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PROCEDE D'ELABORATION DE SOLS RENFORCES
PAR DES ADDITIFS FIBREUX
L'invention concerne les techniques de préparation des sols dans
10 lesquelles on utilise des sables ou des matériaux granulaires de substitution,
elle concerne en particulier la réalisation des sous-couches des chemins, routesou 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
15 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
20 nature différente dites couche de fondation, couche de base, etc... dont le rôle
commun est de supporter les couches plus superficielles liées par des 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
25 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 sousjacentes des matériaux, en particulier des sables, provenant
de carrières voisines du chantier auxquels on ajoute des fibres qui leur donnent30 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.
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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-venant adaptés.
C'est également un but de l'invention de permettre une modification des
matériaux tout-venant les plus variés pour permettre leur adaptation comme
constituants d'une couche sous-jacente qui prépare le sol nivelé à une fonction
nouvelle telle que l'utilisation comme chemin, comme terrain de sport, de
manoeuvre, hippodrome, etc
Il est connu, en particulier par la demande de brevet W0 91/17311,
d'ajouter à du sable fin de granularité définie par le rapport d/D dans lequel dcorrespond aux particules de petit diamètre et D aux particules de diamètre
supérieur, ce sable satisfaisant aux relations d = 0 et D ~ 6 mm, des fibres
synthétiques en quantité comprise environ 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 ,um. Des fibres faites de divers
matériaux sont cités, les exemples concernent des fibres de polyacrylonitrile.
Dans la demande de brevet PCT/FR94/00643 déposée le 01/06/1994,
on décrit une technique pour mélanger des additifs fibreux avec des matériaux
pulvérulents destinés à la réalisation de couches routières sous-jacentes dans
laquelle on dépose une couche de poudre ou de granulés sur un transporteur
puis où l'on dépose par gravité sur la couche de poudre ou de granulés des
faisceaux de filaments qui ont été obtenus par coupe d'au moins une mèche
de fils de verre textile, on procède alors au recouvrement éventuel des
faisceaux de filaments par une couche de granulés et enfin, au mélange des
granulés et des faisceaux de filaments.
La présente invention se propose de fournir d'autres méthodes
d'incorporation d'additifs fibreux dans des matériaux pulvérulents destinés à
constituer des soubassements de routes ou de terrains divers.
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L'invention propose un procédé pour mélanger avec des granulés
minéraux ou organiques destinés à constituer les couches d'un sol, des
additifs fibreux, en particulier à base de fibres minérales telles que des fibres
de verre avec les étapes suivantes:
- mise en contact unilatérale des additifs fibreux avec les granulés,
- mélange des granulés et des additifs fibreux.
Dans l'une des variantes, le mélange est effectué en continu par un malaxeur
et les additifs fibreux sont, soit déposés sur un transporteur sur lequel sont
déposés ensuite, au-dessus, les granulés, I'ensemble étant alors introduit dans
10 le malaxeur, soit introduits au-dessus des granulés dans le malaxeur lui-même.
Dans une autre variante, le mélange est effectué en discontinu dans un
mélangeur, les additifs fibreux étant introduits notamment sur les granulés.
Selon le procédé de l'invention, de préférence les additifs fibreux
comprennent des fibres de verre de renforcement sous forme de faisceaux
15 d'au moins 40 filaments chacun, d'un diamètre unitaire compris entre 5 et
25 ~m. Ou bien les faisceaux sont coupés sur le site et alors on peut utiliser
un engin de coupe des faisceaux dont la vitesse de fonctionnement est
asservie à la vitesse d'introduction des granulés dans le malaxeur, ou alors, les
faisceaux sont déjà coupés avant leur stockage sur le site et ils sont prélevés
20 par un extracteur-doseur dont la vitesse de fonctionnement est de préférence
asservie à la vitesse d'introduction des granulés dans le malaxeur.
