FR3097572A1 - Renfort a fibres longues conçu pour le renforcement de revetement bitumineux de chaussees routieres, et procede de fabrication d’un revetement bitumineux de chaussees routieres utilisant un tel renfort - Google Patents
Renfort a fibres longues conçu pour le renforcement de revetement bitumineux de chaussees routieres, et procede de fabrication d’un revetement bitumineux de chaussees routieres utilisant un tel renfort Download PDFInfo
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Abstract
L’invention concerne un renfort à fibres longues conçu pour le renforcement de revêtement bitumineux de chaussées routières de type enduit superficiel à froid, caractérisé en ce qu’il comprend :
-un support de type voile, préférentiellement un non-tissé synthétique, constitué de fibres à base de polyoléfine, et
-un mat constitué de fibres à haute ténacité ;
ledit renfort étant dépourvu de moyens d’accroche du mat sur le support.
Figure n°1
Description
L'invention se rattache au domaine des textiles utilisés dans la construction et l’entretien des routes, en particulier à la technologie des renforts fibreux utilisés pour la réalisation de revêtements bitumineux de chaussées routières.
L’invention trouve une application particulièrement avantageuse pour le renforcement de chaussées routières, notamment pour améliorer leur résistance à la propagation de fissures.
Arrière-plan technologique
L’amélioration du revêtement et le renforcement des chaussées routières en matériaux bitumineux ou en mix ciment/ matériaux bitumineux est nécessaire dans leur entretien pour éviter la propagation de fissures.
Il est fréquent de recourir à des techniques classiques de lutte contre la propagation de fissures, connues de l’homme du métier dans le secteur des Travaux Publics et des solutions s’appuyant sur des technologies textiles sont également largement employées. A titre d’exemple on peut citer de manière non exhaustive, les géotextiles synthétiques à base de polypropylène, les géogrilles synthétiques ou minérales du type en fibre de verre ou en fibre polyester, en fibres de carbone ou en fibres de polyvinyle acétate (PVA) ou encore des mats de verre de marque TruPave®, développés par la société Owens Corning.
Une structure routière ou aéroportuaire ou tout autre type de chaussée, est constituée d’une succession de couches de matériaux, à savoir :
- d’un sol support ;
- d’un terrassement constitué d’une à plusieurs couches de matériaux non traités dites couches de fondation ;
- d’un sol support ;
- d’un terrassement constitué d’une à plusieurs couches de matériaux non traités dites couches de fondation ;
- d’une succession de couches de matériaux traités,
i. soit au ciment pour les dalles béton ou bien à base de liant hydraulique, tel que, les « laitiers hauts fourneaux », « cendre volante » ou de ciment ; ces structures étant ensuite recouvertes de matériaux liés au bitume
ii. soit à base de liant hydrocarboné tel que les bitumes ;
La présente invention concerne la partie des matériaux traités au liant hydrocarboné, du type bitume ou produits similaires du type enrobé à chaud, tiède ou « à froid », ou enduits superficiels, appliqués sur des supports liés de l’un des deux types parmi i-ii.
En cas d’application du produit de l’invention sous un enrobé, il sera en général appliqué des gravillons ou autre système afin d’éviter que les fibres ne soient arrachées par les engins de chantier.
Un enrobé se définit comme étant un mélange de granulats et de bitume, qui provient de la distillation du pétrole, ou à partir de végétaux, fabriqué en centrale d’enrobage, appliqué sur chaussée en général avec un finisseur et ensuite compacté. Les couches successives d’une structure de chaussée sont collées entre elles avec ce qui est communément appelé une couche d’accrochage à base de bitume, émulsion de bitume, bitume fluxé, bitume fluidifié au solvant, etc., répandue à un dosage en général inférieur à 500 g/m2de bitume résiduel, une fois que l’eau de l’émulsion ou le solvant se soit évaporé.
Un enduit superficiel se définit comme un mélange réaliséin situde bitume et de granulats. Le bitume peut se présenter sous forme pure, à chaud, fluxée, fluidifiée de type « cutback » ou sous forme d’émulsion. Le bitume est d’abord appliqué dans l’une de ces formes sur la chaussée, puis les granulats sont appliqués. Cette opération peut être aussi réalisée en deux passes appelé bicouche ou en trois passes appelé tri-couche.
