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CA 02201095 1997-06-23
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NOUVELLE STRUCTURE DE CHAUSSEE, REALISEE A
PARTIR DE MATERIAUX RIGIDES.
La présente invention concerne une nouvelle structure de
chaussée, réalisée à partir de matériaux rigides.
Les chaussées routières sont généralement formées de
plusieurs couches :
- une couche supérieure, directement en contact avec les
véhicules routiers et pouvant être réalisée avec un enrobé
traditionnel, comme par exemple, un béton bitumineux ; elle
est dénommée ci-après "couche de roulement" de la chaussée,
- au moins une couche inférieure, et quelquefois
plusieurs, constituant l'assise de la chaussée et pouvant
être réalisée, par exemple, à partir de matériaux traités
avec des liants hydrauliques tels que les graves-ciments ou
les graves-laitiers, ou bien à partir d'enrobés bitumineux ;
elle est dénommée ci-après "couche d'assise" de la chaussée.
Dans le cadre de la construction d'une chaussée, ces
couches peuvent être posées directement sur le sol, mais
également sur un matériau non traité, tel que, par exemple,
une grave non traitée ou une grave reconstituée humidifiée.
Dans le cadre du renforcement d'une chaussée endommagée,
on dispose la ou les nouvelles couches de matériaux traités
directement en contact avec la couche supérieure de
l'ancienne chaussée.
On sait que les spécialistes routiers ont souvent
intérêt à utiliser une couche d'assise à fort pouvoir
structurel, présentant donc une rigidité élevée, ce qui
permet de réduire l'épaisseur de la couche et, par
conséquent, les coûts de construction d'une chaussée.
Or, on sait que, sous l'effet des sollicitations en
traction générées par le trafic routier, des déformations et
des contraintes se développent à la base des couches,
principalement à la base de la couche d'assise. La
répétition de ces déformations et contraintes entraîne une
fatigue mécanique, responsable de phénomènes de fissuration.
Ce phénomène bien connu s'opère en plusieurs étapes
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- d'abord, la localisation des déformations et des
contraintes en traction à la base de la couche d'assise,
avec un effet maximal en fond de défauts,
- puis la création d'une microfissure, apparaissant
préférentiellement en fond de défauts,
- et, enfin, lorsque les contraintes deviennent
supérieures à la résistance en traction du matériau, la
transformation de la microfissure en fissure, qui se propage
vers le haut de la chaussée, en conduisant alors, à terme, à
la rupture de la chaussée.
On sait également que, dans le cas d'une couche d'assise
rigide, c'est-à-dire dont le module de rigidité est élevé,
on constate un amorçage de fissures encore plus important.
Dans le souci de répondre à ces problèmes de fissuration
lié au trafic routier, divers moyens destinés à ralentir la
propagation des fissures ont été proposés dans la
littérature. Ces moyens visent tous à mettre en place un
matériau intermédiaire entre la couche de roulement et la
couche d'assise. Parmi ceux-ci, on peut citer :
- la création d'une interface, consistant en une
membrane en bitume/caoutchouc coulée sur la couche d'assise
pour découpler les mouvements de cette dernière et ceux de
la couche de roulement qui la surmonte,
- le renforcement en traction des couches de béton
bitumineux de surface par des grilles de polyester
présentant des caractéristiques mécaniques suffisantes, ces
grilles étant placées entre la couche d'assise et la couche
de roulement,
- la mise en place d'un polyester non tissé, avec un
recouvrement de ce non tissé par une couche d'environ cinq
centimètres d'un béton bitumineux servant de couche de
roulement,
- la mise en place d'une interface en géotextile non
tissé, imprégné d'un liant bitumineux, consistant en un
bitume modifié à l'aide par exemple d'un copolymère de
styrène et d'un diène conjugué tel que le butadiène, comme
décrit dans la demande de brevet FR-A-2 592 411,
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- la mise en place d'une couche d'un géotextile imprégné
d'un premier liant bitumineux, accolé à une couche de
granulats enrobés d'un second liant bitumineux, comme décrit
dans la demande de brevet WO - 94/01623.
Ces différentes solutions préconisent toutes de mettre
en place une interface entre la couche de roulement et la
couche d'assise, en vue de retarder la remontée de fissures
dans la couche de roulement.
Or ces solutions ne sont utilisables qu'à des fins
curatives, puisqu'elles admettent que la chaussée présente
déjà des fissures.
De plus, ces techniques connues concernent des chaussées
semi-rigides, c'est-à-dire dont la couche d'assise est
réalisée à partir d'un matériau traité aux liants
hydrauliques, tels que les graves-ciments ou les graves-
laitiers.
