CA2212928A1 - Melange de materiaux granulaires pour le renforcement des sols et procede d'elaboration - Google Patents

Abstract

L'invention concerne des techniques de préparation des sols dans lesquels on utilise des sables ou des matériaux granulaires de substitution. Elle concerne en particulier la réalisation des sous-couches des chemins, routes ou terrains de sport. Selon l'invention, on constitue un mélange maître qui est destiné après ajout, notamment de matériaux granulaires minéraux ou organiques, à la réalisation de couches de sol, de couches et de sous-couches de terrain ou de chaussée. Ledit mélange est lui-même à base d'un mélange de matériaux granulaires et de fibres, ces dernières étant dans une proportion pondérale de 6 à 60 % du mélange sec. Le mélange maître de l'invention permet en conséquence, puisqu'il possède une concentration moyenne, de diluer facilement les fibres pour atteindre les teneurs faibles que l'on cherche, en général, à avoir dans les sols.

Description

CA 02212928 1997-08-0~

W O 97/21876 PCT~R96/01942 MELANGE DE MATERIAUX GRANULAIRES POUR LE

RENFORCEMENT DES SOLS ET PROCEDE D'ELABORATION

L'invention concerne les techniques de préparation des sols dans lesquels on utilise des sables ou des matériaux granulaires 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 engins de chantier. D'autres couches seront déposées ensuite.
D'après le document WO 94/28248, on connaît des matériaux granulaires qui permettent, grâce aux fibres minérales qu'ils contiennent, de renforcer les couches de fo~rme. Dans le document cité, on propose une méthode pour obtenir le mélange constituant la couche de forme qui consiste, 4~ 30 dans une centrale, à incorporer des fibres directement dans des matériaux granulaires, notamment du sable d'origine locale.
Dans le document WO 88/02419, est proposée une méthode de renforcement des sols dans laquelle on ajoute à des matériaux extraits du sol CA 02212928 1997-08-0~

WO97/21876 PCTrFR96/01942 des fibres diverses dans des proportions pondérales comprises entre 0,1 et 5 % environ, les seuls exemples concernent des fibres de polypropylène d'un diamètre de 0,76 mm dans des proportions de 0,5 à 1,5 % en poids. Le but recherché est d'améliorer la résistance du sol au cisaillement. Cette demande de brevet ne propose aucune méthode industrielte pour réaliser le mélange des fibres avec les matériaux du sol. Les méianges d'essai avaient en effet été
effectués à la main.
Un autre-document, la demande de brevet EP-A-0 7 16 186, propose une technique de mélange en continu qui se caractérise par les étapes ~0 suivantes: mise en contact unilatérale des additifs fibreux avec les matériaux granulaires, puis mélange de ceux-ci et des additifs fibreux.
Une troisième technique, qui permet direc~ement de mélanger des additifs fibreux aux matériaux du sol que l'on cherche à renforcer, est décrite dans la demande de brevet EP-A-0 71 6 1 87. Le procédé, décrit dans ce 15 document, propose d'abord de dégager la surface pour rendre accessible les matériaux à renforcer; ensuite de fragmenter lesdits matériaux; puis, de déposer une couche régulière d'additifs fibreux préalablement coupés sur le sol ainsi préparé; et enfin, de malaxer les matériaux à renforcer et les additifs fibreux, iusqu'à une proportion pondérale de 0,05 % à 0,50 %.
Dans les trois techniques décrites succinctement précédemment, on mélange directement avec des fibres, minérales en général, des matériaux granulaires destinés à venir sur le sol comme des sables, ou bien extraits du sol lui-même avant d'être malaxés puis réintroduits. Ces techniques présentent certains inconvénients. Ces inconvénients sont liés, en particulier, à Ia très 25 faible concentration que l'on cherche à obtenir. Il est bien connu, dans toutes les techniques de génie chimique en particulier, qu'il est très difficile d'obtenir en une seule opération des dilutions très importantes dans une quantité
également très importante. Les techniques, présentées dans les documents précédents, ont l'inconvénient de fournir des concentrations très variables 30 selon que l'on considère un endroit ou un autre des mélanges que l'on vient de former.
Un autre inconvénient des techniques de mélange antérieures se trouve dans le risque de voir les fibres être détériorées lors des opérations de mélange CA 02212928 1997-08-0~