Le document US 6,315,499 B1 décrit des moyens de renforcement de chaussées routières et traite plus particulièrement des géotextiles. Le géotextile utilisé ici est constitué d’une grille réalisée à partir de mèches de verre à haut module d’élasticité, de 6 à 28 GPa, imprégnés d’une résine de type PVC.
Par ailleurs, leur mise en œuvre reste difficile, notamment sur des supports irréguliers, du fait de leur raideur et épaisseur relatives que ce soit sous des couches fines d’enrobé ou sous des enduits superficiels. De plus, l’inextensibilité de ces structures complexifie la pose et le déroulé du renfort sur le sol, notamment dans les virages.
Le document US 2002/0159837 A1 divulgue une méthode pour renforcer et imperméabiliser une surface pavée, mais aussi pour réparer des fissures présentes dans la surface. Cette méthode consiste à appliquer une couche liquide d’asphalte sur la surface, d’appliquer par-dessus cette couche d’asphalte un renfort se présentant sous la forme d’un mat de fibres de verre ou polymériques, puis d’appliquer une couche de matériau constituant le pavage de la structure routière. Le document US 2003/0026654 A1, similaire au document US 2002/0159837 A1, divulgue une méthode de renforcement et d’imperméabilisation d’une surface pavée similaire, à la différence toutefois que le mat est constitué de deux couches : une première couche comprenant d’une part un mat réalisé à partir de fibres minérales, de fibres polymériques ou l’association des deux ; et d’autre part une seconde couche de fibres minérales attachée à la première couche par couture, tricot, l’utilisation d’un adhésif etc. Ce type de structure, bien qu’elle constitue un moyen de renfort efficace et résistant, est difficilement recyclable lorsqu’elle comporte un géotextile polymérique. Il est parfois nécessaire de raboter une ancienne chaussée, ce qui oblige ensuite à séparer les morceaux de géotextiles de l’enrobé afin de procéder à leur recyclage.
On connaît également des mats de verre de la marque TruPave®, commercialisés par la société Owens Corning. Ces mats sont des non-tissés à base de fibres haute ténacité en verre et en polyester. Ces mats, bien qu’ayant la capacité de freiner la propagation d’une fissure grâce au bitume qui les imprègne, ne permettent pas aux fibres de se mélanger aux matériaux bitumineux appliqués dessus et donc de les renforcer et ils restent difficiles à mettre en œuvre en virage car ils présentent une faible élongation et supportent mal les déformations.
Un des objectifs de l’invention est de remédier à ces inconvénients en proposant un renfort à fibres longues conçu pour le renforcement de revêtement bitumineux de chaussées routières. Ce renfort constitue une solution plus économique et plus simple en termes de mise en œuvre, par rapport aux solutions existantes.
L’invention répond également à d’autres objectifs, notamment de proposer un procédé de fabrication de ce renfort, pourvu de meilleures propriétés mécaniques une fois inséré dans la matrice qu’il doit renforcer et étant plus facile à réaliser que les produits existants.
Pour répondre au premier objectif, il est proposé un renfort à fibres longues conçu pour le renforcement de revêtement bitumineux de chaussées routières.
Au sens de l’invention, un renfort à fibres longues se définit par l’association d’un support de type voile et d’un mat.
Plus précisément, ce renfort est remarquable en ce qu’il comprend :
- un support déformable de type voile, préférentiellement un non-tissé synthétique, constitué de fibres à base de polyoléfine, et
- un mat constitué de fibres à haute ténacité.
En outre, ce renfort est dépourvu de moyens d’accroche du mat sur le support.
Au sens de l’invention, un mat est défini comme étant un matériau constitué de fibres minérales aléatoirement dispersées, ces dernières ne présentant pas de moyens d’accroche entre elles.
