EP0702738A1 - Materiaux granuleux pour renforcement de sols et procede d'elaboration - Google Patents

Materiaux granuleux pour renforcement de sols et procede d'elaboration

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Publication number
EP0702738A1
EP0702738A1 EP94917704A EP94917704A EP0702738A1 EP 0702738 A1 EP0702738 A1 EP 0702738A1 EP 94917704 A EP94917704 A EP 94917704A EP 94917704 A EP94917704 A EP 94917704A EP 0702738 A1 EP0702738 A1 EP 0702738A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
filaments
granules
bundles
fibers
cutting
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP94917704A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Jean-Louis Fage
Claude Choudin
Jean-Baptiste Rieunier
Jean-Marc Letalenet
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Orgel
Original Assignee
Orgel
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from FR9306602A external-priority patent/FR2705978B1/fr
Priority claimed from FR9307563A external-priority patent/FR2706921A1/fr
Application filed by Orgel filed Critical Orgel
Publication of EP0702738A1 publication Critical patent/EP0702738A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02D—FOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
    • E02D3/00—Improving or preserving soil or rock, e.g. preserving permafrost soil
    • E02D3/005—Soil-conditioning by mixing with fibrous materials, filaments, open mesh or the like
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E01—CONSTRUCTION OF ROADS, RAILWAYS, OR BRIDGES
    • E01C—CONSTRUCTION OF, OR SURFACES FOR, ROADS, SPORTS GROUNDS, OR THE LIKE; MACHINES OR AUXILIARY TOOLS FOR CONSTRUCTION OR REPAIR
    • E01C3/00—Foundations for pavings
    • E01C3/003—Foundations for pavings characterised by material or composition used, e.g. waste or recycled material

Definitions

  • the invention relates to soil preparation techniques in which sands or granular substitute materials are used, it relates in particular to the production of underlays for paths, roads or sports grounds.
  • the second phase consists in depositing on the ground thus prepared a layer of form whose first function will be to allow the displacement of the convoys and machines on the ground by avoiding degrading it or clogging the machines.
  • one or more other layers of a different nature are then deposited, said foundation layer, base layer, etc., the common role of which is to support the more superficial layers bound by large quantities of hydraulic or bituminous binders.
  • Each of the underlying layers is made with well-defined quality sand which unfortunately is generally not available in the vicinity of the site. Although the price of such a material is not high its transport can be very expensive.
  • One of the aims of the invention is to make it possible to use, for the production of the underlying layers, materials in particular sand from quarries neighboring the site to which fibers are added which give them the desired properties.
  • Another object of the invention is to improve the participation of the underlying layers in the stability of the road and in the resistance of the roadway over time.
  • the invention must allow the repair of degraded roads with the reuse of aggregates already in place or the addition of new powders or aggregates.
  • the invention also aims to provide a product for strengthening which is compatible with the usual additions of sands such as hydraulic binders.
  • Synthetic fibers have a length of 15 to 100 mm and their diameter is between 30 and 100 ⁇ m. Fibers made of various materials are cited, the examples relate to polyacrylonitrile fibers.
  • the invention thanks to the choice of a suitable material and the use of new methods for the incorporation of fiber in mineral granules provides a better quality product, easier to process and, after all, cheaper.
  • patent application FR-A-2 368 211 proposes to add a cable of 27,000 or 100,000 curly filaments made of polyvinyl chloride, acrylonitrile or viscose in sand to stabilize dunes and to seed them .
  • the main aim here is to stabilize slopes and limit wind erosion.
  • the invention was developed for a different purpose, stabilizing the floors intended to withstand localized forces such as those due to trampling or rolling of machines, during the installation of the upper layers and thereafter, ensuring stable support for the developed land or road, the means offered are also different.
  • the invention provides a granular or pulverulent material intended for the production of soils, layers or sub-layers of land or pavement and comprising a mixture based on mineral or organic powders or granules and fibers, in which the fibers are filaments in the form of bundles with a length of less than 100 mm, especially mineral fibers, in particular glass fibers with bundles made up of at least 40 filaments each with a unit diameter between 5 and 25 ⁇ m.
  • the beams have a length of between 20 and 50 mm.