Il est souvent intéressant que le système de fourniture d'additifs fibreux,
coupeur de faisceaux de fibres ou stock d'additifs fibreux soit maintenu à
distance de l'endroit où l'introduction des additifs est effectuée, I'invention
25 propose un dispositif qui comporte notamment une vanne à écluse et un
système de soufflage d'air qui transporte les additifs fibreux. Dans une
variante, le dispositif est placé en aval d'un réservoir d'additifs fibreux et
comporte un démott eur qui précède une cardeuse.
Les figures et la description qui vont suivre permettront de comprendre
30 le fonctionnement de l'invention:
la figure 1 représente le dispositif de l'art antérieur permettant la mise
en oeuvre d'un procédé de préparation centralisée du matériau granulaire.
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la figure 2 représente un mode de mise en oeuvre du procédé de
l'invention, et
la figure 3 un autre mode de réalisation, tous deux avec découpe des fils
sur le site,
5la figure 4 montre un exemple d'extracteur-doseur tel qu'on les utilise
lorsque les fibres sont stockées après avoir été coupées.
La figure 1 illustre une méthode connue centralisée pour réaliser le
mélange entre le matériau granulaire ou pulvérulent et les fibres.
Lorsqu'on aménage un terrain ou qu'on construit une route, on choisit
10en général, à son voisinage, un site sur lequel tous les matériaux à mettre enoeuvre 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, I'avancement des travaux sur le terrain ou sur la15route en construction.
Les dispositifs pour mettre en oeuvre les procédés de l'invention se
trouvent installés sur ce site d'élaboration des matériaux.
Sur la figure, on voit deux trémies 1, 2 contenant les matériaux
pulvérulents ou granulaires à mettre en oeuvre, par exemple d'une part un
20sable 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 transporteuse3. La trémie 1 dépose sur le convoyeur une certaine épaisseur du matériau, tel
25que du sable tout-venant. Ce sable passe alors en 4 sous une machine 5 à
couper les fils de verre. Celle-ci est alimentée en mèches de fil 6 à partir de
plusieurs bobines telles que 7 dévidées par l'intérieur. La machine 5 comporte
en général plusieurs rouleaux 8 dont un au moins équipé de couteaux 9 qui
coupent l'ensemble des mèches 6 en tronçons de longueur définie 10. Chaque
30mèche comporte un nombre de fils très grand, en général plus de 400, 1200
par exemple.
Pour réaliser la coupe des fils on utilise avantageusement les machines
habituelles pour couper les fils de verre textile. Le brevet européen EP-B-00
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troncons d'une longueur prédéterminée 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
extrémités et leurs bases opposées à leur tranchant restant entièrement libres
tandis que des organes assurent la compression du fil.
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'effetstabilisateur des fibres, en quantité minimum) est déposée. On évite en
recouvrant ainsi immédiatement les fibres que la dispersion soit perturbée.
L'opération suivante est le mélange de l'ensemble.
La figure 2 représente un premier mode de réalisation du procédé de
I'invention. On voit sur la figure les différents appareils d'une centrale située à
proximité d'un chantier, de route par exemple. On voit en 11 un tapis
transporteur analogue au tapis 3 de la figure 1. Les trémies doseuses 12
servent à apporter et à déverser sur le tapis les matériaux granulaires 13. Un
convoyeur 14 alimente un malaxeur continu 15 avec les produits issus du
tapis transporteur 11. Dans le malaxeur continu 15 sont également
éventuellement introduits les additifs habituels, tels qu'un liant issu du silo 16
et de l'eau provenant du réservoir 17.
A la sortie du malaxeur continu 15, un convoyeur 18 charge le silo 19
dont la trémie charge les camions 20 qui transportent les matériaux jusqu'au
chantier proche.
Le procédé de l'invention est mis en oeuvre au début du cycle: avant
tout autre matériau, on dispose sur le tapis transporteur, les fibres coupées,
celles-ci se trouvent recouvertes d'un seul côté par les matériaux granulaires
avec lesquels elles se trouvent ainsi en contact unilatéral.
