L'invention concerne un système perfectionné anti-remontée de fissures intercalé entre la couche de structure et la couche de roulement d'une chaussée. Elle se rapporte encore à un procédé pour la réalisation d'un tel système.
Les chaussées routières ou aéroportuaires sont généralement formées de plusieurs couches, à savoir une couche supérieure, dite couche de roulement, à base d'un matériau du type enduit superficiel ou encore du type béton bitumineux et une ou plusieurs couches inférieures formant la couche de structure de la chaussée, à base de matériaux traités aux liants hydrauliques tels que ciments, laitiers de haut-fourneau, pouzzolane, cendres volantes, liants bitumineux.
Pour les structures aux liants hydrauliques, les diverses contraintes mécaniques et thermiques de nature statique, par exemple retrait de prise et retrait thermique des matériaux, ou de nature dynamique, à savoir contraintes liées au trafic, auxquelles sont soumises les chaussées entraînent une fissuration de la couche de structure, les fissures générées se transmettant plus ou moins rapidement à la couche de roulement pour ensuite apparaître à la surface de cette dernière. La présence de fissures en surface de la chaussée permet à l'eau de pénétrer dans le corps de ladite chaussée, ce qui provoque des dégradations rapides et importantes de cette dernière.
Pour prévenir ou tout au moins retarder l'apparition de fissures dans la couche de roulement d'une chaussée, dont la couche de structure est sujette à fissuration, diverses solutions ont été proposées, telles que :
De telles solutions n'ont pas conduit à des résultats satisfaisants, les fissures réapparaissant plus ou moins rapidement en surface.
Une solution plus performante, proposée dans la citation FR-A-2592411, consiste à interposer, entre la couche de structure et la couche de roulement, une interface en géotextile non tissé imprégné d'un liant bitumineux consistant en un bitume modifié, par exemple, par un copolymère de styrène et d'un diène conjugué tel que butadiène.
Dans un article intitulé « Geogrids in reinforcing asphaltic pavements » et publié dans la revue Highways, Vol. 58 (janvier 1990), no. 1957, Croydon GB, pages 12 à 14, D.S. BUIST et P.R. INESON décrivent, entre autres, l'utilisation d'un treillis géotextile en polypropylène (Netlon Tensar Grid AR), pour diminuer la fissuration des chaussées. Plus particulièrement, au paragraphe « Hot Mix Pad Coat » (page 12, colonne 4), les auteurs indiquent que sur le treillis géotextile, maintenu en tension sur la couche de structure par des fixations et éventuellement en faisant appel à une couche d'accrochage, on dispose manuellement une couche d'enrobés à chaud que l'on compacte, avant de réaliser la couche de roulement de la chaussée.
Dans la citation EP-A-0469222, on décrit un revêtement de chaussée comportant une nappe d'un géotextile collée, au moyen d'une couche d'un adhésif bitumineux, sur la couche de base en béton bitumineux d'une chaussée, par exemple ancienne couche de roulement de la chaussée, ladite nappe étant recouverte d'une couche de roulement poreuse à base d'enrobés bitumineux. Si besoin est, une couche d'égalisation peut être disposée sur la couche de base en béton bitumineux pour éliminer les irrégularités de surface de ladite couche avant la pose de la nappe géotextile.
On a maintenant trouvé que l'on pouvait améliorer les performances des systèmes anti-remontée de fissures du type de celui décrit dans la citation FR-A-2592411, en accolant une couche de granulats enrobés d'une quantité spécifique d'un liant bitumineux à la couche de géotextile imprégnée elle-même d'un liant bitumineux.
Le système anti-remontée de fissures selon l'invention, qui est intercalé entre la couche de structure et la couche de roulement d'une chaussée, est du type comportant une couche d'un géotextile imprégnée d'un premier liant bitumineux et une couche de granulats enrobés d'un second liant bitumineux, qui est accolée à la couche de géotextile imprégnée du premier liant bitumineux, et il se caractérise en ce que le second liant bitumineux associé aux granulats, pour former la couche d'enrobés, est utilisé en quantité comprise entre 3 % et 20 % du poids des granulats.
Selon une première forme de réalisation, le système anti-remontée de fissures est disposé de telle sorte entre la couche de structure et la couche de roulement de la chaussée que la couche de géotextile imprégnée du premier liant bitumineux repose sur la couche de structure de la chaussée, tandis que la couche de granulats enrobés du second liant bitumineux est revêtue de la couche de roulement.