  • the proportion by weight of the filament bundles in the mixture is between 0.01% and 0.5% and preferably between 0.01 and 0.1%. They are preferably cut from textile glass threads, the filaments of which have a diameter of between 10 and 16 ⁇ m, such as 11 or 14 ⁇ m.
  • the powder to which the glass filaments are added advantageously mainly comprises industrial by-products such as fly ash or slag while the granules are sand to which a variable amount of hydraulic binder can be added.
  • the invention also provides that the granules are grave treated with hydraulic binders.
  • the glass filaments are based on an alkali-resistant composition.
  • the granular material according to the invention allows the production of soils, layers or sub-layers of land or roads which have, compared to pulverulent materials loaded with known fibers, the advantage of at least equivalent performance despite small quantities of fibers. .
  • the invention also relates to a process for preparing a mixture of mineral granules and glass fibers intended to constitute a form layer for roadways, it comprises the following stages which are linked in succession or are carried out simultaneously:
  • the method of the invention provides that the bundles of filaments are deposited directly on the leveled ground consisting of mineral or organic powders or granules and that the mixing of the bundles of filaments with the powders or granules is carried out by the passage of a construction machine of the strawberry type, the distribution being advantageously carried out by a construction machine of the seeder type.
  • the method also provides for the bundles to be cut from strand (s) of wire, immediately before being deposited on the leveled ground.
  • Another variant of the method provides that to restore a layer of pavement in gravel treated with hydraulic binders, the following steps are observed:
  • the methods of the invention have the advantage of avoiding any segregation or dispersion of the fibers elsewhere than in the granules. This limits pollution and losses. Furthermore, they make it possible to obtain a much more regular distribution of the fibers which makes it possible to control the proportion thereof.
  • the invention also provides a fixed device for the preparation of a mixture of powders or granules and textile glass fibers intended to constitute grounds, layers or under-layers of grounds or pavements which comprises in particular a machine of continuous yarn cutter arranged in the vicinity of a conveyor, a cut yarn distribution system on the conveyor which in particular transports powders or granules as well as, possibly downstream from the cut yarn distributor, a powder or granule distributor covering the cut wires.
  • This device allows in particular the simple implementation of the method of the invention in the immediate vicinity of the mobile site for the production of sports grounds or the construction of roadways. Another device, mobile that one, is also proposed.
  • FIG. 1 represents the device allowing the implementation of the process of the invention within the framework of a centralized preparation of the granulated material.
  • Figures 2 and 3 show results of comparative sand cracking tests with hydraulic binders respectively: times for the first cracking of shrinkage (Figure 2) and crack width after 28 days (Figure 3).
  • FIG. 1 illustrates a first centralized method for producing the mixture between the granular or pulverulent material and the fibers.
  • hoppers 1, 2 containing the pulverulent or granulated materials to be used, for example on the one hand an all-purpose sand from a quarry close to the site and a corrective sand, that which, added in large quantities, is - in the absence of fibers necessary to provide the mixture with the desired lift.
  • a conveyor belt 3 below the hoppers, and leading from one to the other, a conveyor belt 3 has been installed.
  • the hopper 1 deposits a certain thickness of the material, such as all-purpose sand, on the conveyor.
  • This sand then passes into 4 under a machine 5 for cutting the glass strands. This is supplied with strands of wire 6 from several coils such as 7 unwound from the inside.
  • the machine 5 generally comprises several rollers 8, at least one of which is fitted with knives 9 which cut the set of wicks 6 into sections of defined length 10.
  • Each wick has a very large number of threads, in general more than 400, 1200 per example.
  • the nature of the glass constituting the fibers is not decisive for the lift. It is only in special cases, such as conditions of attack by binders, that it should be substituted for the usual E glass, a glass of a different composition.
  • European patent EP-B-0040145 proposes for example a machine intended to cut wires into sections of a predetermined length and which comprises a rotary drum whose surface is smooth and a second drum equipped with blades arranged perpendicularly to its periphery, the blades being fixed by their only ends and their bases opposite to their cutting edge remaining entirely free while members ensure the compression of the wire.
  • the filament bundles 10 are preferably deposited over the entire width of the sand transported by the strip 3. After the fibers have been deposited, the materials pass under the hopper 2 where an amount of sand, for example a corrective sand from a distant quarry (but then, thanks to the stabilizing effect of fibers in minimum quantity) is deposited. This avoids immediately covering the fibers that the dispersion is disturbed. At the exit of the conveyor belt 3, the materials fall into a mixer, not shown, where a homogenization of the distribution of the fibers in the sand
  • the technique involves three stages, soil preparation, beam distribution and mixing.