Sur la figure 2 la coupe se fait sur place à l'aide d'une machine de
coupe (21) analogue à la machine 5 de la figure 1, ll est important que la
vitesse de cette machine soit une fonction linéaire du débit des matières
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transportées par l'élévateur 18. Cela garantit, toutes choses égales par
ailleurs, que la proportion d'additifs fibreux dans le mélange reste constante.
A la place de la machine de coupe 21, on peut également, dans le cadre
du procédé de l'invention, installer un réservoir de fibres coupées équipé d'un
extracteur-doseur. Au fond du réservoir de fibres se trouve un dispositif
extracteur. Un tel dispositif doit remplir deux fonctions, extraire les fibres en
évitant qu'elles se coincent au fond du réservoir et doser le débit de fibres.
Plusieurs dispositifs permettent de remplir ces deux fonctions, I'un d'eux
comporte une grille vibrante située au fond du réservoir qui surmonte une série
de vis d'Archimède parallèles, à axes horizontaux dont la vitesse de rotation
définit le débit.
Pour faciliter la séparation et le dosage des faisceaux de fibres, on a
également utilisé un autre dispositif représenté figure 4. Il s'agit d'un dispositif
de décompactage et de transport pneumatique qui est alimenté par une trémie
120 avec les fibres. Le dispositif tel que celui décrit dans le brevet français 2
557 817 représenté à la figure 4 comporte essentiellement un démotteur 127
précédant une cardeuse 121 qui alimente une vanne à écluses 122 et il
comporte une turbine à débit contrôlé non représentée qui fournit à l'orifice
125 I'air nécessaire au transfert des fibres. Les matériaux fibreux peuvent êtreintroduits en vrac par exemple grâce à un silo situé au-dessus du dispositif.
Dans les deux techniques précédentes utilisant des fibres coupées à
l'avance, les systèmes doseurs ont avantageusement, on l'a vu, leur vitesse
asservie à celle de l'introduction des matériaux granulaires de manière à
garantir une proportion d'additifs fibreux définie.
Le dispositif de la figure 4 éventuellement dépourvu du démotteur 127
et de la cardeuse 121 est également utilisé avantageusement pour transférer
les additifs fibreux à une distance importante de l'endroit où ils ont été dosésqu'ils aient été coupés sur le site ou qu'ils y aient simplement été stockés et
éventuellement décompactés avant leur transfert. En particulier, il est souvent
intéressant d'effectuer les manipulations et les dosages de fibres à l'abri dansun local protégé, loin des manipulations des matériaux granulaires qui sont
effectuées par des engins plus rustiques.
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Dans tous les essais où l'on a utilisé des faisceaux de fibres de verre de
renforcement coupés et stockés en vrac, on a constaté une facilité de mise en
oeuvre beaucoup plus grande dans le cas où la coupe des fils avait été
exécutée dans l'usine verrière, sous filière immédiatement après le
rassemblement des filaments pour constituer un fil. En comparaison, les
faisceaux de fibres coupés à partir de rovings avaient tendance à
constituer des paquets de fibres, que les dispositifs extracteurs situés à la
sortie des réservoirs de fibres ont du mal à séparer.