Selon une deuxième forme de réalisation, le système anti-remontée de fissures est disposé de telle sorte entre la couche de structure et la couche de roulement de la chaussée que la couche de granulats enrobés du second liant bitumineux repose sur la couche de structure de la chaussée, tandis que la couche de géotextile imprégnée du premier liant bitumineux est revêtue de la couche de roulement.
La couche de granulats enrobés du second liant bitumineux peut être avantageusement une couche de sable enrobé dudit liant. On peut également constituer la couche de granulats enrobés du second liant bitumineux par une couche d'un enrobé coulé à froid ou encore par une couche d'enrobé drainant.
Par géotextile on entend selon l'invention 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. Avantageusement, le géotextile utilisé selon l'invention consiste en une nappe non tissée formée de filaments continus à base d'un polymère tel que polyester, polypropylène isotactique, polyamide, polyacrylonitrile, acétate de cellulose, polychlorure de vinyle, polychlorure de vinylidène. 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 polytéréphtalate d'alcoylène glycol tel que polytéréphtalate d'éthylène glycol, ou encore d'un polyamide, notamment polycaproamide ou 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 citations FR-A-1601049, FR-A-2108145 et FR-A-2592411, lesdites citations indiquant la méthode générale de production d'une telle nappe.
La masse surfacique de la nappe textile constituant le géotextile peut varier assez largement et se situe avantageusement entre 50 et 500 g/m2. Par exemple, lorsque la nappe textile a la structure de la nappe décrite dans la citation FR-A-2592411, la masse surfacique de ladite nappe textile est de préférence comprise entre 100 et 300 g/m2.
Le premier liant bitumineux, qui imprègne le géotextile pour constituer la couche de géotextile imprégnée du système anti-remontée de fissures, est utilisé avantageusement en quantité comprise entre 200 g et 1500 g et de préférence entre 300 g et 1000 g par mètre carré de nappe géotextile.
Le second liant bitumineux associé aux granulats, pour former la couche de granulats enrobés du système anti-remontée de fissures, est plus particulièrement utilisé en quantité comprise entre 4 et 12 % du poids des granulats.
Dans la variante "sable enrobé par le second liant bitumineux", le composant granulat peut être choisi parmi les divers sables qui sont utilisés sur les chantiers routiers et dont le passant au tamis de 6 mm est supérieur à 80 % et de préférence égal à 100 %.
Dans la variante "enrobé coulé à froid", le composant granulat, choisi parmi les sables qui sont utilisés sur les chantiers routiers et dont le passant au tamis de 6 mm est supérieur à 80 %, est enrobé du second liant bitumineux, mis en oeuvre en émulsion aqueuse, après avoir été préalablement mis en contact avec une solution tensioactive et éventuellement avec une quantité de ciment inférieure à 3 % du poids du sable formant le composant granulat.
Dans la variante "enrobé drainant", le composant granulat, choisi parmi les gravillons qui sont utilisés sur les chantiers routiers et dont le passant au tamis de 20 mm est supérieur à 90 %, est enrobé à chaud par le second liant bitumineux de manière à fournir, après compactage, une teneur en vide dans l'enrobé comprise entre 15 % et 35 % et de préférence entre 20 % et 30 %.
Le premier liant bitumineux, qui imprègne le géotextile, ainsi que le second liant bitumineux, qui enrobe les granulats, peuvent être de natures identiques ou différentes et sont choisis parmi les bitumes et les bitumes modifiés par des polymères, qui présentent une viscosité dynamique à 100°C comprise entre 0,4 Pa.s et 25 Pa.s et de préférence entre 0,7 Pa.s et 20 Pa.s. Les premier et second liants bitumineux peuvent être choisis en particulier parmi les bitumes modifiés par des copolymères de styrène et d'un diène conjugué et tout spécialement parmi les bitumes modifiés par des copolymères blocs de styrène et d'un diène conjugué tel que butadiène, isoprène, butadiène carboxylé, dont la préparation est décrite dans les citations FR-A-2376188, FR-A-2429241, FR-A-2528439 et FR-A-2636340.
Pour réaliser l'imprégnation du géotextile ou l'enrobage des granulés par le liant bitumineux choisi, ce dernier peut être utilisé soit à l'état fondu ou encore sous la forme d'une émulsion aqueuse, par exemple émulsion décrite dans l'une ou l'autre des citations FR-A-2517317, FR-A-2577545 et FR-A-2577546.
