EP0277051B1 - Method and apparatus for precracking the foundation layers of hydraullically bound roads - Google Patents
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Definitions
- the notching of the seat must actually be carried out on the at least partially compacted material.
- This condition leads to: on the one hand the need to provide significant mechanical energy, which requires efficient equipment and results in a non-negligible cost; on the other hand, the risk of altering the evenness of the layer, the operation occurring at the end of implementation.
- the pre-cracking risks creating a weak zone whose behavior under circulation will be poor.
- a film-forming product is sprayed on contact with the groove material.
- the vehicle comprises a tank 10 with a heat-insulated emulsion and a pump as well as connecting means making it possible to bring this emulsion to the nozzle 3 ensuring projection.
- the capacity of the emulsion storage can be limited to a few hundred liters.
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Description
L'invention concerne un procédé et un dispositif de préfissuration d'assises de chaussées traitées aux liants hydrauliques.The invention relates to a method and a device for pre-cracking of road surfaces treated with hydraulic binders.
La France utilise depuis plus de vingt ans, de façon intensive, des matériaux traités par des liants hydrauliques ou pouzzolaniques pour réaliser les couches d'assises des routes à grand et moyen trafic. Une part importante des autoroutes de liaison construites depuis les années 1960 et la plupart des renforcements lourds réalisés sur les routes nationales depuis 1969 font appel à cette technique.France has been using materials treated with hydraulic or pozzolanic binders intensively for more than twenty years to make the bedding layers for high and medium traffic roads. A significant part of the connecting highways built since the 1960s and most of the heavy reinforcements carried out on national roads since 1969 use this technique.
Les performances mécaniques élevées (résistance et module de déformation que confère aux granulats l'adjonction d'un liant hydraulique -ciment ou dérivé, laitiers granulés de hauts fourneaux activés- ou pouzzolanique -cendres de centrales thermiques + chaux ou pozzolanes naturelles + chaux-) sont fortement appréciées des concepteurs et des maîtres d'oeuvre. De plus cette technique conduit à des structures de chaussée souvent économiques. Enfin l'utilisation comme liants de sous-produits ou de déchets industriels permet une valorisation intéressante de ces produits et règle certains problèmes d'environnement.The high mechanical performances (resistance and modulus of deformation which gives to aggregates the addition of a hydraulic binder - cement or derivative, slag granules from blast furnaces activated - or pozzolanic - ash from thermal power plants + lime or natural pozzolans + lime-) are highly appreciated by designers and prime contractors. In addition, this technique leads to often economical pavement structures. Finally, the use as binders of by-products or industrial waste allows an interesting recovery of these products and settles certain environmental problems.
Par contre les constatations faites sur le réseau routier français utilisant des assises traitées aux liants hydrauliques montrent que pour le climat français et pour les liants et les formulations retenues depuis une vingtaine d'années, les couches de base et de fondation sont l'objet d'une fissuration de retrait thermique inéluctable. Cette fissuration se transmet à la couche de roulement et apparaît à la surface sous forme de fissures transversales dont l'espacement varie le plus souvent entre 5 m et 10 m et dont l'ouverture, limitée le plus souvent à quelques millimètres, dépend de la température.On the other hand, the observations made on the French road network using foundations treated with hydraulic binders show that for the French climate and for the binders and formulations retained for about twenty years, the base and foundation layers are the object of '' inevitable thermal shrinkage cracking. This cracking is transmitted to the wearing course and appears on the surface in the form of transverse cracks, the spacing of which usually varies between 5 m and 10 m and the opening of which, most often limited to a few millimeters, depends on the temperature.
