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 la vitesse de déplacement de la machine par rapport au sol ou que le débit des granulés soient constants - 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 soit à sa vitesse de déplacement, soit si elle est immobile, au débit du convoyeur de manière là aussi à garantir la stabilité du pourcentage de faisceaux.
Le premier procédé qui a été 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'est-à-dire, de la première couche déposée à même le sol nivelé. Le même procédé s'adapte facilement aux autres sous-couches de route comme par exemple la couche de w0 ~8~ 2 1 6 3 ~ 9 9 PCT/~ 4/00643 fondation, celle qui repose directement sur la couche de forme, ou à la couche de base.
Les procédés mobiles sont, eux, plus adaptés, à des chantiers localisés où c'est le matériau granuleux du sol lui-même qui a besoin d'être stabilisé et au retraitement des chaussées dégradées.
Pour mettre en oeuvre le procédé de restauration de chaussées dégradées on utilise de préférence un engin mobile sont les fonctions sont successivement : extraction de la couche existante après fraisage, ajout de la fibre et des liants puis mélange dans un mélangeur et enfin mise en place du produit mélangé sur le sol.
La fonction des procédés selon l'invention est d'accroître la portance de la poudre ou du matériau granuleux utilisés dans les sols. Le moyen traditionnel pour améliorer la portance d'un matériau donné tel que le sable tout-venant, consiste à lui ajouter des quantités déterminées d'un sable de granulométrie bien définie qu'on appelle un sable correcteur. L'ajout des fibres selon l'invention permet de diminuer sensiblement ou même dans certains cas, de supprimer l'ajout de sable correcteur pour atteindre une portance donnée.
La portance des sables traités avec un liant hydraulique s~évalue à l'aide d'une grandeur normalisée ~NF-P-98 231.4), l'indice de portance immédiate (I.P.I.). Le test pour le déterminer consiste à appuyer sur un poinçon de forme déterminée pour l'enfoncer d'une profondeur donnée (2,5 mm) dans le matériau à tester. La mesure est celle de la force nécessaire pour obtenir l'enfoncement, elle est proportionnelle à la pression sur la face du poinçon.
Les essais ont été réalisés avec des sables de la région parisienne dits sablons auxquels étaient ajoutés de 4 à 6 % de liant hydraulique et de 0 à lO ~ de sable correcteur d~une granulométrie comprise entre 0 et 3 mm.
Dans tous les cas, on a constaté qu'en mélangeant au sable avec son liant de 0,Ol % à 0,5 ~ de faisceaux de fibres de verre de diamètre unitaire de respectivement 5 ~m et 25 ~m, l'amélioration de l'I.P.I. était sensible et celà, quelle que soit la proportion de sable correcteur.
W094/28248 2 1 6 3 9 ~: 9 PCT~4/00643 C'est ainsi que dans le cas de 10 % de correcteur et 6 ~ de liant, l'I.P.I. qui était de 25 sans fibres passe à 40 si l'on ajoute 0,05 ~ en poids de fibres (par rapport aux matériaux secs de départ). D'une manière générale, les fibres permettent d'accroître l'I.P.I. d'au moins 10 points.
Selon la couche qu'il s'agit de renforcer et selon sa fonction, les quantités de liant hydraulique lorsqu'il est présent 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, il s'agit par exemple de fils de verre du type STABI-FIL faits à partir d'un verre traditionnel pour la fibre de renforcement dit verre E .
Si les quantités de liant hydraulique sont plus importantes, on utilise d'autres compositions comme en particulier, celle connue grâce au brevet US-B-3 861 926 qui fournit la composition 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.
Les liants hydrauliques ont une caractéristique bien connue, leur retrait pendant leur durcissement ( la prise ). Pour que ces liants soient efficaces, il faut qu'ils restent compacts, que leur fissuration soit absente ou tout au moins, reste limitée.
