Les étanchéités à base de membranes bitumineuses armées hypofors

Même soumise aux contraintes bidimensionnelles du sol, quand la striction est empêchée par le frottement, la membrane Hypofors conserve toujours entièrement sa résistance initiale.

LES MEMBRANES BITUMINEUSES D’ÉTANCHÉITÉ

L’imperméabilisation des ouvrages en creux est réalisée de plus en plus souvent avec des membranes préfabriquées à base de plastomères, d’élastomères ou de nappes bitumineuses armées. Or, les matériaux disponibles sont actuellement si nombreux et leurs propriétés caractéristiques tellement différentes que l’on a souvent du mal à choisir celui qui convient le mieux à une application donnée. Il est vrai que les bitumes s’emploient déjà depuis des centaines d’années en hydraulique et dans beaucoup d’autres domaines, mais présentés sous la forme de matériaux de revêtement modernes, c’est-à-dire en association avec une armature textile à haute ténacité, leurs possibilités sont encore souvent méconnues.

Au début de cette décennie, on a mis au point une membrane d’étanchéité de 5 mètres de largeur, comprenant un tissu polyamide doublé d’un film de polyester biétiré, unifiée par des couches de bitume soufflé. Ce matériau nouveau présentait un certain nombre de différences saillantes par rapport aux feuilles souples à base de plastomères et d’élastomères.

FABRICATION DES MEMBRANES HYPOFORS

Le tissu à haute ténacité, de 5 m de largeur, est conduit avec une pellicule polyester à travers un bain de bitume chaud et déposé ensuite sur le tapis d’un transporteur (fig. 1 et 2).

Confectionné à partir de fils techniques Enka Nylon ou Diolen à faible coefficient de retrait, le support textile donne une membrane robuste dont la résistance à la traction et à l’allongement n’est guère affectée par les contraintes à deux dimensions.

Le revêtement peut, en outre, être adapté à la nature spécifique de l’ouvrage par la composition du mélange bitumineux (résistance à la chaleur, inertie chimique, tenue sur pentes, etc.).

La fine pellicule de polyester biétirée s’oppose à toute perforation par les plantes ou leurs racines et offre une résistance à la déformation suffisamment grande pour contraindre les végétaux à se développer parallèlement à sa surface. La couche de bitume soufflé la protège contre les contraintes et les épreuves du transport.

Un sablage superficiel réalise une rugosité suffisante pour assurer un parfait accrochage avec le sol.

Le matériau de la surface opposée peut être choisi de manière à compléter encore les propriétés spécifiques de la membrane (papier non tissé, feuille plastique).

COMPORTEMENT MÉCANIQUE

La membrane préfabriquée est constituée d’une structure bidimensionnelle et, dans la plupart des cas, il faut la garnir d’une recharge pour empêcher tout mouvement dans la troisième dimension, par exemple sur un sol subissant des contraintes dues à la surpression hydrostatique.

Le revêtement appliqué sur une pente doit être suffisamment rugueux pour éviter son glissement, voire …

L’éboulement des matières rapportées.

On a tenu à comparer les différentes étanchéités autrement que sur la base des résultats dégagés par les essais conventionnels en laboratoire et, pour cela, élaboré des méthodes imitant de très près les conditions de sollicitation rencontrées dans la pratique.

• fermeture
• ceinture nappe d'eau
• éprouvette
• boue ou caoutchouc — sable ou gravier
• valve

et ne réalisent que difficilement la répartition des contraintes dues aux déformations sur la couche de gravier. Les phénomènes de striction sont, en outre, empêchés par le frottement (fig. 5).

sable couture = étanche

gravier classe 10-12 | classe 6 | classe 4 et 5

• Classe tuiles plastiques et caoutchoucs non renforcées
• revêtements avec support léger ou non-tissé ou touche
• revêtements renforcés de non-tissé
• étanchéités à base de tissus denses & haute ténacité
• membranes à base de tissu serrés & haute ténacité et non-tissés de qualité lourde

Les essais effectués par l’Enka à Arnhem ont confirmé les avantages des armatures tissées face aux contraintes bidimensionnelles. Comme le sable des chantiers est presque toujours contaminé par des pierres ou d'autres corps durs, on a réalisé ces essais sur du gravier dans une cuve de pression de 60 cm de diamètre (fig. 3) et, à des fins de comparaison, une autre série d’essais sur du sable compacté.

L'éprouvette ronde et pourvue de trous pour le passage des boulons a été fixée sur le bord de l’enceinte, contre la garniture de gravier/sable, sous 8 cm d'eau. La pression hydraulique a été portée à 6 bars au moyen d'air comprimé par paliers successifs de 1 bar toutes les demi-heures. Les éprouvettes insuffisamment résistantes ou perméables ont donné lieu à une accumulation d'eau au fond de la cuve.

Dans les autres cas, la pression de 6 bars a pu être maintenue intégralement pendant les 24 heures de l’épreuve.

Le lit de gravier était formé par un mélange de cailloux ronds à raison d'une partie de granulométrie de 50/60 mm, deux parties de 40/50 mm et trois parties de 30/40 mm. Il avait subi une stabilisation préalable dans la cuve de pression. Les éprouvettes détériorées dans les 6 heures ont été qualifiées de « faibles », celles ayant résisté entre 6 et 20 heures de « douteuses » et celles n’ayant montré aucun défaut d'étanchéité au bout de 24 heures de « résistantes ».