L'espacement des fissures dépend de la nature et du dosage en liant, de la période de réalisation de la couche d'assise et de la qualité de l'accrochage de la couche traitée au liant hydraulique à la couche inférieure. A même température l'ouverture des fissures dépend essentiellement de la nature du granulat traité (le coefficient de dilatation d'un calcaire et d'un matériau siliceux varie dans un rapport voisin de 2) et de l'espacement entre fissures. La vitesse d'apparition de la fissure en surface dépend, en dehors des conditions climatiques, de l'épaisseur et de la nature de la couche de roulement et de la qualité de l'accrochage entre la couche de roulement et la couche traitée par un liant hydraulique.The spacing of the cracks depends on the nature and dosage of binder, the period of realization of the base layer and the quality of the attachment of the layer treated with hydraulic binder to the lower layer. At the same temperature the opening of the cracks essentially depends on the nature of the treated aggregate (the coefficient of expansion of a limestone and a siliceous material varies in a ratio close to 2) and on the spacing between cracks. The speed of appearance of the crack on the surface depends, outside of climatic conditions, on the thickness and the nature of the wearing course and on the quality of the bonding between the wearing course and the course treated by a hydraulic binder.
Pour empêcher ou pour le moins retarder fortement la transmission des fissures des couches d'assises dans les couches de roulement, plusieurs techniques peuvent être employées conjointement ou séparément :
- . réduction de l'ouverture et des mouvements des bords des fissures,
- . interposition, au droit de la fissure, entre la couche d'assise et la couche de roulement, d'un produit ou d'un complexe découplant partiellement les deux couches,
- . utilisation pour la couche de roulement de mélanges bitumineux adaptés résistant aux contraintes de traction,
- . préfissuration de la couche traitée par les liants hydrauliques.
- . reduction of the opening and movements of the edges of the cracks,
- . interposition, in line with the crack, between the base layer and the wearing course, of a product or a complex partially decoupling the two layers,
- . use for the wearing course of suitable bituminous mixtures resistant to tensile stresses,
- . pre-cracking of the layer treated with hydraulic binders.
Le but de la préfissuration est de localiser, dès la mise en oeuvre, les fissures de retrait thermique de la couche traitée par un liant hydraulique, qui, pour les formules utilisées en France, ne se produiraient le plus souvent qu'au cours du premier hiver suivant la réalisation du chantier.The purpose of pre-cracking is to locate, upon implementation, the thermal shrinkage cracks in the layer treated with a hydraulic binder, which, for the formulas used in France, would most often occur only during the first winter following completion of the work.
Dans cette technique, l'espacement entre les fissures provoquées est fortement réduit par rapport à celui constaté sur un chantier où les fissures se sont produites "naturellement" (2 m à 3 m par exemple au lieu de 5 m à 10 m).In this technique, the spacing between the cracks caused is greatly reduced compared to that observed on a site where the cracks occurred "naturally" (2 m to 3 m for example instead of 5 m to 10 m).
Les avantages de la technique de préfissuration sont les suivants :
- . Le pas de la fissuration étant réduit par rapport à celui des fissures "naturelles", le souffle de ces fissures (variation de l'ouverture de la fissure) est plus faible lors des variations de température car il est lié au retrait et à la dilatation de dalles de longueur plus faible
- . Les fissures étant localisées avant leur apparition, un traitement préalable permettant de retarder l'amorçage de la fissuration dans la couche de roulement peut être réalisé avant exécution de cette dernière.
- . The pitch of the cracking being reduced compared to that of "natural" cracks, the breath of these cracks (variation of the crack opening) is weaker during temperature variations because it is linked to shrinkage and expansion slabs of shorter length
- . The cracks being located before their appearance, a preliminary treatment making it possible to delay the initiation of the cracking in the wearing course can be carried out before execution of the latter.
La solution du sciage et du garnissaqge de la saignée ainsi réalisée par un produit adapté n'est pas utilisable dans les cas des couches d'assises de chaussées. En effet, la faible vitesse de durcissement des formules généralement utilisées ne permet pas d'obtenir un matériau qui puisse être scié sans dégradation. Cette technique classique pour les chaussées en béton hydraulique est par ailleurs coûteuse.The sawing and trimming solution of the kerf thus produced by a suitable product cannot be used in the case of the layers of pavement foundations. In fact, the slow curing speed of the formulas generally used does not make it possible to obtain a material which can be sawn without degradation. This conventional technique for hydraulic concrete pavements is also expensive.