W O 97/21876 PCT~R96/01942 faites sur le chantier directement in situ ou même dans une centrale car ces techniques sont souvent brutales et la surveillance n'est pas forcément de tous les instants.
L'invention se donne pour tâche de fournir une méthode de préparation 5 de mélange de matériaux granulaires et de fibres qui ne montre pas les inconvénients des méthodes précédentes. Selon l'invention, on constitue un mélange maître qui est destiné après aiout, notamment de matériaux granulaires minéraux ou organiques, à la réalisation de couches de sol, de couches et de sous-couches de terrain ou de chaussée. Ledit mélange est lui-10 même à base d'un mélange de matériaux granulaires et de fibres, ces dernièresétant dans une proportion pondérale de 6 à 60 % du mélange sec.
Le mélange maître de l'invention permet en conséquence, puisqu'il possède une concentration moyenne de diluer facilement les fibres pour atteindre les teneurs faibles que l'on cherche, en général, à avoir dans les sols 15 Les fibres, et en particulier les fibres minérales et spécialement les fibres de verre, sont en effet tellement efficaces que _'on cherche à avoir les concentrations les plus faibles possibles.
Selon l'invention, de préférence, la proportion des fibres dans le mélange maître est comprise entre 20 et 50 %. Celui-ci comporte des 20 matériaux granulaires et des fibres, les matériaux granulaires étant de préférence essentiellement à base de sable.
Ainsi défini, le produit de l'invention permet aux utilisateurs de disposer toujours du même matériau de base, qu'ils combinent avantageusement avec les sols de différente nature et dans des proportions variées, de manière à
25 obtenir le résultat escompté.
En ce qui concerne les fibres, ce sont de préférence des fibres minérales, en particulier des fibres de verre sous forme de filaments en faisceaux d'au moins 40 filaments chacun et d'un diamètre unitaire compris entre 5 et 25 microns. Les résultats les meilieurs ont été obtenus avec un mélange dans lequel les fibres minérales comportaient au moins 10 % de fibres de verre d'une longueur supérieure à 20 mm. On a en effet constaté que c'est avec des fibres de ce type que l'on obtenait les résultats les meilleurs.
L'invention prévoit également que le mélange maître comporte une CA 02212928 1997-08-0~

W O 97/21876 PCT~FR96/01942 proportion pondérale d'eau supérieure à 10 %. La présence d'eau en faible quantité dans le mélange maître facilite, en effet, les mélanges ultér;eurs.
L'invention propose par ailleurs un procédé pour réaliser le mélange maître. Il se caractérise par deux phases essentielles: d'une part, le mélange des matériaux granulaires et d'eau puis, dans un deuxième temps, le mélange des matériaux granulaires mouillés et des fibres. Les inventeurs ont en effet constaté que si l'on commençait par mélanger les matériaux granulaires secs avec de l'eau, on pouvait ensuite beaucoup plus facilement procéder à la répartition régulière des fibres dans les rnatériaux granulaires dans la mesure 10 où ils étaient mouillés.
Il est avantageux d'exploiter ce procédé en coupant les fibres juste avant leur dépôt au-dessus des matériaux granulaires mouillés.
L'invention porte également sur l'application du mélange maître à la réatisation d'un mélange final de matériaux granulaires et de fibres dans lequel15 la proportion des fibres par rapport au mélange total est inférieure à 5 %. On utilise ce type de mélange, en particulier si la proportion pondérale des fibresest inférieure à 3 % ou de préférence de l'ordre de 1 %, au renforcement des pistes équestres. Une autre application est celle du renfort de sols existants que l'on cherche à rénover, et alors le mélange maître est malaxé avec les 20 constituants du sol, jusqu'à l'obtention d'un mélange final avec une proportion de fibres supérieure à 0,01 %. Pour réaliser ce type de mélange final, on distribue régulièrement le mélange maître sur le sol à l'aide d'une saleuse, notamment celle utilisant un éjecteur à force centrifuge, ou d'une épandeuse agricole, avant de procéder au malaxage. Cette technique, décrite dans le 25 document EP-A-O 716 187 permet d'obtenir une répartition très régulière du mélange maître et donc des fibres dans le sol une fois terminé.
L'invention concerne également un dispositif pour réaliser le mélange maître. Il comporte un mélangeur à socs de charrue. Un mélangeur particulièrement adapté est un mélangeur continu qui possède un tambour 30 séparé en deux parties longitudinales. Ce type de mélangeur permet en effet de mélanger les matériaux granulaires et de l'eau dans un premier temps, et puis d'y ajouter les fibres, en quantité relativement importante, elles se trouvent ainsi régulièrement réparties dans le mélange maître terminé.