Pour tester la résistance à la fissuration de sables avec liants renforcés de différentes manières, on utilise le test dit de l'anneau tel qu'il est décrit dans la norme AFNOR P 16-434, l'esæai consiste à déterminer le temps de formation d'une fissure et sa largeur sur des éprouvettes de pâte normale, en forme d'anneau, conservées dans les conditions définies. L'éprouvette constituée du mélange de sable renforcé et du liant est coulée dans un moule cylindrique à axe vertical (diamètre 127 mm) comportant un noyau cylindrique coaxial en acier (diamètre 90 mm).
W094/2$~X 2 ~ 63 9~ ~ PCT/~ 41~643 Les éprouvettes sont conservées dans une armoire humide avant démoulage et dans l'air après démoulage, le démoulage a lieu au bout de 24 heures. Il s'opère en éloignant l'une de l'autre les deux moitiés du moule.
s L~éprouvette est conservée avec son noyau.
Deux mesures portent sur 3 éprouvettes identiques pour un matériau donné. La première consiste à noter le temps écoulé entre l'instant de démoulage et celui où se produit une fissure, la seconde, à observer l'évolution de la largeur des fissures. Le compte-rendu des essais donne chaque fois les trois valeurs observées.
Les essais ont été réalisés avec deux liants routiers différents, ils sont tous deux à base de laitier de haut fourneau, à plus de 80 ~, l'un, le LIGEX utilise comme élément actif de la chaux vive (6 ~) avec de l'anhydrite (4 ~) et l'autre le CLK ~5 un clinker avec 3 ~ de charges.
La formule retenue pour le mélange sable-liant routier est celle de la norme NF-EN 1961 (mars 1990).
Quant aux fibres de verre de renforcement, il s'agissait soit de STABI-FIL, soit de CEM-FIL (résistant aux alcalis) dans les deux cas sous forme d'une mèche de 2400 tex avec des filaments de diamètre 14 ~m, la découpe de la mèche était faite en tronçons de 6 ou de 25 mm. La teneur en fibres du sable était respectivement de O,l et 0,2 ~.
Les résultats sont représentés figure 2 pour le délai avant l'apparition de la première fissure et figure 3 pour la largeur de celle-ci. Pour chaque composition, on a représenté les trois résultats des trois éprouvettes réalisées. Sur la figure 2, on voit en 11 le nombre de jours après lesquels la fissure est apparue.
Les flèches 12 indiquent qu'au vingt-huitième jour, aucune fissure n'était visible.
Les résultats montrent qu'avec le liant LIGEX, les fibres, quelles qu'elles soient améliorent le sable lié
puisqu'elles retardent toujours l'apparition de fissures et même, souvent, dans la moitié des cas, la suppriment puisqu'on admet qu'après 28 jours, le retrait du liant est terminé. Avec le liant CLK 45, l'amélioration, bien que toujours présente, est moins sensible.
W094~$~ 2 1 6 ~ ~ 9 9 PCT~94/00643 En ce qui concerne la largeur des ouvertures de fissures (figure 3 où la largeur des fissures en ~m est indiquée en 13) les résultats sont homogènes avec les précedents : sauf une exception, avec le liant LIGEX, les fibres ameliorent toujours la situation, les fissures sont moins larges (ou absentes). Avec CLK 45, la situation très mauvaise sans fibres est toujours améliorée par elles.
Ces essais montrent ainsi que, non seulement les fibres de l'invention améliorent la tenue des sols, mais lo qu'en plus, elles retardent et m~ême suppriment l'apparition des fissures et/ou en diminuent la gravité.
La technique de l'invention permet d'améliorer les performances mécaniques, en particulier la portance des sols dont les sous-couches 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 de 0,1 ~ de filaments de verre textile associés par 40 ou 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.
Dans le cas de la réfection de routes endommagées, la technique de l'invention permet de réutiliser les graves W094~8~ 216 3 9 ~ 9 PCT/~ 4/00643 traités aux liants hydrauliques en limitant les apports extérieurs de nouveaux matériaux.