Les techniques déjà étudiées ou utilisées consistent à créer une discontinuité dans la couche traitées par un liant hydraulique, soit par diminution locale de l'épaisseur de la couche, soit plus généralement par amorçage de la fissure sur la couche totalement ou partiellement compactée.The techniques already studied or used consist in creating a discontinuity in the layer treated with a hydraulic binder, either by local reduction in the thickness of the layer, or more generally by initiation of the crack on the totally or partially compacted layer.
Une solution qui consiste à créer des amorces de fissures par chocs ou vibrations sur la couche en cours de durcissement a aussi été envisagée ou appliquée.A solution which consists in creating crack initiators by impacts or vibrations on the layer in the course of hardening has also been considered or applied.
La technique de diminution locale de l'épaisseur de la couche consiste à introduire à la base ou à la partie supérieure de la couche une discontinuité qui réduira l'épaisseur du matériau. Diverses solutions ont été utilisées : tasseaux en bois, tubes en caoutchouc, feuilles de plastiques, etc. Cette technique a les inconvénients suivants : d'une part, pour être adaptée à la cadence des chantiers routiers, elle nécessite un matériel spécialisé lourd, elle est donc coûteuse et mal adaptée aux petits chantiers ; d'autre part, au droit de la fissure créée, on diminue la surface de contact entre les deux bords de dalle, ce qui nuit au transfert de charge entre deux dalles lors du passage d'un véhicule et risque d'accélérer la dégradation des fissures par fatigue.The technique of locally reducing the thickness of the layer consists in introducing a discontinuity at the base or at the top of the layer which will reduce the thickness of the material. Various solutions have been used: wooden battens, rubber tubes, plastic sheets, etc. This technique has the following drawbacks: on the one hand, to be adapted to the speed of road construction sites, it requires heavy specialized equipment, it is therefore expensive and ill-suited to small construction sites; on the other hand, in line with the crack created, the contact surface between the two edges of the slab is reduced, which hinders the transfer of charge between two slabs during the passage of a vehicle and risks accelerating the degradation of fatigue cracks.
La technique d'amorçage de la fissure par entaillage en surface est la plus courante ; elle est encore peu utilisée en France, mais plus développée en Allemagne notamment. Cette technique consiste à entailler la couche mise en oeuvre sur une profondeur de quelques centimètres par un couteau vibrant, une lame ou une roue vibrante ou par tout autre moyen.The crack initiation technique by surface notching is the most common; it is still little used in France, but more developed in Germany in particular. This technique consists cutting the layer used to a depth of a few centimeters with a vibrating knife, a vibrating blade or wheel or by any other means.
Pour être efficace "l'entaillage" de l'assise doit effectivement être réalisé sur le matériau au moins partiellement compacté. Cette condition entraîne : d'une part la nécessité de fournir une énergie mécanique importante, ce qui impose un matériel efficace et se traduit par un coût non négligeable ; d'autre part, le risque d'altérer l'uni de la couche, l'opération intervenant en fin de mise en oeuvre. Par ailleurs, en désorganisant le matériau au voisinage de la fissure, la préfissuration risque de créer une zone faible dont le comportement sous la circulation sera médiocre.To be effective, the notching of the seat must actually be carried out on the at least partially compacted material. This condition leads to: on the one hand the need to provide significant mechanical energy, which requires efficient equipment and results in a non-negligible cost; on the other hand, the risk of altering the evenness of the layer, the operation occurring at the end of implementation. In addition, by disorganizing the material in the vicinity of the crack, the pre-cracking risks creating a weak zone whose behavior under circulation will be poor.