  • the preparation consists in leveling the ground and depositing the granular materials from outside there or if by its nature, itself agrees, to loosen it on the depth to be treated.
  • the distribution of the beams can be done from pre-cut wires and then the distribution machine is similar to a seed drill or else with a mobile cutting machine equipped with a device for regular distribution. beams.
  • the mixing operation it consists in working the soil to the depth chosen to distribute the fibers previously deposited on the surface. For this, a harrow or preferably a rotary machine such as a ROTOVATOR cutter is used.
  • the three operations which require suitable equipment can be carried out separately or in a single operation with associated machines using a single means of movement (tractor).
  • a variant of the previous process has been developed for repairing gravel pavement layers treated with hydraulic binders.
  • the gravel is extracted by reducing them to their granular constituents (the gravel) and powders (the pulverized binders) and they are mixed with the fibers of the invention by adding water and the new hydraulic binders before replacing the material with its original location.
  • the first method which has been described in detail applies as such to the production of road or motorway sub-layers and more precisely of form layers, that is to say, of the first layer deposited on the same the leveled ground.
  • the same process easily adapts to other road sub-layers such as for example the foundation, that which rests directly on the form layer, or on the base layer.
  • Mobile processes are more suitable for localized sites where it is the granular material of the soil itself which needs to be stabilized and for the reprocessing of degraded pavements.
  • a mobile machine is preferably used.
  • the functions are successively: extraction of the existing layer after milling, addition of the fiber and binders then mixing in a mixer and finally placing the product mixed on the ground.
  • the function of the methods according to the invention is to increase the "lift" of the powder or of the granular material used in the soils.
  • the traditional way to improve the bearing capacity of a given material such as general purpose sand consists in adding to it determined quantities of a sand of well defined particle size which is called a corrective sand.
  • the addition of the fibers according to the invention makes it possible to significantly reduce or even in certain cases, to eliminate the addition of corrective sand to achieve a given lift.
  • the lift of sands treated with a hydraulic binder is evaluated using a standard quantity (NF-P-98 231.4), the immediate lift index (I.P.I.).
  • the test to determine it consists in pressing a punch of determined shape to push it of a given depth (2.5 mm) into the material to be tested. The measurement is that of the force necessary to obtain the insertion, it is proportional to the pressure on the face of the punch.
  • the fibers make it possible to increase the I.P.I. at least 10 points.
  • the quantities of hydraulic binder when it is present are more or less important, if they are zero or remain low, the bundles of filaments made of the usual glass intended for reinforcement of plastics or the production of textiles are suitable, these are, for example, glass strands of the STABI-FIL type made from a traditional glass for the reinforcing fiber known as “E glass”.
  • Hydraulic binders have a well-known characteristic, their removal during hardening ("setting"). For these binders to be effective, they must remain compact, that their cracking is absent or at least, remains limited.
  • test consists in determining the time formation of a crack and its width on test pieces of normal paste, in the shape of a ring, stored under the defined conditions.
  • the test piece consisting of the reinforced sand mixture and the binder is poured into a cylindrical mold with vertical axis (diameter 127 mm) comprising a coaxial cylindrical steel core (diameter 90 mm).
  • the test pieces are kept in a humid cabinet before demolding and in the air after demolding, demolding takes place after 24 hours. It operates by moving the two halves of the mold away from each other.
  • the test tube is preserved with its nucleus.
  • Two measurements relate to 3 identical test pieces for a given material.
  • the first consists in noting the time elapsed between the instant of demolding and that when a crack occurs, the second, in observing the evolution of the width of the cracks.
  • the test report gives the three values observed each time.
  • the reinforcing glass fibers it was either STABI-FIL or CEM-FIL (alkali resistant) in both cases in the form of a wick of 2400 tex with filaments with a diameter of 14 ⁇ m, the cutting the wick was made in sections of 6 or 25 mm.
  • the fiber content of the sand was 0.1 and 0.2%, respectively.