Dans la pratique, ces techniques conduisent à des
résultats plus ou moins satisfaisants.
En poursuivant ses travaux de recherche dans ce domaine,
la Demanderesse a cherché à traiter les causes des
fissurations, au lieu de traiter les effets de ces
fissurations, comme le proposent les solutions de l'état de
la technique.
C'est ainsi que laDemanderesse a établi que, lorsque le
module de rigidité de la couche d'assise est élevé, l'état
de surface de la base de la couche d'assise, en particulier
la diminution des défauts "en creux" de celle-ci, a un effet
sur la formation de microfissures, et donc sur la tenue en
fatigue mécanique de la chaussée engendrant des problèmes de
rupture.
C'est pourquoi elle s'est attachée à rendre la surface
de base de la couche d'assise la plus lisse et la plus plane
possible, même lorsque cette couche est posée sur un
matériau de surface très irrégulière, comme un matériau non
traité, ou sur un support fortement endommagé, comme une
chaussée à renforcer.
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Le but de la présente invention est donc d'obtenir une
chaussée comprenant une couche d'assise rigide, qui présente
une tenue à la fatigue améliorée, c'est-à-dire qui résiste
bien aux fortes sollicitations transmises par les véhicules
sur la chaussée.
En effet, la Demanderesse a mis en évidence le fait
qu'il est possible, de façon surprenante, d'obtenir une
chaussée de bonne qualité, ayant une longue durée de vie et
pouvant être construite sur un support même endommagé, en
incorporant une couche particulière sous la couche d'assise
rigide.
La présente invention a, par conséquent, pour premier
objet une structure de chaussée selon la revendication 1
comprenant de haut en bas:
= - une couche de roulement,
=- au moins une couche d'assise rigide, dont le module
de rigidité est supérieur ou égal à 14.103 MPa, qui
supporte la couche de roulement,
=- le sol, ou un matériau non traité, ou une chaussée
endommagée, supportant la couche d'assise,
ladite structure de chaussée comprend, sous la couche
d'assise, une couche adhérant à celle-ci et dont l'épaisseur
est suffisante pour recouvrir les irrégularités de la
surface sur laquelle elle prend appui, afin de constituer
pour la couche d'assise un support à surface lisse et plane,
c'est-à-dire présentant une macrorugosité, mesurée par
l'essai de hauteur de sable selon la norme française
NFP98/216-1, correspondant à une hauteur de sable inférieure
ou égale à 4 mm.
Dans cette définition de l'invention, le module de
rigidité est mesuré selon la méthode TOTAL 762-94.
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La présente invention a pour deuxième objet un procédé
de fabrication de cette structure de chaussée, caractérisé
par les étapes successives suivantes :
=- on recouvre le sol, ou un matériau non traité, ou
une chaussée fortement dégradée, d'une couche destinée
à adhérer à la couche d'assise et dont l'épaisseur est
suffisante pour recouvrir les irrégularités de la
surface sur laquelle elle prend appui, afin de
constituer pour la couche d'assise un support à surface
lisse et plane,
=- on applique sur cette couche d'assise, dont le
module de rigidité est supérieur à 14.103Mpa,
=- on recouvre la couche d'assise par la couche de
roulement.
Le dessin schématique annexé qui n'a pas de caractère
limitatif, illustre une forme de mise en ceuvre de
l'invention. Sur ce dessin
La figure 1 est une coupe d'une chaussée illustrant les
couches selon une forme de mise en ceuvre de l'invention.
On se référa à la figure 1. La couche de roulement 1
reposant sur la couche d'assise rigide 2 peut
avantageusement être un enrobé traditionnel, comme, par
exemple, un béton bitumineux.
Le rôle de cette couche de roulement est d'assurer une
bonne protection de la structure et, de par sa rugosité, une
bonne adhérence pour les véhicules.
La couche d'assise 2 rigide de la structure conforme à
l'invention possède un module de rigidité supérieur ou égal
à 14.103 MPa à 15 C et 10 Hz et peut être réalisée à base de
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matériaux bitumineux de type enrobé à module élevé, par
exemple, ou à base de matériaux traités par des li_ants
hydrauliques, tels que les graves-ciments ou les graves-
laitiers.
Le rôle de cette couche est de constituer une bonne
assise à la chaussée.