La technique de fissuration par chocs sur la couche en cours de durcissement amorce à la fois des fissures transversales et longitudinales ; elle nuit certainement à la durée de vie de la structure sous l'effet de la circulation. Par ailleurs, la forme et la localisation exacte des amorces de fissures créées n'étant pas maîtrisable, cette technique ne permet pas un traitement des fissures avant la mise en oeuvre de la couche de roulement.The impact cracking technique on the layer during hardening initiates both transverse and longitudinal cracks; it certainly affects the life of the structure under the effect of traffic. Furthermore, since the shape and exact location of the crack initiators created cannot be controlled, this technique does not allow crack treatment to be carried out before the wearing course is applied.
La présente invention a pour but de proposer un procédé de préfissuration qui ne présente pas ces inconvénients.The object of the present invention is to propose a pre-cracking process which does not have these drawbacks.
Ce but est atteint dans le cadre de l'invention par un procédé du type consistant à introduire une discontinuité à la partie supérieure de la dernière couche répandue, et se caractérisant en ce qu'on ouvre, à des emplacements choisis, des sillons dans ladite couche avant son compactage définitif. On projette dans ces sillons un produit formant un film par figeage au contact du matériau du sillon et créant ladite discontinuité avec le matériau avoisinant, on referme lesdits sillons et on procède au compactage de ladite couche.This object is achieved in the context of the invention by a method of the type consisting in introducing a discontinuity at the upper part of the last widespread layer, and being characterized in that grooves are opened in said locations at said location. layer before final compaction. A product is formed in these grooves by forming a film by freezing in contact with the material of the groove and creating said discontinuity with the neighboring material, said grooves are closed and the said layer is compacted.
L'ouverture du sillon peut être réalisée par des moyens mécaniques appropriés ou directement par le produit créant la discontinuité émis sous forme de jet liquide sous haute pression (l'ouverture du sillon et la projection du produit sont alors simultanées).The opening of the groove can be carried out by appropriate mechanical means or directly by the product creating the discontinuity emitted in the form of a liquid jet under high pressure (the opening of the groove and the projection of the product are then simultaneous).
Dans la forme de réalisation préférée de l'invention, on projette un produit formant un film au contact du matériau du sillon.In the preferred embodiment of the invention, a film-forming product is sprayed on contact with the groove material.
Il convient que le produit soit pulvérisable ; qu'il se fige sur le matériau dès pulvérisation (sans diffusion dans le matériau, ni écoulement à la base de la couche) de façon à créer ledit film constituant la discontinuité recherchée ; enfin que le produit soit compatible avec le bitume (ou autre produit) qui sera utilisé comme liant pour la couche de roulement et avec les produits utilisés éventuellement pour un traitement localisé avant mise en oeuvre de la couche de roulement.The product should be sprayable; that it freezes on the material upon spraying (without diffusion into the material, nor flow at the base of the layer) so as to create said film constituting the desired discontinuity; finally that the product is compatible with the bitumen (or other product) which will be used as a binder for the wearing course and with the products possibly used for a localized treatment before implementation of the wearing course.
Le produit sera de préférence choisi parmi les liants hydrocarbonés (bitumes, goudrons, etc.). On peut généralement fluidifier ce produit par chauffage, pour le pulvériser. La formation du film est due au figeage du produit lors du refroidissement au contact des matériaux granulaires du sillon.The product will preferably be chosen from hydrocarbon binders (bitumens, tars, etc.). This product can generally be thinned by heating to spray it. The formation of the film is due to the freezing of the product during cooling in contact with the granular materials of the groove.