  • the results are represented figure 2 for the delay before the appearance of the first crack and figure 3 for the width of this one. For each composition, the three results of the three test pieces produced are shown. In Figure 2, we see at 11 the number of days after which the crack appeared.
  • the arrows 12 indicate that at the twenty-eighth day, no crack was visible.
  • the technique of the invention makes it possible to improve mechanical performance, in particular the bearing capacity of soils whose sub-layers are based on powders or granules such as, for example, pulverulent natural materials containing organic products.
  • This technique is particularly interesting for the use of industrial by-products.
  • slag which results from the manufacture of metals from their original ores, such as blast furnace slag, as an undercoat.
  • the addition of less than 0.1% of textile glass filaments associated by 40 or more makes it possible to make the pulverulent material sufficiently stable to give it the stability necessary for the production of road sub-layers or of various terrains, sports grounds, racetracks, fairgrounds, etc.
  • incineration bottom ash or fly ash in particular silico-aluminous which. are by-products of the industry which in general only serve to clutter the quarries can, thanks to the invention, find a use and thus be valued.
  • any powdered or granular material of organic or non-organic nature is subject to the process of the invention. This is particularly the case for residues from the treatment of household waste.
  • the technique of the invention makes it possible to reuse the bass treated with hydraulic binders by limiting the external contributions of new materials.

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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. Il 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

MATERIAUX GRANULEUX POUR RENFORCEMENT DE SOLS ET PROCEDE D'ELABORATION
L'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 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 chantier auxquels on ajoute des fibres qui leur donnent les propriétés voulues .
Un autre but de l'invention est d'améliorer la participation des couches sous-jacentes à la stabilité de la route et à la tenue de la chaussée dans le temps.
De même, dans le domaine de l'aménagement des sols pour les préparer à une destination nouvelle comme par exemple pour créer un chemin, un terrain de sport, un hippodrome, où l'on commence par niveler le sol avec des bulldozers, dans l'étape suivante, on peut apporter comme matériau nouveau, non seulement un sable de granulométrie définie mais également des matériaux tout-venants adaptés.
C'est également un but de l'invention de permettre une modification des matériaux tout-venants les plus variés pour permettre leur adaptation comme constituants d'une couche sous-jacente qui préparent le sol nivelé à une fonction nouvelle telle que l'utilisation comme chemin, comme terrain de sport, de manoeuvre, hippodrome, etc...
De même, l'invention doit permettre la réfection de routes dégradées avec réutilisation des granulats déjà en place ou apport de poudres ou granulats nouveaux.
L'invention a également pour but de proposer un produit permettant le renforcement qui soit compatible avec les ajouts habituels des sables tels que les liants hydrauliques.
Il est connu, en particulier par la demande de brevet WO 91/17311, d'ajouter à du sable fin de granularité définie par le rapport d/D dans lequel 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 synthétiques en quantité environ comprise entre 0,2 et 5 pour mille en poids, de préférence entre 0,5 et 1 pour mille.
Les fibres synthétiques ont une longueur de 15 à 100 mm et leur diamètre est compris entre 30 et 100 μm. Des fibres faites de divers matériaux sont cités, les exemples concernent des fibres de polyacrylonitrile.
L'invention, grâce au choix d'un matériau adapté et à l'utilisation de méthodes nouvelles pour l'incorporation des fibres dans les granulés minéraux fournit 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 filamentaire textile réalisé à partir d'au moins un câble de fils continus. C'est ainsi que la demande 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 limiter l'érosion éolienne.
L'invention a été développée dans un but différent, stabiliser les sols destinés à supporter des efforts localisés comme ceux dûs aux piétinements ou au roulement d'engins, pendant 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 à la réalisation de sols, de couches ou de sous-couches de terrain ou de chaussée et comportant un mélange à base de poudres ou de granulés minéraux ou organiques et de fibres, dans lequel les fibres sont des filaments sous forme de faisceaux d'une longueur inférieure à 100 mm spécialement de fibres minérales, en particulier de fibres de verre avec des faisceaux constitués d'au moins 40 filaments chacun d'un diamètre unitaire compris entre 5 et 25 μm. De préférence, les faisceaux ont une longueur comprise entre 20 et 50 mm.