Parmi ces couches d'assise, on utilise de préférence une
couche d'assise constituée par un enrobé bitumineux de type
enrobé à module de rigidité très élevé, mis au poi.nt par la
Demanderesse et qui fait l'objet de la publication FR
2738008. Cet enrobé bitumineux est réalisé à
partir d'un liant très dur, dont la pénétrabilité à 25 C,
mesurée selon la norme française AFNOR NFT 66-004
(Association Française de Normalisation), est comprise entre
0 et 20 et dont la teneur dans l'enrobé est supérieure à 6
parties pour cent en poids.
De par son caractère très rigide, son module de rigidité
à 25 C et 10 Hz étant supérieur à 24.103 MPa, cet enrobé
permet d'apporter le même effet structurel que les matériaux
classiques, mais avec des épaisseurs bien moindres, de
l'ordre de 5 à 30 cm.
La couche 4 que l'on dispose sous la couche d'assise
doit combler les creux et les reliefs du sol, du matériau
non traité, ou de la chaussée à renforcer, sur lesquels elle
prend appui. Cette couche doit donc présenter une épaisseur
suffisante pour recouvrir ces irrégularités, de manière à
former pour la couche d'assise un support à surface lisse et
plane. On dispose cette couche 4 sur une couche de fond 5,.
telle que le sol où l'ancienne chaussée.
Cette couche 4 doit, en outre, adhérer à la couche
d'assise de telle sorte que la chaussée finàle ait un bon
comportement mécanique, en particulier vis-à-vis de la
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fatigue mécanique.
L'adhérence peut être naturelle, si la couche est
réalisée à partir d'un matériau suffisamment bitumineux.
Elle peut, en particulier, également être apportée par
l'intermédiaire d'une couche d'accrochage 3 réalisée à
partir d'un bitume de type 70/100.
La couche conforme à l'invention, que l'on dispose sous
la couche d'assise, peut être réalisée à partir de plusieurs
types de matériaux.
Une première famille de matériaux utilisables comprend
les enrobés bitumineux, tels que, par exemple, le sable
bitume, les enrobés de reprofilage, les enrobés à froid ou
les bétons bitumineux.
Pour offrir à la couche selon l'invention un état de
surface lisse et plan, ces matériaux, une fois mis en
oeuvre, doivent posséder une faible macrorugosité et un bon
uni.
Comme indiqué ci-dessus, on définit la macrorugosité par
une hauteur de sable inférieure ou égale à 4 mm, et de
préférence inférieure ou égale à 2mm, mesurée par l'essai de
hauteur de sable selon la norme française NFP 98-216-1.
La mise en place de la couche réalisée à partir de ces
enrobés bitumineux est effectuée selon la norme française
NFP 98-150 et confère également à ladite couche le caractère
de bon uni désiré.
Cette couche pourra, par exemple, être collée à la
couche d'assise avec une couche d'accrochage réalisée à
partir d'une émulsion de bitume 70/100, dosée à 300-400 g/m 2
en liant résiduel.
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Une deuxième famille de matériaux utilisables pour
réaliser la couche à placer sous la couche d'assise comprend
des matériaux bitumineux coulables, tels que, par exemple,
les enrobés coulés à froid, les coulis bitumineux ou les
asphaltes coulés.
Pour offrir à la couche selon l'invention un état de
surface plan et lisse, ces matériaux doivent posséder une
faible macrorugosité, de l'ordre de celle que possèdent les
enrobés bitumineux cités ci-dessus.
La couche réalisée à partir de ces matériaux bitumineux
coulables est également appliquée selon la norme française
NFP 98-150, ce qui lui confère le caractère de bon uni
désiré.
Le collage avec la couche d'assise est assurée par
répandage d'une couche d'accrochage réalisée à partir d'une
émulsion de bitume 70/100, par exemple, et à raison de 200 à
500 g/m2 en liant résiduel.
Une troisième famille de matériaux pouvant servir de
couche à placer sous la couche d'assise comprend des
matériaux non bitumineux.
On peut citer, par exemple, les géotextiles, c'est-à-
dire toute nappe textile de contexture serrée, qui est
produite à partir de fils ou fibres naturelles ou
synthétiques et que l'on utilise de manière habituelle dans
les opérations de construction routière et de stabilisation
de terrains.
Le géotextile utilisé selon l'invention peut être une
nappe non tissée de masse surfacique comprise entre 50 et
500 g/m2 et formée de filaments continus à base d'un
polymère tel qu'un polyester, un polypropylène isotactique,
un polyamide, un polyacrylonitrile, un acétate de cellulose,
un polychlorure de vinyle, un polychlorure de
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vinylidène ou encore un polyéthylène haute densité.