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W o 97nl876 PCT/FR96/01942 La description qui suit permettra de comprendre l'invention et d'en saisir tous les avantages. L'intérêt de disposer d'un mélange de matériaux granulaires comme du sable, des cendres industrielles ou des résidus de toutes sortes, d'une granulométrie relativement bien définie, qui soient mélangées i 5 avec des fibres qui leur donnent une meilleure tenue, en particulier au roulement, est évident. C'est en particulier le cas lorsque l'on renforce des sols pulvérulents à l'aide de fibres minérales, et spécialement de fibres de verre derenforcement en faisceaux coupés à une certaine longueur, qui offrent l'avantage d'une très grande efficacité, malgré une proportion extrêmement faible dans le mélange terminé. On rappelle ici un seul exemple, extrait du document WO 94/28448. Cet exemple concerne des sables traités avec un liant hydraulique dont on évalue la portance grâce à l'indice de portance immédiate (I.P.I~. Il s'agit de la mesure de la force nécessaire pour obtenir l'enfoncement d'un poincon d'une forme déterminée dans le matériau à tester.
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 10 % 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 0,01 % à 0,5 % de faisceaux de fibres de verre de diamètre unitaire de respectivement 5,um et 25,um, I'amélioration de l'I.P.I. était sensible et cela,quelle que soit la proportion de sable correcteur.
C'est ainsi que, dans le cas de 10 % de correcteur et 6 % de liant, I'l.P.I., qui était de 25 sans fibre, passe à 40 si l'on ajoute 0,05 % en poids de fibres (par rapport aux matériaux secs de départ). Dans tous les cas, les fibrespermettent d'accroître l'I.P.I. d'au moins 10 points.
D'une manière générale, le mélange maître de l'invention est destiné à
servir à renforcer des sois dans toutes les applications mentionnées aussi bien - dans le document WO 94/28248 que dans le document EP-A-0 716 186 ou le document EP-A-0 716187.
Pour mettre en oeuvre le mélange ma~~tre de l'invention, on pratique de la manière habituelle comme si, à la place du mélange maître, il s'agissait de fibres. Ainsi, la méthode qui est décrite dans le document WO 94/28248, et qui consiste à répartir des fibres coupées directement sur un lit de matériaux CA 02212928 1997-08-0~

WO 97/21876 PCTAFR96/~1942 granulaires, issus d'une première trémie et qui se déplacent sur un transporteuren-dessous de, soit la machine à couper les fibres, soit un distributeur de fibres coupées antérieurement, puis à recouvrir ces fibres rapidement avec un deuxième lit de matériaux granulaires qui descend d'une deuxième trémie 5 située en aval de la première, peut être utilisée à l'identique, en substituant simplement aux fibres coupées le mélange maître de l'invention. Il faut simplement veiller à ce que, pour obtenir la concentration finale, on verse la quantité de m~lange maître nécessaire, qui se trouve évidemment être plus importante que la quantité de fibres à laquelle on le substitue.
10Une méthode, légèrement différente, est décrite dans le document ~P-A-0 716 186. Elle est également valable lorsque l'on substitue aux fibres coupées des mélanges ma~~tres de l'invention.
De même, lorsqu'il s'agit de renforcer des matériaux déjà en place en apportant des additifs fibreux, on peut utiliser la méthode qui est décrite danslEile document EP-A-0 716 187, et qui consiste, après avoir dégagé la surface pour rendre accessibles les matériaux à renforcer, s'ils ne l'étaient pas, à
déposer une couche régulière d'additifs fibreux préalablement coupés, puis à
extraire les matériaux, à les fragmenter, puis à malaxer les matériaux à
renforcer et les additifs fibreux, pour atteindre la proportion pondérale que l'on 20 veut obtenir. Là aussi, il suffit de remplacer l'addition de fibres par une addition du mélange maître de l'invention, en veillant évidemment à ce que la quantité de mélange maître permette d'a~outir à la concentration finale de fibres que l'on souhaite atteindre. On utilise avantageusement, pour mettre en oeuvre ce dernier procédé, des appareils destinés à distribuer des matériaux 25 pulvérulents sur les routes, notamment ceux adaptés au traitement des routes gelées par des poudres diverses telles que des sels antigel ou des poudres antidérapantes. Des appareils de ce genre sont, par exemple, des saleuses qui utilisent des éjecteurs à force centrifuge, et notamment, celles qui comportent un ou plusieurs disques à axe sensiblement vertical, en rotation dans leur plan,30 sur lesquels les mélanges maîtres sont déposés.
Une autre technique de mise en oeuvre des mélanges maîtres de l'invention apporte un avantage très important, car les conditions de la mise enoeuvre, habituellement pratiquée, sont incompatibles avec l'utilisation directe CA 022l2928 l997-08-0~