La disposition du coupeur (ou des réservoirs avec leur doseur) de la
figure 2 est choisie lorsque la place manque le long du tapis transporteur, en
effet, au bout du tapis on peut disposer coupeur et bobines de roving dans les
conditions optimales pour éviter les incidents dus au blocage des fils, à l'usure
des guide-fil, etc
La figure 3 comporte pour l'essentiel les mêmes éléments que la figure
2, la différence essentielle est qu'ici, les additifs fibreux sont introduits au-
dessus des matériaux granulaires dans le malaxeur 15, ils se trouvent ainsi en
contact unilatéral avec eux. Sur la figure, on voit les bobines de roving 25, les
rovings 22 réunis en une mèche 23, le coupeur 24 analogue au coupeur 21 de
la figure 2 qui délivre des faisceaux de fibres coupés 26 directement dans le
malaxeur 15. Sur la figure, ces faisceaux sont visibles, on préférera cependant
qu'ils soient canalisés dans une conduite fermée. En effet, I'un des avantages
de l'introduction directe dans le mélangeur est d'éviter l'envol des fibres. Un
autre avantage est l'introduction des fibres au dernier moment ce qui limite lesmanipulations, risques de casse, de ségrégation, etc
Le coupeur représenté sur la figure est analogue à celui de la figure 2
décrit plus haut, il peut être cependant avantageux de le remplacer par un ou
surtout par plusieurs pistolets de projection de fibres coupées du type de ceux
utilisés par les fabricants de plastiques armés. Ces accessoires peuvent
permettre un mélange plus rapide puisqu'ils autorisent une meilleure dispersion
dès le début de l'opération.
Sur la figure 3 également, il est possible de substituer au coupeur 24
avec ses bobines de roving 25, un réservoir de fibres coupées avec un
extracteur-doseur décrit plus haut.
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Sur certaines installations au débit faible, le mélange des matériaux
granulaires destinés à réaliser des couches sous-jacentes de routes ou de
terrains divers est effectué dans des mélangeurs discontinus où l'on ne
commence le malaxage des produits qu'après remplissage d'une charge des
5 différents constituants. Le procédé de l'invention prévoit l'introduction des
additifs fibreux notamment sur les autres matériaux soit grâce à l'utilisation
d'un coupeur, de pistolets de projection, les deux types d'appareils étant
alimentés avec des roving, soit en alimentant le mélangeur en fibres coupées
au préalable et extraites de leur réservoir stockeur par un extracteur-doseur du10 type décrit plus haut. Ici aussi comme pour le système de la figure 3, le fait
d'introduire les additifs fibreux au dernier moment leur évite des agressions
diverses, en particulier, mécaniques. Il est cependant possible d'alterner apport
de matériaux granulaires et d'additifs fibreux en particulier pour accélérer le
mélange homogène.
L'invention propose également une méthode qui se substitue à la
technique connue de la figure 1. A la place du tapis de faisceaux de fibres
coupées déposé sur le lit de matériaux granulaires transporté par le tapis
transporteur 3, on dépose un mat de verre, fait de fibres coupées associées et
liées, en particulier par un liant qui perd son efficacité à l'humidité, conditionné
20 en rouleaux avec une largeur qui est celle du tapis transporteur. Le mat
lorsqu'il pénètre dans le mélangeur y est dissocié et le dosage des faisceaux
dans les matériaux granulaires, du fait même de l'avancement régulier du mat,
est très précis.
Les techniques précédentes utilisables pour mélanger des additifs
25 fibreux à des matériaux granulaires ont été décrites essentiellement avec desfibres de verre de renforcement associées en faisceaux mais elles sont adaptée
pour bien d'autres additifs fibreux par exemple à base de fibres plastiques. On
a également utilisé les méthodes de l'invention pour mélanger non pas des
fibres de verre de renforcement, mais des fibres de verre d'isolation. Il
30 s'agissait de fibres provenant de matelas de laine de verre déchiquetés et
reconstitués en nodules conformément au procédé du brevet EP-B-0 455 553.
Il s'agit après déchiquetage d'un matelas, de faire passer les flocons dans une
noduleuse où l'on oblige, à l'aide de couteaux, les fibres à passer au
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travers d'une plaque équipée de trous de 6 à 15 mm de diamètre. Les nodules,
tout comme les fibres de renforcement coupées se dispersent facilement au
sein des granulés. La même méthode utilisée avec des déchets ou sous-
produits de fibres de verre de renforcement ont également donn~ d'excellents
5 résultats.