Au sens de l’invention, le support de type voile est défini comme étant une étoffe synthétique, constitué de fibres réalisées en polyoléfine, par exemple en polypropylène, ou polyester ou autre matériau synthétique qui puisse être léger, de 2 à 30 g/m². Tout support léger peut être employé, et de préférence une étoffe non tissée, mais des structures du type filet, tissé ou tricoté peuvent également convenir, notamment en fonction de critères économiques et de déformabilité.
Au sens de l’invention, le critère « haute ténacité » correspond à une résistance supérieure à 70 GPa minimum.
De préférence, la fibre de verre est choisie en raison de sa facilité à être découpée (lors de la fabrication du mat) et en raison de son faible coût de revient.
En pratique, les fibres constituant le mat sont sélectionnées parmi le groupe comprenant les fibres de carbone, les fibres de basalte, les fibres de verre, avec une préférence pour les fibres de verre, qui ont l’avantage d’être moins coûteuses, et d’offrir une haute ténacité et résistance à la traction. Elles sont également réputées pour avoir une bonne adaptabilité à tout climat avec une résistance accrue aux températures élevées et une bonne stabilité avec un allongement à la rupture n’excédant pas les 3%.
Selon un mode préféré de réalisation de l’invention, les fibres constituant le mat sont des fibres de verre coupées. En effet, plus les fibres de verres seront courtes, plus elles simplifieront le mode de fabrication du produit de l’invention, contribuant ainsi à un réel intérêt économique. Néanmoins, leur longueur doit pour autant être suffisante afin de renforcer la couche d’accrochage et l’élément bitumineux appliqué dessus. En effet, la longueur des fibres ne peut pas être trop courte, si l’on souhaite éviter le problème lié à la fragilité de celles-ci rencontrées dans les mats de l’art antérieur. En pratique, on privilégiera les solutions dans lesquelles le mat comporte au moins des fibres d’une longueur comprise entre 10 mm et 300 mm.
Selon un mode de réalisation particulier, il est possible de combiner des fibres qui présentent des tailles différentes, par exemple de 20mm et 100mm.
Ainsi, selon un mode de réalisation préféré, le mat comprend deux types de fibres à savoir :
- les fibres de premier type, qui ont une longueur strictement comprise entre 7 mm et 50 mm, avantageusement entre 10 mm et 50 mm, préférentiellement comprise entre 10mm et 40mm;
- les fibres de second type, qui ont une longueur strictement comprise entre 10 et 500 mm, avantageusement entre 20 et 200 mm, préférentiellement égale à 100 mm.
L’intérêt des fibres courtes est de pouvoir se soulever lors du compactage grâce aux mouvements des granulats, et ainsi mieux pénétrer à l’intérieur de la couche de dessus. Elles « tiendront » donc les granulats entre eux et elles permettront de renforcer cette couche granulaire liée au bitume. Les fibres longues de plus de 30mm environ, quant à elles, resteront à plat et renforceront l’interface bitumineuse.
Au sens de l’invention, le terme « long » signifie que la longueur des fibres est au moins supérieure à 10 mm, de préférence au-delà de 30 mm.
En effet, les fibres constituant le mat ont une longueur comprise entre 10 mm et 500 mm, avantageusement entre 20 mm et 300 mm, de préférence entre 20 mm et 200 mm.
Par ailleurs, l’intérêt d’avoir des fibres longues est d’éviter toute discontinuité dans la transmission des contraintes, ce qui favorise le pouvoir de renforcement du renfort et contribue à une meilleure résistance à la fatigue des structures bitumineuses.
Afin de faciliter l’écoulement du bitume à travers le renfort, le support de type voile se présente comme une étoffe ouverte, ayant une structure ajourée et légère. A titre indicatif, il présente une masse surfacique d’au plus 20 g/m2, de préférence d’au plus 10 g/m2.
En pratique, ce renfort est généralement stocké sous forme de rouleaux, puis déroulé au moment de la pose sur la structure routière à réparer ou à construire. Lors de la pose du renfort, les ouvertures présentes dans le mat et la finesse du support combiné à sa capacité à être perforé par le granulat permettent le passage de certains granulats de l’enrobé ou de l’enduit superficiel à travers la structure et assure leur contact direct avec la couche de la chaussée. Ainsi, cette étoffe de fibres longues permet de transmettre les efforts que subit la structure et d’obtenir un renforcement suffisant et une meilleure résistance à la fissuration.