Convient tout spécialement un géotextile consistant en
une nappe non tissée de contexture serrée, formée de
filaments continus à base de polypropylène isotactique, ou
bien d'un polyester, notamment de polytéréphtalate
d'alcoylène glycol tel que le polytéréphtalate d'éthylène
glycol, ou encore d'un polyamide, notamment d'un
polycaproamide ou d'un polyhexaméthylène adipamide. La nappe
non tissée formée de filaments continus à base d'un polymère
peut être, en particulier, la nappe décrite dans l'une ou
l'autre des publications FR-A-1 601 049, FR-A-2 108 145 et
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FR-A-2 592 411, ces publications indiquant la méthode
générale de production d'une telle nappe.
Le géotextile peut également être une nappe tissée de
masse surfacique comprise entre 50 et 500 g/m2 et de
diamètre de maille inférieur ou égal à 5 mm, de manière à
donner un caractère lisse.
Que ce soit un géotextile tissé ou non tissé, il
n'adhère pas naturellement à la couche d'assise sous
laquelle il est placé. Il est donc nécessaire de l'imprégner
d'un bitume, avant de l'utiliser comme couche à placer sous
la couche d'assise.
Le taux d'imprégnation est compris entre 200 et 800
g/m2. Cette imprégnation est réalisée avec un bitume chaud
ou avec un bitume sous forme d'émulsion, dont la
pénétrabilité à 25 C du bitume est comprise entre 180 et 220
dixièmes de millimètre.
On peut également citer, par exemple, les géomembranes
telles que les films polymériques, les coulis aux liants
hydrauliques, les tapis de déchets agglomérés par des liants
organiques ou minéraux, ou encore les couches traitées par
des liants hydrauliques.
Pour offrir à la couche selon l'invention un état de
surface plan et lisse, ces matériaux non bitumineux doivent
posséder une faible macrorugosité, de l'ordre de celle que
possèdent les enrobés bitumineux cités ci-dessus.
Ils sont également appliqués par l'intermédiaire d'.une
couche d'accrochage de type émulsion cationique, qui leur
permet d'adhérer à la couche d'assise rigide.
Cette couche d'accrochage, après répandage et rupture de
l'émulsion, est dosée à 200-500 g/m2 en liant résiduel.
Quel que soit le matériau choisi pour jouer le rôle de
la couche à placer sous la couche d'assise, ses propriétés
lui permettent de résister parfaitement aux conditions
mécaniques et thermiques de mise en oeuvre des enrobés
bitumineux rigides, qui sont notamment utilisés à chaud, aux
environs de 170 à 200 C.
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Ce matériau convient également parfaitement, aussi bien
pour la construction de chaussées neuves que pour le
renforcement de chaussées existantes.
Pour la construction de chaussées neuves, la couche à
placer sous la couche d'assise peut être posée soit
directement sur le sol, soit sur un matériau non traité, par
exemple de type grave non traitée ou grave reconstituée
humidif iée .
Pour le renforcement de chaussées déjà existantes,
ladite couche est posée directement sur l'ancienne chaussée,
lorsque son état de surface est fortement dégradé.
Ainsi, une chaussée neuve selon l'invention présente, de
haut en bas, la structure suivante :
- une couche de roulement,
- au moins une couche d'assise,
- la couche adhérant à la couche d'assise et dont
l'épaisseur est telle qu'elle constitue un support lisse et
plan pour cette couche d'assise,
- le sol ou le matériau non traité.
Une chaussée renforcée présente, elle, de haut en bas,
la structure suivante:
- une couche de roulement,
- au moins une couche d'assise,
- la couche adhérant à la couche d'assise et dont
l'épaisseur est telle qu'elle constitue un support lisse et
plan pour cette couche d'assise,
- l'ancienne chaussée à renforcer.
Ces structures de chaussées présentent non seulement une
tenue en fatigue très nettement améliorée par rapport aux
structures de la technique antérieure, mais elles présentent
également l'avantage de ne pas nécessiter une mise en oeuvre
compliquée ni coûteuse, puisqu'elles peuvent être réalisées
par les moyens classiques connus.
De plus, elles peuvent être réalisées sur un support
très irrégulier, voire accidenté.
Les exemples qui suivent illustrent l'invention, sans
toutefois la limiter.
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EXEMPLE 1
Cet exemple concerne un. matériau de type enrobé
bitumineux, dont la Demanderesse préconise l'utilisation
pour la construction d'une chaussée, comme couche à placer
5 sous la couche d'assise rigide de la chaussée.