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 glissement des fils les uns par rapport aux autres, à les protéger de diverses agressions, chimique notamment, 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 depôt des fibres, les matériaux passent sous la trémie 2 où une quantite de sable, par exemple d'un sable correcteur provenant d'une carrière lointaine (mais alors, grâce à l'effet stabilisateur des fibres en quantite minimum) est déposée. On évite en recouvrant ainsi immédiatement les fibres que la dispersion soit perturbée.
W09412$~ 21~ 3 9 ~ 9 PCT/FR94/00643 A la sortie du convoyeur à bande 3, les matériaux tombent dans un mélangeur non représenté où une homogénéïsation de la répartition des fibres dans le sable (et, si l'on a décidé d'en ajouter, du sable correcteur dans le sable local) est obtenue, c'est également dans ce mélangeur qu'est effectué dans le cas d'une couche de forme, l'ajout de liant hydraulique dans une proportion de 3 ~ et l'ajustement à une valeur finale de 10 à 12 ~ 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'utiliser sur place une machine à couper les mèches, de disposer sur le chantier de faisceaux de filaments déjà
coupés qu'il suffit alors d'introduire à débit constant avant de les mélanger aux poudres ou aux granulés comme décrit précédemment.
La technique précédente convient particulièrement aux chantiers importants, là où l'aménagement d'un poste central pour la préparation des matériaux est justifié par les quantités à préparer et par la durée du chantier. Dans le cas d'un chantier localisé ou quand le renfort doit être fait sur le matériau du sol préexistant lui-même, ou dans le cas de réfection de chaussées, on a intérêt à mettre en oeuvre le procédé de l'invention directement sur le lieu d'utilisation et dans ce cas, à effectuer le mélange fibres-matériau granuleux directement dans le sol grâce à des techniques qui s'apparentent à celles de l'agriculture.
La technique comporte trois étapes, la préparation du sol, la distribution des faisceaux et le mélange. La préparation consiste à niveler le sol et à y déposer les matériaux granuleux de provenance extérieure ou si par sa nature, lui-même convient, à l'ameublir sur la profondeur à
traiter. La distribution des faisceaux peut se faire à
partir de fils pré-coupés et alors l'engin de distribution s~apparente à un semoir ou bien avec une machine de coupe mobile équipée d'un dispositif pour la répartition régulière 2 16 3 9 ~ 9 PCT/~ 4/00643 des faisceaux. Quant à l'opération de mélange, elle consiste à travailler le sol sur la profondeur choisie pour répartir les fibres préalablement déposées à la surface. On utilise pour celà une herse ou de préférence un engin rotatif comme une fraise du type ROTOVATOR. Les trois opérations qui nécessitent des appareils adaptés peuvent être effectuées séparément ou en une seule opération avec des machines associées utilisant un moyen de déplacement (tracteur) unique.
Io Une variante du procédé précédent a été développée pour réparer des couches de chaussées en graves traités aux liants hydrauliques. Ici on extrait les graves en les réduisant en leurs constituants granulés (les graves) et poudres (les liants pulvérisés) et on les mélange avec les lS fibres de l'invention en ajoutant l'eau et les nouveaux liants hydrauliques avant de replacer le matériau à son emplacement d'origine.
L'avantage de couper les mèches de fils de verre textile directement, juste avant la distribution est de garantir une proportion précise de faisceaux de filaments dans le mélange granuleux. Les machines à couper les mèches comme celle du document EP-B-0 040 145 les entrainent 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 la vitesse de déplacement de la machine par rapport au sol ou que le débit des granulés soient constants - 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 soit à sa vitesse de déplacement, soit si elle est immobile, au débit du convoyeur de manière là aussi à garantir la stabilité du pourcentage de faisceaux.
Le premier procédé qui a été 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'est-à-dire, de la première couche déposée à même le sol nivelé. Le même procédé s'adapte facilement aux autres sous-couches de route comme par exemple la couche de w0 ~8~ 2 1 6 3 ~ 9 9 PCT/~ 4/00643 fondation, celle qui repose directement sur la couche de forme, ou à la couche de base.