W O 97/21876 PCT~FR96/01942 de fibres et en particulier, de fibres de verre. Il s'agit d'une technique de renfort des pistes équestres, dans lesquelles on commence par mélanger les matériaux granulaires avec les fibres à l'intérieur d'une toupie du genre ~ toupie à béton ~; c'est-à-dire, un cylindre à axe incliné, qui est en rotation5 autour de cet axe, avec des aubes à l'intérieur, utilisé habituellement comme bétonnière. Pour le renfort des pistes équestres, on souhaite avoir une concentration de fibres relativement importante, puisqu'elle doit atteindre environ 1 %, malheureusement, si l'on utilise directement les fibres en les introduisant dans la toupie à béton, elles se détériorent et surtout, elles 10 fournissent un mélange qui n'est pas homogene. Si, ~ à la place des fibres coupées, on introduit un mélange maître de l'invention avec une proportion importante de fibres, les matériaux granulaires, qui sont l'essentiel ou du moins une part importante, du mélange maître, se mélangent aisément aux matériaux granulaires qui sont déjà présents dans la toupie, de telie sorte que 15 les fibres diffusent facilement à l'intérieur du matériau. On peut ainsi obtenir, dans des temps réduits, un mélange avec une répartition tout-à-fait homogène des fibres dans les matériaux granulaires. Le fait que la répartition soit homogène permet de baisser la quantité de fibres nécessaire pour obtenir un résultat donné. On voit ainsi que l'impact économique du procédé de 20 I'invention est loin d'être négligeable.
On va maintenant décrire deux modes de réalisation du mélange maltre de l'invention.
La première méthode utilise en partie les techniques décrites dans le document WO 94/28248 ou celle décrite dans le document EP-A-O 716 186.
25 Le principe consiste à couper des tronçons de mèches fattes de l'assemblage de plusieurs fils, chacun comportant un grand nombre de filaments de verre. Il s'agit, par exemple, du produit STABI-FIL de la société VETROTEX. Chaque ~ mèche avec plusieurs fils comporte un nombre de filaments très important, en général plus de 400, 1200 par exemple. Pour réaliser la coupe des mèches, on 30 utilise de préférence les machines habituelles pour couper les fils de verre textiles, comme celles décrites dans le brevet européen EP-B-O 040 145. Lors des essais, on avait réglé la longueur de coupe à 25 mm. Les mèches coupées fournissent des faisceaux d'une longueur de précisément 25 mm, qui sont des CA 02212928 1997-08-0~

W 097nl876 PCT~R96/01942 segments de fils avec chacun le même nombre de filaments. Chaque fil comporte 48 filaments, chaque filament ayant un diamètre d'environ 11 micromètres.
La première méthode est une méthode discontinue. On a déposé, dans 5 un mélangeur du type ~ boulanger ~, un sable du type sablon ~ parisien ~;
c'est-à-dire, avec essentiellement une granulométrie comprise entre O et 250 ,um. Après que le mélangeur du type pâte à pain ait été mis en mouvement, on introduit de l'eau. Le poids d'eau introduit est environ la moitiédu poids de sable. On procède alors au mélange homogène de l'eau et du 10 sable. On met en oeuvre à ce moment la machine à couper les fils de verre, eton dépose progressivement, à la surface du sablon mouillé en mouvement, une masse de fibres de préférence du même ordre que la masse de sable. Au bout d'un temps réduit de l'ordre de quelques minutes, on constate que les fibres se sont réparties de manière uniforme dans le sable mouillé. L'opération est 15 terminée à ce moment et le mélangeur peut être vidé dans un sac de grande capacité dit ~ big bag ~, dont la capacité est de l'ordre de 1 tonne. ~e sac estalors fermé de manière aussi étanche que possible, afin que, de préférence, l'eau reste dans le mélange jusqu'à l'exploitation sur le chantier.
Le deuxième mode de préparation du mélange maître de l'invention qui a 20 été expérimenté, ressemble beaucoup au premier, à deux exceptions près:
d'une part, la méthode est continue, et d'autre part, on a utilisé des fibres d'une autre origine que les précédentes. Les fibres que l'on utilisait n'étaientpas directement issues de la coupe de mèches avec une longueur définie, mais à cause de leurs origines diverses, et de la manière dont leur découpe avait été25 effectuée, leurs longueurs étaient variées. ~e qui est important pour le mélange maître de l'invention, c'est qu'au moins 10 % des fibres aient une longueur supérieure à 20 mm. Ici, le mélangeur est du type dit à socs de charrue. Il s'agit, par exemple, d'un modèle Recycler CB de la société ~ODIGE
qui est particulièrement adapté à la préparation d'un mélange pulvérulent sur 30 des fibres. Des essais ont été conduits, dans lesquels on avait jusqu'à 60 %
de fibres dans le mélange sec. Ici, comme précédemment, les opérations sont successivement: mélange du sable sec et de l'eau, puis, dans un deuxième temps, mélange des fibres et du sablon humide. Ici aussi, très rapidement, on CA 02212928 1997-08-0~