Il s'agit d'un sable bitume mis en oeuvre sous la forme
d'un enrobé à chaud, préparé à partir d'un bitume jouant le
rôle de liant dont la pénétrabilité à 25 C est comprise
entre 35 et 50 dixièmes de millimètre.
10 La pénétrabilité est mesurée selon la norme AFNOR
NFT 66-004.
La macrorugosité de ce sable bitume est définie par une
hauteur de sable, selon la norme NFP 98-216-1, de l'ordre de
3 mm.
Ce sable bitume présente un module de richesse compris
entre 2,8 et 3,0, une teneur en bitume de 5,2 parties pour
cent en poids, une granulométrie comprise entre 0 et 6 ou
entre 0 et 10 mm, du type :
% passant Diamètre d'ouverture
du tamis
15 0,08 mm
64 0,2 mm
77 0,717 mm
91 0,5 mm
97 1 mm
100 2 mm
Cette couche de sable bitume est mise en oeuvre selon la
norme NFP-98-150, ce qui lui confère un bon uni, et présente
une épaisseur finale de 2 cm, après refroidissement et
répandage d'une couche d'accrochage de type émulsion
bitumineuse dosée à 250-300 g/mz en liant résiduel.
EXEMPLE 2
Cet exemple concerne un matériau de type enrobé
bitumineux, dont la Demanderesse préconise l'utilisation
pour le renforcement d'une chaussée, comme couche à placer
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sous la couche d'assise rigide de la chaussée neuve et sur
une chaussée à renforcer.
Il s'agit d'un enrobé de reprofilage, c'est-à-dire un
enrobé à chaud préparé à partir d'un bitume dont la
pénétrabilité à 25 C est comprise entre 35 et 50 dixièmes de
millimètre.
Cet enrobé présente un caractère sableux et une
granulométrie comprise entre 0 et 6 mm ou entre 0 et 10 mm,
du type :
% passant Diamètre d'ouverture
0/6 0/10 du tamis
12 10 0,08 mm
60 50 2 mm
100 80 6,3 mm
Cet enrobé présente un module de richesse k supérieur ou
égal à 3,0, si l'enrobé a une granulométrie comprise entre 0
et 6 mm, et supérieur ou égal à 2,8, si l'enrobé a une
granulométrie comprise entre 0 et 10 mm.
I1 présente également une macrorugosité, définie par une
hauteur de sable selon la norme NFP 98-216-1, de l'ordre de
3,5 mm.
Cet enrobé est mis:en oeuvre selon la norme NFP-98-150,
ce qui lui confère un bon uni, avec une couche d'accrochage
de type émulsion bitumineuse dosée à 250-300 g/mz en liant
résiduel.
EXEMPLE 3
Cet exemple concerne un matériau de type matériau
bitumineux coulable, dont la Demanderesse préconise
l'utilisation pour la construction d'une chaussée neuve,
comme couche à placer sous la couche d'assise rigide de la
chaussée.
Il s'agit d'un enrobé coulé à froid, présentant une
teneur en bitume comprise entre 5 et 8 parties pour cent en
poids et une granulométrie comprise entre 0 et 4 mm ou entre
0 et 10 mm.
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Cet enrobé présente une macrorugosité, définie par une
hauteur de sable selon la norme.NFP-98-216-1, de l'ordre de
4 mm.
Cette couche est mise en oeuvre selon la norme
NFP-98-150, ce qui lui confère un bon uni, avec une couche
d'accrochage de type émulsion cationique, préparée à partir
d'un bitume de pénétrabilité comprise entre 70 et 100
dixièmes de millimètre, dosée à 200-500 g/m2 en liant
résiduel.
EXEMPLE 4
Cet exemple concerne un matériau de type géotextile,
dont la Demanderesse préconise l'utilisation pour la
construction d'une chaussée neuve, comme couche à placer
sous la couche d'assise rigide de cette chaussée neuve.
Il s'agit d'un géotextile réalisé à base de fibres de
polyester et de grille de verre, dont le poids total est de
135 g/m2 et le taux d'imprégnation du bitume est de 460 g/m2.
Les fibres de polyester ont un poids de 80 g/m2, une
résistance mécanique de 2 kN/m et un allongement de 40 %.
La grille de verre a un poids de 55 g/m2, une résistance
mécanique de 14 kN/m et un allongement de 3 %.
Le taux d'imprégnation de ce géotextile est de 600 g/m2,
avec une émulsion de bitume de pénétrabilité comprise entre
180 et 220 dixièmes de millimètre.