Les procédés mobiles sont, eux, plus adaptés, à des chantiers localisés où c'est le matériau granuleux du sol lui-même qui a besoin d'être stabilisé et au retraitement des chaussées dégradées.
Pour mettre en oeuvre le procédé de restauration de chaussées dégradées on utilise de préférence un engin mobile sont les fonctions sont successivement : extraction de la couche existante après fraisage, ajout de la fibre et des liants puis mélange dans un mélangeur et enfin mise en place du produit mélangé sur le sol.
La fonction des procédés selon l'invention est d'accroître la portance de la poudre ou du matériau granuleux utilisés dans les sols. Le moyen traditionnel pour améliorer la portance d'un matériau donné tel que le sable tout-venant, consiste à lui ajouter des quantités déterminées d'un sable de granulométrie bien définie qu'on appelle un sable correcteur. L'ajout des fibres selon l'invention permet de diminuer sensiblement ou même dans certains cas, de supprimer l'ajout de sable correcteur pour atteindre une portance donnée.
La portance des sables traités avec un liant hydraulique s~évalue à l'aide d'une grandeur normalisée ~NF-P-98 231.4), l'indice de portance immédiate (I.P.I.). Le test pour le déterminer consiste à appuyer sur un poinçon de forme déterminée pour l'enfoncer d'une profondeur donnée (2,5 mm) dans le matériau à tester. La mesure est celle de la force nécessaire pour obtenir l'enfoncement, elle est proportionnelle à la pression sur la face du poinçon.
Les essais ont été réalisés avec des sables de la région parisienne dits sablons auxquels étaient ajoutés de 4 à 6 % de liant hydraulique et de 0 à lO ~ de sable correcteur d~une granulométrie comprise entre 0 et 3 mm.
Dans tous les cas, on a constaté qu'en mélangeant au sable avec son liant de 0,Ol % à 0,5 ~ de faisceaux de fibres de verre de diamètre unitaire de respectivement 5 ~m et 25 ~m, l'amélioration de l'I.P.I. était sensible et celà, quelle que soit la proportion de sable correcteur.
W094/28248 2 1 6 3 9 ~: 9 PCT~4/00643 C'est ainsi que dans le cas de 10 % de correcteur et 6 ~ de liant, l'I.P.I. qui était de 25 sans fibres passe à 40 si l'on ajoute 0,05 ~ en poids de fibres (par rapport aux matériaux secs de départ). D'une manière générale, les fibres permettent d'accroître l'I.P.I. d'au moins 10 points.
Selon la couche qu'il s'agit de renforcer et selon sa fonction, les quantités de liant hydraulique lorsqu'il est présent 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, il s'agit par exemple de fils de verre du type STABI-FIL faits à partir d'un verre traditionnel pour la fibre de renforcement dit verre E .
Si les quantités de liant hydraulique sont plus importantes, on utilise d'autres compositions comme en particulier, celle connue grâce au brevet US-B-3 861 926 qui fournit la composition 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.
Les liants hydrauliques ont une caractéristique bien connue, leur retrait pendant leur durcissement ( la prise ). Pour que ces liants soient efficaces, il faut qu'ils restent compacts, que leur fissuration soit absente ou tout au moins, reste limitée.
Pour tester la résistance à la fissuration de sables avec liants renforcés de différentes manières, on utilise le test dit de l'anneau tel qu'il est décrit dans la norme AFNOR P 16-434, l'esæai consiste à déterminer le temps de formation d'une fissure et sa largeur sur des éprouvettes de pâte normale, en forme d'anneau, conservées dans les conditions définies. L'éprouvette constituée du mélange de sable renforcé et du liant est coulée dans un moule cylindrique à axe vertical (diamètre 127 mm) comportant un noyau cylindrique coaxial en acier (diamètre 90 mm).