WO 97/21876 PCTtFR96/01942 atteint une répartition homogène des fibres dans le mélange. Dans cette deuxième méthode comme dans la première, immédiatement après préparation, le mélange maître est stocké dans des ~ big bags ~ que l'on ferme le plus rapidement possible, et dans lesquels il restera jusqu'à son exploitation J 5 sur le chantier.
il est bien évident que les fibres en tronçons bien réguliers utilisés dans la première méthode conviennent très bien à la seconde et inversement. Des essais complémentaires ont par ailleurs montré que la technique de l'invention permet de préparer des mélanges maîtres dont la concentration en fibres est beaucoup plus faible, jusqu'à des concentrations pondérales sèches de l'ordre de 5 % .

Claims (15)

REVENDICATIONS

1. Mélange maître destiné, après ajout notamment de matériaux granulaires minéraux ou organiques, à la réalisation de couches de sol, de couches et de sous-couches de terrains ou de chaussées, caractérisé en ce qu'il est à base d'un mélange de matériaux granulaires et de fibres, ces dernières étant dans une proportion pondérale de 6 à 60 % du mélange sec.

2. Mélange maître selon la revendication 1, caractérisé en ce que la proportion des-fibres est comprise entre 20 et 50 %.

3. Mélange maître selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les matériaux granulaires du mélange de matériaux granulaires et de fibres sont constitués essentiellement de sable.

4. Mélange maître selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les fibres sont des fibres minérales, en particulier des fibres de verre, sous forme de filaments en faisceaux d'au moins 40 filaments chacun et d'un diamètre unitaire compris entre 5 et 25 µm.

5. Mélange maître selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comporte, parmi les fibres minérales, au moins 10 % de fibres de verre d'une longueur supérieure à 20 mm.

6. Mélange maître selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte une proportion pondérale d'eau supérieure à
10 %.

7. Procédé pour réaliser un mélange maître selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte les phases suivantes:
- mélange des matériaux granulaires et d'eau, puis - mélange des matériaux granulaires mouillés et des fibres.

8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que les fibres sont dans une proportion pondérale du mélange sec supérieure à 20 %.

9. Procédé selon l'une des revendications 7 ou 8, caractérisé en ce que les fibres sont coupées immédiatement avant leur dépôt au-dessus des matériaux granulaires mouillés.

10. Application du mélange maître selon l'une des revendications 1 à 6 à la réalisation d'un mélange final de matériaux granulaires et de fibres dans lequel la proportion des fibres par rapport au mélange est inférieure à 5 %.

11. Application selon la revendication 10, caractérisée en ce que le mélange final, avec une proportion pondérale de fibres inférieure à 3 % et de préférence de l'ordre de 1 %, est destiné à renforcé des pistes équestres.

12. Application selon la revendication 10, caractérisée en ce que le mélange maître, distribué régulièrement sur un sol à rénover, est malaxé avec les constituants du sol pour l'obtention d'un mélange final avec une proportion de fibres supérieure à 0,01 %.

13. Application selon la revendication 12, caractérisée en ce que le mélange maître est distribué régulièrement sur le sol à l'aide d'une saleuse, notamment du type utilisant un éjecteur à force centrifuge ou d'une épandeuse agricole.

14. Dispositif pour réaliser le mélange maître selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comporte un mélangeur à socs de charrue.

15. Dispositif selon la revendication 14, caractérisé en ce que c'est un mélangeur continu avec tambour séparé en deux parties longitudinales.