Un produit particulièrement avantageux pour la réalisation de l'invention est le bitume sous forme d'émulsion. En effet, son coût est faible, sa fluidité est suffisante pour permettre une pulvérisation sans qu'il soit nécessaire de porter le produit à une température élevée ; il présente une bonne compatibilité avec la couche de roulement de la chaussée (en générale bitumineuse) et avec les produits éventuellement utilisés pour un traitement localisé (eux aussi bitumineux) ; le produit est disponible sur tout chantier de chaussées et les entreprises routières ont l'habitude de l'utiliser.A particularly advantageous product for carrying out the invention is bitumen in the form of an emulsion. Indeed, its cost is low, its fluidity is sufficient to allow spraying without the need to bring the product to a high temperature; it has good compatibility with the wearing course of the roadway (generally bituminous) and with the products possibly used for localized treatment (also bituminous); the product is available on any road construction site and road companies are used to using it.
L'émulsion de bitume est de préférence cationique, à faible pH (voisin de 3) et à grande vitesse de rupture. Par sa phase aqueuse à faible pH , elle inhibe partiellement la prise du liant hydraulique et crée donc une zone de résistance plus faible favorable à la localisation des fissures de retrait. Par sa phase bitumineuse, elle crée la discontinuité qui accentue le phénomène et permet une prélocalisation précise de la fissure. Par ailleurs, la phase bitumineuse rend le matériau, au droit de la fissure, insensible à l'eau et peu sensible à l'abrasion.The bitumen emulsion is preferably cationic, at low pH (close to 3) and at high breaking speed. By its aqueous phase at low pH, it partially inhibits the setting of the hydraulic binder and therefore creates a weaker resistance zone favorable to the location of shrinkage cracks. By its bituminous phase, it creates the discontinuity which accentuates the phenomenon and allows a precise pre-localization of the crack. Furthermore, the bituminous phase makes the material, at the crack level, insensitive to water and not very sensitive to abrasion.
L'invention s'applique également à la préfissuration des couches réalisées en béton compacté.The invention also applies to the pre-cracking of layers made of compacted concrete.
La mise en oeuvre du procédé conforme à l'invention peut se faire à partir d'un véhicule intégré dans le chantier et circulant dans le sens de l'avancement du chantier, ou à partir de l'engin de répanda- ge lui-même. Le fait d'intervenir sur un matériau peu ou pas compacté offre l'avantage de nécessiter une énergie mécanique faible pour l'ouverture d'un sillon sur toute l'épaisseur de la couche.The implementation of the method according to the invention can be done from a vehicle integrated in the site and traveling in the direction of the progress of the site, or from the spreading machine itself . The fact of working on a little or not compacted material offers the advantage of requiring low mechanical energy for the opening of a groove over the entire thickness of the layer.
La machine permettant la réalisation industrielle du procédé se compose essentiellement d'un chariot mobile se déplaçant sur un rail fixé sur un véhicule (tracteur-fourgon-petit camion). Cet appareil comprend des moyens assurant respectivement trois fonctions ;l'ouverture d'un sillon par un soc de forme adaptée ; la projection de la quantité d'émulsion de bitume nécessaire (ou autre produit) ; et la fermeture du sillon. Ces opérations peuvent se faire le véhicule à l'arrêt, ou bien en continu le véhicule se déplaçant lentement et formant un sillon oblique (si le rail est transversal).The machine allowing the industrial realization of the process essentially consists of a mobile carriage moving on a rail fixed on a vehicle (tractor-van-small truck). This device comprises means ensuring respectively three functions: the opening of a groove by a share of suitable shape; the projection of the quantity of bitumen emulsion required (or other product); and closing the train path. These operations can be done with the vehicle stationary, or continuously the vehicle moving slowly and forming an oblique groove (if the rail is transverse).
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description ci-après faite en référence aux dessins annexés sur lesquels :
- - la figure 1 est une vue perspective schématique de la couche d'assise dans laquelle est pratiqué le sillon où l'on projette l'émulsion désirée.
- - la figure 2 est une vue schématique de dessus représentant les moyens d'ouverture de sillon, de projection du produit et de fermeture de sillon.
- - la figure 3 est une vue schématique de dessus représentant le véhicule de support des moyens de la figure 2.