W094/2$~X 2 ~ 63 9~ ~ PCT/~ 41~643 Les éprouvettes sont conservées dans une armoire humide avant démoulage et dans l'air après démoulage, le démoulage a lieu au bout de 24 heures. Il s'opère en éloignant l'une de l'autre les deux moitiés du moule.
s L~éprouvette est conservée avec son noyau.
Deux mesures portent sur 3 éprouvettes identiques pour un matériau donné. La première consiste à noter le temps écoulé entre l'instant de démoulage et celui où se produit une fissure, la seconde, à observer l'évolution de la largeur des fissures. Le compte-rendu des essais donne chaque fois les trois valeurs observées.
Les essais ont été réalisés avec deux liants routiers différents, ils sont tous deux à base de laitier de haut fourneau, à plus de 80 ~, l'un, le LIGEX utilise comme élément actif de la chaux vive (6 ~) avec de l'anhydrite (4 ~) et l'autre le CLK ~5 un clinker avec 3 ~ de charges.
La formule retenue pour le mélange sable-liant routier est celle de la norme NF-EN 1961 (mars 1990).
Quant aux fibres de verre de renforcement, il s'agissait soit de STABI-FIL, soit de CEM-FIL (résistant aux alcalis) dans les deux cas sous forme d'une mèche de 2400 tex avec des filaments de diamètre 14 ~m, la découpe de la mèche était faite en tronçons de 6 ou de 25 mm. La teneur en fibres du sable était respectivement de O,l et 0,2 ~.
Les résultats sont représentés figure 2 pour le délai avant l'apparition de la première fissure et figure 3 pour la largeur de celle-ci. Pour chaque composition, on a représenté les trois résultats des trois éprouvettes réalisées. Sur la figure 2, on voit en 11 le nombre de jours après lesquels la fissure est apparue.
Les flèches 12 indiquent qu'au vingt-huitième jour, aucune fissure n'était visible.
Les résultats montrent qu'avec le liant LIGEX, les fibres, quelles qu'elles soient améliorent le sable lié
puisqu'elles retardent toujours l'apparition de fissures et même, souvent, dans la moitié des cas, la suppriment puisqu'on admet qu'après 28 jours, le retrait du liant est terminé. Avec le liant CLK 45, l'amélioration, bien que toujours présente, est moins sensible.
W094~$~ 2 1 6 ~ ~ 9 9 PCT~94/00643 En ce qui concerne la largeur des ouvertures de fissures (figure 3 où la largeur des fissures en ~m est indiquée en 13) les résultats sont homogènes avec les précedents : sauf une exception, avec le liant LIGEX, les fibres ameliorent toujours la situation, les fissures sont moins larges (ou absentes). Avec CLK 45, la situation très mauvaise sans fibres est toujours améliorée par elles.
Ces essais montrent ainsi que, non seulement les fibres de l'invention améliorent la tenue des sols, mais lo qu'en plus, elles retardent et m~ême suppriment l'apparition des fissures et/ou en diminuent la gravité.
La technique de l'invention permet d'améliorer les performances mécaniques, en particulier la portance des sols dont les sous-couches 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 de 0,1 ~ de filaments de verre textile associés par 40 ou 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.
Dans le cas de la réfection de routes endommagées, la technique de l'invention permet de réutiliser les graves W094~8~ 216 3 9 ~ 9 PCT/~ 4/00643 traités aux liants hydrauliques en limitant les apports extérieurs de nouveaux matériaux.
Claims (16)
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, caractérisé en ce que les fibres sont des fibres minérales, en particulier des fibres de verre, constituées de filaments assemblés en faisceaux d'une longueur inférieure à 100 mm et en ce queles faisceaux sont constitués d'au moins 40 filaments chacun, d'un diamètre unitaire compris entre 5 et 25 µm.