De la même manière, le mat présente une masse surfacique comprise entre 40 et 300 g/m2, avantageusement entre 50 et 200 g/m2, préférentiellement entre 50 et 120 g/m2.
En effet, à l’instar du support de type voile, le mat forme une structure très ajourée, permettant le passage à certains endroits de gravillons ou granulats.
Avantageusement, les fibres de verre ont un diamètre compris entre 12 et 50µm, préférentiellement entre 15 et 30µm ; et ont une longueur comprise entre 10 et 500mm, préférentiellement entre 20 et 200mm.
Pour répondre au second objectif, il est proposé un procédé de fabrication d’un revêtement bitumineux de chaussées routières tel que décrit précédemment. La première étape de ce procédé consiste en l’application d’une couche d’accrochage bitumineuse sur la chaussée. Celle-ci s’effectue au moyen d’une répandeuse à émulsion.
La seconde étape du procédé consiste à déposer simultanément plusieurs renforts de largeur assez faible de 0,50 m à 1 m, disposés en quinconce afin de pouvoir prendre les virages sans pour autant créer de plis. Ainsi, grâce à la souplesse du renfort et sa méthode pose, la mise en œuvre est réalisée efficacement.
En pratique, un dérouleur est adapté sur la répandeuse. Une barre de déroulage est insérée dans le tube du rouleau comprenant le renfort enroulé. Cette barre est posée sur une fixation de chaque côté du dérouleur avec une clef de fermeture. Il est à noter que des alternatives de systèmes de fixation du rouleau sont envisageables. La répandeuse applique simultanément le liant bitumineux et le renfort objet de l’invention. Puis a lieu l’application des gravillons de l’enduit superficiel.
Du fait de la souplesse du renfort, le dépôt sur le chantier est aisé, notamment sur des surfaces irrégulières ou à l’amorce de virages.
Description sommaire des figures
La manière de réaliser l’invention, ainsi que les avantages qui en découlent, ressortiront bien de la description des modes de réalisation qui suivent, à l’appui des figures annexées dans lesquelles :
La figure 1 est une représentation schématique en vue de dessus d’un renfort à fibres longues selon un premier mode de réalisation de l’invention,
La figure 2 est une vue en coupe du renfort à fibres longues de la figure 1, associé à une couche
La figure 3 est une représentation schématique d’un exemple de procédé de fabrication du renfort objet de l’invention.
La figure 4 est une représentation schématique de la mise en œuvre du procédé de fabrication d’un revêtement de chaussée, à partir de renforts de la figure 1.
Description détaillée
Dans la suite de la description, les mêmes références numériques désignent les mêmes éléments. Par ailleurs, les différentes vues ne sont pas tracées à l’échelle, mais ont été réalisées pour permettre la compréhension de l’invention.
En référence à la figure 1, la structure du renfort10comporte support de type voile11, sur lequel est déposé un mat12.
Plus précisément, le support11de type voile est un non-tissé synthétique, constitué de fibres en polyoléfine, notamment de type polypropylène. A titre d’exemple, on a employé un voile présentant une masse surfacique de 10 g/m2.
Sur ce voile11, est déposé un mat formé de segments de fils de verre12de 2400 tex, chaque fibre faisant environ 17µm de diamètre. La longueur après découpe est comprise entre 30mm et 200mm.
En référence à la figure 2, après dépose du renfort10sur une couche inférieure2de granulats, et après application d’une couche supérieure3de granulats, on observe que le renfort10se déforme aisément, et adopte une configuration tridimensionnelle, formant ainsi une interface noyée au cœur des couches de granulat déposées, conférant ainsi une résistance efficace aux contraintes subies par la chaussée.
Plus communément, on applique le mat12directement sur la chaussée à entretenir ou à renforcer, avant d’appliquer le bicouche (bitume, granulats, bitume, granulats).