- - Figure 1 is a schematic perspective view of the seat layer in which the groove is practiced where the desired emulsion is sprayed.
- - Figure 2 is a schematic top view showing the groove opening means, product projection and groove closure.
- - Figure 3 is a schematic top view showing the support vehicle of the means of Figure 2.
La figure 1 montre la dernière couche d'assise 1, d'une épaisseur comprise généralement entre 15 et 30 cm, et formée de matériaux traités par des liants hydrauliques. La granulométrie de ces matériaux est couramment de l'ordre de 0,20 mm, mais comprend aussi des matériaux à granulométrie moyenne (0,10 mm), voire des sables fins. La couche 1 est destinée à recevoir, après compactage, la couche de roulement.Figure 1 shows the
Selon l'invention, on ouvre dans la couche 1 non encore compactée, à des emplacements choisis (par exemple sous les deux ou trois mètres) des sillons 2. On projette dans les sillons 2, au moyen d'une buse 3, l'émulsion de bitume 4 sous forme de jet qui vient en contact avec le matériau du sillon 2 et s'y rompt en créant le film recherché. Ensuite, on referme ledit sillon 2, et l'on peut procéder au compactage de la couche 1 et à toutes les opérations subséquentes classiques.According to the invention,
L'émulsion bitumineuse maintenant la discontinuité, l'opération peut être réalisée sur le matériau simplement régalé et grossièrement règlé. L'effort mécanique nécessaire à l'ouverture du "sillon" est dans ce cas faible. Les opérations de compactage et de réglage ne sont pas perturbés et les incidences du procédé sont nulles sur l'uni.The bituminous emulsion maintaining the discontinuity, the operation can be carried out on the material simply leveled and roughly adjusted. In this case, the mechanical force required to open the "groove" is low. The compacting and adjustment operations are not disturbed and the effects of the process are zero on the plain.
L'opération ne nécessite pas de gros moyens mécaniques et pertube peu l'avancement du chantier.The operation does not require large mechanical means and does little to disrupt the progress of the site.
La quantité d'émulsion de bitume nécessaire pour une épaisseur de grave hydraulique de 20 cm et un espacement entre préfissure de 3 m est au plus de 0,2 I au m2 de chaussée.The quantity of bitumen emulsion required for a 20 cm thick hydraulic gravel and a spacing between prefissures of 3 m is at most 0.2 l per m 2 of roadway.
Le coût global du traitement ramené au mètre linéaire de chaussée est donc faible.The overall cost of the treatment reduced to the linear meter of roadway is therefore low.
La figure 2 et 3 illustrent schématiquement les moyens essentiels permettant la mise en oeuvre du procédé. Ces moyens consistent en un soc 5 en V fendant la couche 1 pour former le sillon 2 ; en une buse de projection ou gicleur 3 distribuant le produit 4 ; et dans deux plaques 7 en V inversé ramenant entre elles le matériau écarté par le soc 5 de manière à refermer le sillon. La direction d'avancement est représentée par la flèche 6. Ces trois moyens 5,3,7 peuvent être montés solidaires sur un chariot 8 (fig. 3) monté coulissant (direction 6 et 6') sur un rail 11 de la largeur de la voie de circulation (3,5 cm par exemple), porté par un véhicule 9. Le véhicule comporte une cuve 10 à émulsion calorifugée et une pompe ainsi que des moyens de liaison permettant d'amener cette émulsion au gicleur 3 assurant la projection. Compte tenu des faibles quantités de bitume utilisées pour la procédé, la capacité du stockage en émulsion pourra être limitée à quelques centaines de litres.FIGS. 2 and 3 schematically illustrate the essential means allowing the implementation of the method. These means consist of a V-shaped share 5 slitting the
Le gicleur 3 lié au chariot mobile 8 peut être remplacé par une rampe de projection arrosant simultanément toute la longueur du sillon.The
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