Selon l'invention, 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 %. Ils sont de préférence coupés dans des fils de verre textile dont les filaments ont un diamètre compris entre 10 et 16 μm, tels que 11 ou 14 μm. La poudre à laquelle sont ajoutés les filaments de verre comprend, avantageusement, essentiellement des sous-produits industriels tels que des cendres volantes ou des laitiers tandis que les granulés 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 1 ' 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, 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 μm 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 figures 2 et 3 montrent des résultats d'essais comparatifs de fissuration de sable avec liants hydrauliques respectivement : délais pour la première fissuration de 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 1 ' 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 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 μm. 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 dépôt des fibres, les matériaux passent sous la trémie 2 où une quantité de sable, par exemple d'un sable correcteur provenant d'une carrière lointaine (mais alors, grâce à l'effet stabilisateur des fibres en quantité minimum) est déposée. On évite en recouvrant ainsi immédiatement les fibres que la dispersion soit perturbée. A la sortie du convoyeur à bande 3, les matériaux tombent dans un mélangeur non représenté où une homogénéisation 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 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 cela 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. 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 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 entraînent 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 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 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 μm et 25 μm, l'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, 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'essai 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'eprouvette 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) . 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. L'eprouvette 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 45 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 μm, la découpe de la mèche était faite en tronçons de 6 ou de 25 mm. La teneur en fibres du sable était respectivement de 0,1 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. En ce qui concerne la largeur des ouvertures de fissures (figure 3 où la largeur des fissures en μm est indiquée en 13) les résultats sont homogènes avec les précédents : sauf une exception, avec le liant LIGEX, les fibres améliorent 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 qu'en plus, elles retardent et même 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 mâchefers 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 traités aux liants hydrauliques en limitant les apports extérieurs de nouveaux matériaux.

Claims

REVENDICATIONS
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 filaments sous forme de faisceaux d'une longueur inférieure à 100 mm.
2. Matériau granuleux selon la revendication 1, caractérisé en ce que les fibres sont des fibres minérales, en particulier des fibres de verre et que les faisceaux sont constitués d'au moins 40 filaments chacun, d'un diamètre unitaire compris entre 5 et 25 μm.
3. Matériau selon l'une des revendications 1 ou 2, 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 %.
4. Matériau selon l'une des revendications 2 ou 3 , 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.
5. Matériau selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que les faisceaux ont une longueur comprise entre 20 et 50 mm.
6. 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 .
7. Matériau selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la poudre comprend essentiellement des sous-produits industriels tels que des cendres volantes ou des laitiers.
8. Matériau selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les granulés sont des graves traités aux liants hydrauliques.
9. Matériau selon l'une des revendications 2 à 8, caractérisé en ce que les filaments de verre sont alcali- résistants .
10. Procédé pour réaliser le mélange de poudre ou de granulés minéraux ou organiques et de fibres selon la revendication 2, caractérisé par les étapes suivantes de façon successive ou simultanée :
- dépôt d'une couche de poudre ou de granulés sur un transporteur, - dépôt par gravité sur la couche de poudre ou 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 poudres ou des granulés et des faisceaux de filaments.
11. Procédé de préparation d'un mélange de poudre ou de granulés minéraux ou organiques et de fibres selon la revendication 10, caractérisé en ce que la coupe des faisceaux de filaments est effectuée immédiatement avant leur dépôt .
12. Dispositif pour la préparation d'un mélange de poudre ou de granulés et de fibres de verre textile destinés à constituer des sols, des couches ou des sous-couches de terrain ou de chaussées, caractérisé en ce qu' il 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.
13. Procédé pour réaliser le mélange de poudre de granulés minéraux ou organiques et de fibres selon la revendication 2, caractérisé par les étapes suivantes :
- dépôt sur le sol nivelé constitué des poudres ou 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 poudres ou granulés et des faisceaux de filaments par le passage d'un engin de chantier du type fraise.
14. Procédé selon la revendication 12, 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.
15. Procédé selon la revendication 13, 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.
16. Dispositif pour mettre en oeuvre le procédé de la revendication 15, caractérisé en ce qu'il comporte notamment une machine de coupe de fils continus installée sur un engin mobile et un système de répartition des fils coupés transversalement par rapport au déplacement de l'engin ainsi qu'un engin de chantier du type fraise, son déplacement et celui de la machine de coupe étant liés ou non.
17. 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 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,
- mise en place du mélange sur la chaussée.
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