En référence à la figure 3, le renfort objet de l’invention peut être réalisé en faisant défiler le voile11sur un convoyeur16, à l’aplomb duquel se trouve une unité de découpe17, formée par exemple de cylindres en regard dont l’un au moins est équipée d’organes de coupe. Cette unité de découpe est alimentée par un (ou plusieurs) fils14, et génère des segments de fils15, qui chutent aléatoirement sur le voile. Ces segments sont de longueur déterminée par la configuration desdits cylindres, dont la vitesse permet de régler la quantité des fils composant le mat12. Les procédés de découpe sont connus de l’homme du métier. Le voile sur lequel repose le mat, sans accroche, est ensuite renvidé pour former des rouleaux18destinés à être déroulés sur le chantier de la chaussée à revêtir.
En référence à la figure 4, le bitume est déposé au moyen d’une répandeuse à émulsion40au moyen d’une rampe de buses d’aspersion41. Cette répandeuse est équipée de dévidoirs sur lesquels sont installés des rouleaux18du renfort évoqué ci-dessus. Le nombre de dévidoirs est déterminé pour permettre la dépose de plusieurs renforts en parallèle, avec une couverture complète de la largeur de la chaussée. De préférence, les dévidoirs sont montés en quinconce, de manière à ce que les renforts adjacents se chevauchent pour assurer une continuité de couverture. Les dévidoirs sont de préférences indépendants, de manière à permettre un différentiel de longueur déposée dans les virages, entre l’intérieur et l’extérieur de la courbe. De préférence, les rouleaux sont dévidés en étant positionnés au contact du sol, de manière d’une part à limiter les risques de dissémination des fibres du mat, et d’autre part et surtout, à permettre une imprégnation du renfort avant même son application sur le sol.
Ainsi, ce renfort permet de transmettre les efforts que subit la structure et d’obtenir un renforcement suffisant et une meilleure résistance à la fissuration et constitue une alternative durable, économique et plus simple de mise en œuvre que les solutions existantes de renforcement de revêtement bitumineux de chaussées routières.
Claims (9)
- Renfort à fibres longues conçu pour le renforcement de revêtement bitumineux de chaussées routières, caractérisé en ce qu’il comprend :
-un support de type voile, préférentiellement un non-tissé synthétique, constitué de fibres à base de polyoléfine, et
-un mat constitué de fibres à haute ténacité ;
ledit renfort étant dépourvu de moyens d’accroche du mat sur le support. - Renfort selon la revendication 1, caractérisée en ce que les fibres constituant le mat sont sélectionnées parmi le groupe comprenant les fibres de carbone, les fibres de basalte, les fibres de verre.
- Renfort selon la revendication 2, caractérisée en ce que les fibres constituant le mat sont préférentiellement des fibres de verre coupées.
- Renfort selon la revendication 3, caractérisée en ce que les fibres constituant le mat présentent une longueur comprise entre 10 mm et 300 mm.
- Renfort selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le mat comporte au moins deux types de types de fibres, les fibres du premier type ayant une longueur comprise entre 7mm et 50 mm, avantageusement entre 10 mm et 50 mm, préférentiellement entre 10 mm et 40 mm et en ce que les fibres du second type ont une longueur comprise entre 10 et 500 mm, avantageusement entre 20 et 200mm, préférentiellement égale à 100 mm.
- Renfort selon la revendication 1, caractérisé en ce que le support de type voile présente une masse surfacique d’au plus 20 g/m2, préférentiellement d’au plus 10 g/m2.
- Renfort selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la masse surfacique du mat est comprise entre 40 et 300 g/m2, avantageusement entre 50 et 200 g/m2, préférentiellement entre 50 et 120 g/m2.
- Renfort selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les fibres de verre ont un diamètre compris entre 12 et 50 µm, préférentiellement entre 15 et 30 µm ; et ont une longueur moyenne comprise entre 10 et 500mm, préférentiellement entre 20 et 200mm.
- Procédé de fabrication d’un revêtement bitumineux de chaussées routières, caractérisé en ce que la mise en œuvre consiste en:
- l’application d’une couche d’accrochage bitumineuse sur la chaussée,
- le dépôt de plusieurs renforts selon l’une des revendications précédentes en parallèle,
- l’application de granulats sur ledit renfort.
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