2. Matériau selon la revendication 1, caractérisé en ce que la proportion en poids des faisceaux de filaments dans le mélange est comprise entre 0,01% et 0,5%
et de préférence entre 0,01 % et 0,1 %.
et de préférence entre 0,01 % et 0,1 %.
3. Matériau selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les faisceaux sont coupés dans des fils de verre textile dont les filaments ont un diamètre compris entre 10 et 16 µm.
4. Matériau selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les faisceaux ont une longueur comprise entre 20 et 50 mm.
5. Matériau selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les granulés sont du sable auquel est éventuellement ajoutée une quantité variable de liant hydraulique.
6. Matériau selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les granulés minéraux ou organiques comprennent essentiellement des sous-produits industriels tels que des cendres volantes ou des laitiers.
7. Matériau selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les granulés sont des graves traités aux liants hydrauliques.
8. Matériau selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les filaments de verre sont alcali-résistants.
9. Procédé pour réaliser le mélange de granulés minéraux ou organiques et de fibres selon la revendication 1, caractérisé par les étapes suivantes de façon suceessive ou simultanée:
- dépôt d'une couche de poudre ou 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 µm 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.
- dépôt d'une couche de poudre ou 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 µm 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.
10. Procédé de préparation d'un mélange de granulés minéraux ou organiques et de fibres selon la revendication 9, caractérisé en ce que la coupe des faisceaux de filaments est effectuée immédiatement avant leur dépôt.
11. Dispositif pour la préparation d'un mélange de granulés et de fibres de verre textile destinés à constituer des sols, des couches ou des sous-couches deterrain ou de chaussées, caractérisé en ce qu'il comporte notamment une machine de coupe de fils continus disposée au voisinage d'un convoyeur qui transporte notamment les granulés ainsi qu'éventuellement, en aval du distributeur de fils coupés, un distributeur de granulés qui couvrent les fils coupés.
12. Procédé pour réaliser le mélange de granulés minéraux ou organiques selon la revendication 1, caractérisé par les étapes suivantes:
- dépôt sur le sol nivelé constitué des granulés minéraux ou organiques, 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 µm et ayant été obtenus par coupe d'au moins une mèche de fils, - mélange des granulés et des faisceaux de filaments par le passage d'un engin de chantier du type fraise.
- dépôt sur le sol nivelé constitué des granulés minéraux ou organiques, 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 µm et ayant été obtenus par coupe d'au moins une mèche de fils, - mélange des granulés et des faisceaux de filaments par le passage d'un engin de chantier du type fraise.
13. Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce que c'est un engin de chantier du type semoir qui distribue sur le sol les faisceaux de filaments coupés au préalable.
14. Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce que la coupe des faisceaux de filaments à partir de mèche(s) de fils est effectuée immédiatement avant leur dépôt sur le sol nivelé.
15. Dispositif pour mettre en oeuvre le procédé de la revendication 14 et comportant un élément du type fraise tel qu'un rotor à pales installé sur un engin mobile caractérisé en ce qu'une machine de coupe de fils continus et un système de répartition des fils coupés transversalement par rapport au déplacement sont installés sur le même engin ou indépendemment.
16. Procédé pour restaurer une couche de chaussée en graves traités aux liants hydrauliques caractérisé par les étapes suivantes:
- fraisage puis extraction de la couche, - transfert dans un mélangeur et mélange des graves avec le liant et des faisceaux de filaments d'une longeur inférieure à 100 mm et constitués d'au moins 40 filaments chacun d'un diamètre unitaire compris entre 5 et 25 µm et ayant été
obtenus par coupe d'au moins une mèche de fils, - mise en place du mélange sur la chaussée.
- fraisage puis extraction de la couche, - transfert dans un mélangeur et mélange des graves avec le liant et des faisceaux de filaments d'une longeur inférieure à 100 mm et constitués d'au moins 40 filaments chacun d'un diamètre unitaire compris entre 5 et 25 µm et ayant été
obtenus par coupe d'au moins une mèche de fils, - mise en place du mélange sur la chaussée.
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