Un procédé pour réaliser un système anti-remontée de fissures selon l'invention, intercalé entre la couche de structure et la couche de roulement d'une chaussée, ledit système comportant une couche d'un géotextile imprégnée d'un premier liant bitumineux et accolée à une couche de granulats enrobés d'un second liant bitumineux, est du type dans lequel on applique l'une des couches du système anti-remontée de fissures sur la couche de structure de la chaussée, puis on revêt la couche ainsi formée à l'aide de l'autre couche du système anti-remontée de fissures et l'on applique la couche de roulement sur l'ensemble ainsi formé et il se caractérise en ce que, dans la couche de granulats enrobés du second liant bitumineux, la quantité dudit liant est comprise entre 3% et 20% et plus particulièrement entre 4% et 12 % du poids des granulats.
Selon une première forme de mise en oeuvre, on applique tout d'abord la couche de géotextile imprégnée du premier liant bitumineux sur la couche de structure de la chaussée, puis l'on revêt ladite couche de géotextile par la couche de granulats enrobés du second liant bitumineux et sur cette dernière couche on applique la couche de roulement de la chaussée.
Selon une deuxième forme de mise en oeuvre, on applique tout d'abord la couche de granulats enrobés du second liant bitumineux sur la couche de structure de la chaussée, puis l'on revêt ladite couche de granulats enrobés par la couche de géotextile imprégnée du premier liant bitumineux et sur cette dernière couche on applique la couche de roulement de la chaussée.
La couche de roulement de la chaussée, qui repose sur le système anti-remontée de fissures, peut être de tout type connu dans l'art, le liant utilisé pour cette couche de roulement étant un bitume pur ou encore un bitume modifié par un polymère et notamment par un copolymère de styrène et d'un diène conjugué tel que butadiène, isoprène ou butadiène carboxylé.
Lorsque la couche de structure de la chaussée est fissurée, il est utile de boucher les fissures les plus larges, par exemple fissures de largeur supérieure à 2 mm, à l'aide d'un agent de pontage consistant en un mastic bitumineux avant d'appliquer, sur ladite couche de structure, la première couche, à savoir géotextile imprégné ou granulats enrobés suivant le cas, du système anti-remontée de fissures.
La couche de granulats enrobés du second liant bitumineux qui constitue l'une des deux couches du système anti-remontée de fissures selon l'invention a une épaisseur pouvant être comprise entre 1 cm et 6 cm.
L'invention est illustrée par les exemples suivants donnés à titre non limitatif.
Dans ces exemples, on étudie la propagation de fissures dans des éprouvettes simulant une structure de chaussée comportant ou non un système anti-remontée de fissures.
Les éprouvettes utilisées consistaient chacune en une plaque rectangulaire multicouche, ladite plaque ayant une longueur de 560mm et une largeur de 110mm et comportant une couche support préfissurée selon son axe transversal simulant la couche de structure fissurée d'une chaussée et une couche apparente simulant la couche de roulement de la chaussée, cette dernière couche reposant directement sur la couche support préfissurée ou étant séparée de cette couche support par un système anti-remontée de fissures.
En utilisant lesdites éprouvettes, on effectuait des essais de détermination de la vitesse de remontée de la fissure de la couche support dans la couche de l'éprouvette simulant la couche de roulement.
Ces essais étaient effectués sur une machine d'essai retrait-flexion comportant un élément support plan fixe et un élément support plan mobile en translation, définissant ensemble un plan support horizontal. L'éprouvette soumise à l'essai était montée sur la machine d'essai de telle sorte que l'une des moitiés de la face libre de la couche support préfissurée transversalement de l'éprouvette était collée sur l'un des éléments supports plans et que l'autre desdites moitiés était collée sur l'autre desdits éléments supports plans.
Chaque éprouvette montée sur la machine d'essai était soumise, dans des conditions de température constante (opération à la température de 5°C), simultanément à deux types de sollicitations, à savoir
La progression de la fissure dans la couche de l'éprouvette simulant la couche de roulement était suivie au moyen d'un réseau de fils conducteurs électriques collés à différentes hauteurs sur le chant de ladite couche dans la zone de ce chant où doit se développer la fissure de telle sorte que la remontée de la fissure dans la couche provoque une coupure successive de ces fils, la position des fils coupés étant enregistrée en fonction du temps de sollicitation de l'éprouvette.
Sur la courbe ainsi obtenue, représentative de la propagation de la fissure en fonction du temps, on déterminait le temps tR2 au bout duquel la fissure était remontée de 2 cm dans la couche de roulement.
Les éprouvettes utilisées au cours des essais avaient les structures suivante :
EXEMPLE 1 : éprouvettes bicouches ne comportant pas de système anti-remontée de fissures, lesdites éprouvettes étant formées d'une couche support préfissurée de 15 mm d'épaisseur directement surmontée d'une couche de roulement de 50 mm d'épaisseur.
EXEMPLE 2 : éprouvettes comportant une couche support préfissurée de 15 mm d'épaisseur et une couche de roulement de 30 mm d'épaisseur entre lesquelles était intercalé un système témoin anti-remontée de fissures consistant en une nappe géotextile imprégnée d'un liant bitumineux du type bitume/polymère.
EXEMPLE 3 : éprouvettes comportant une couche support préfissurée de 15 mm d'épaisseur et une couche de roulement de 30 mm d'épaisseur entre lesquelles était intercalé un système anti-remontée de fissures selon l'invention, ledit système étant formé d'une couche constituée d'une nappe géotextile imprégnée d'un liant bitumineux du type bitume/polymère reposant sur la couche support et surmontée d'une couche de 20 mm d'épaisseur de sable enrobé d'un liant bitume/polymère, cette couche de sable enrobé étant surmontée de la couche de roulement.
La couche support préfissurée transversalement des diverses éprouvettes était réalisée à partir d'un même béton bitumineux à base de sable, bitume et soufre.
La couche de roulement des diverses éprouvettes consistait en un béton bitumineux 0/10 discontinu formé de 6 parties en poids d'une composition bitume/polymère vulcanisée au soufre et de 100 parties en poids d'un mélange constitué, en poids, de 60% de gravier 6/10mm, 10% de sable 0/4mm, 27,5% de sable 0/2mm et 2,5% de fines d'apport (80% desdites fines passant le tamis de 80µm et 100% passant le tamis de 315µm).
La composition bitume/polymère utilisée pour la réalisation de la couche de roulement des éprouvettes était préparée comme suit. On mélangeait, à 170°C et sous agitation, 100 parties en poids d'un bitume 180/220 de pénétration égale à 200 avec 3 parties en poids d'un copolymère diséquencé butadiène/styrène ayant une masse moléculaire viscosimétrique moyenne égale à 75000 et une teneur pondérale en styrène égale à 25%, puis après 3,5 heures de mélange on ajoutait 0,1 partie en poids de soufre à la masse obtenue et l'on poursuivait l'agitation à la température de 170°C pendant encore 30 minutes.
La composition bitume/polymère obtenue avait une viscosité dynamique à 100°C égale à 8,5 Pa.s.
La nappe géotextile imprégnée de liant bitumineux bitume/polymère, utilisée dans les éprouvettes des exemples 2 et 3, consistait en une nappe d'un non tissé de fils de polypropylène isotactique présentant un grammage de 170g/m2 imprégnée de 900g/m2 d'un liant bitume/polymère ayant une viscosité dynamique à 100°C égale à 1 Pa.s, ledit liant étant appliqué sur la nappe sous la forme d'une émulsion aqueuse.
Ce liant bitume/polymère était préparé comme suit. On formait tout d'abord une solution mère en incorporant, à 100°C et sous agitation, 2,4 parties en poids de soufre cristallisé orthorhombique et 62 parties en poids du copolymère diséquencé styrène/butadiène défini ci-dessus à 230 parties en poids d'une coupe pétrolière de caractère naphténo-paraffinique ayant un point initial et un point final de distillation ASTM (norme ASTM D8 667) égaux respectivement à 162°C et 233°C, ladite incorporation étant réalisée en 1 heure. La solution mère ainsi obtenue était ensuite incorporée à 1950 parties en poids d'un bitume de pénétration égale à 82, maintenu à 170°C sous agitation, après quoi le mélange ainsi réalisé était encore maintenu sous agitation à 170°C pendant 30 minutes.
Le liant bitume/polymère fluidifié (viscosité dynamique à 100°C égale à 1 Pa.s) ainsi obtenu était ensuite mis en émulsion aqueuse comme indiqué dans l'exemple 3 de la citation FR-A-2577546 pour produire l'émulsion de liant bitume/polymère utilisée pour imprégner la nappe géotextile.
La couche de sable enrobé de liant bitume/polymère présente dans les éprouvettes de l'exemple 3 était formée de 9 parties en poids de liant bitume/polymère consistant en la même composition bitume/polymère que celle utilisée dans la constitution de la couche de roulement et de 100 parties en poids d'un mélange constitué, en poids, de 44% de gravette 2/6 mm, 53% de sable 0/2mm et 3% de fines d'apport de même nature que celles utilisées pour produire la couche de roulement.
Les résultats des essais témoins et selon l'invention sont rassemblés dans le tableau ci-après.
La comparaison des résultats consignés dans le tableau fait clairement ressortir l'efficacité fortement améliorée d'un système anti-remontée de fissures selon l'invention (exemple 3) par rapport à un système anti-remontée de fissures selon l'état de la technique (exemple 2).