Ces essais ont fait ressortir qu’une membrane posée sur une couche de sable non contaminée reste suffisamment efficace tant qu'elle n’a pas à subir de contraintes du genre engendré par un tassement irrégulier du sol. On voit à la figure 4 que les feuilles plastiques sont assez sensibles aux poinçonnements.

On a également constaté à l'occasion de ces essais que les non-tissés légers et les toiles à texture lâche n'offrent qu'un gain de résistance peu important aux déformations de ce genre et que les toiles denses à haute ténacité résistent mieux que les non-tissés aux contraintes « contondantes ». Il est évident que le tissu dense à haute ténacité (50-60 kN/m²) résiste mieux que les non-tissés (20-30 kN/m²) à l’allongement se produisant par endroits dans les zones plus vulnérables (de moindre épaisseur).

JOINTS GLISSANTS RÉSORBANT LES CONTRAINTES

À l'encontre des revêtements à base d'élastomères ou de plastomères, l’étanchéité à base de membranes Hypofors de 5 m de largeur comporte des joints glissants sous forme de recouvrement de 30-50 cm qui résorbent les contraintes et demeurent également imperméables en cas de tassement irrégulier du sol ou d'autres anomalies (1). La réalisation simple d'un assemblage fiable et peu sensible à l’action du temps est facilitée grâce aux propriétés rhéologiques du bitume. Les joints finissent toujours par remplir leur rôle d'une manière optimale (c’est-à-dire libre de toute tension) au terme du tassement.

Les joints au bitume chaud sont réalisés avec un outillage simple et sans risque pour la qualité du ma-

tériau des zones limitrophes. Aucune perte de qualité n'est à redouter du fait d'une surchauffe localisée ou d'un répandage involontaire de solvant en excès. L'application de 2-3 kg/m² de bitume soufflé (à 160-200 °C) sur les recouvrements de 50 cm a pour effet de ramollir la matière du dessous et de former des joints impeccables et parfaitement étanches par simple effet de compression sous charge et même sur des sols mous sommairement réglés (ph. 2 et 3).

Le comportement rhéologique du bitume est aussi mis à contribution dans les travaux de raccordement (fig. 6).

MISE EN ŒUVRE

La membrane Hypofors avec armature tissée ou non tissée pour différentes valeurs de résistance est livrée sur rouleaux de 5 m de largeur en 3 ou 5 mm d'épaisseur. Les lés jusqu'à 100 m de longueur sont numérotés et découpés en fonction des besoins du chantier. Les rouleaux de 1-2 tonnes sont déroulés au moyen d'un dévidoir d'une construction simple, monté sur une grue hydraulique. Le transport sur chantier a généralement lieu sans précautions spéciales sur des camions de série ou dans des bennes volantes (Photos 1, 4 et 5).

Grâce à la résistance mécanique et aux qualités d'accrochage du matériau, l'étanchéité des ouvrages est souvent réalisée avec des économies considérables au niveau des travaux de remblai et de réglage du sous-sol, sans compromis sur la sécurité de l'étanchéité.

La simplicité relative des joints et le poids des membranes (4-6 kg/m²) permettent dans bien des cas une mise en œuvre sans problème quand la mise en œuvre des feuilles plastiques n'est pas possible à cause du vent ou par temps humide.

DOMAINES D’APPLICATION

— Retenues d'eau.

Le plus grand bassin artificiel entièrement revêtu de membranes Hypofors sur le continent américain (472 000 m²) a été réalisé au début de 1973 au Venezuela.

Trois autres bassins, aménagés entre 1973 et 1978 aux Pays-Bas, comprennent au total 543 000 m² de revêtement étanche Hypofors appliqué sur la partie inférieure des talus (7 et 8).

Une commande a été enregistrée récemment pour 140 000 m² de revêtement de talus en Belgique, près d'Anvers.

— Décharges à ordures et déchets industriels.

La membrane Hypofors a été retenue plusieurs fois pour la protection des eaux souterraines contre les produits nocifs contenus dans les ordures ménagères et les déchets industriels (4 et 14).

Au terme de résultats concluants obtenus en Belgique avec l'aménagement d'une décharge contrôlée, quelque 80 000 m² d'Hypofors ont été employés ensuite comme écran imperméable pour la protection de la nappe phréatique dans des bassins de lagunage dans l'industrie du zinc.

Les membranes étanches à armature textile s'emploient aussi dans l'aménagement des décharges à ordures ménagères. Un essai de résistance chimique très prolongé a prouvé que la membrane Hypofors est parfaitement à l'épreuve des infiltrations, confirmant ainsi les résultats obtenus antérieurement avec des essais analogues en Grande-Bretagne et aux États-Unis (2 et 3). Une expérience positive a été acquise dans l'aménagement d'une décharge municipale à Mönchen-Gladbach en RFA.

— Ouvrages de moindres dimensions.

Au cours des années passées, l'Hypofors s'est également montré d'un emploi intéressant dans le revêtement des moyennes surfaces telles que les réserves pour incendie, bassins d'orage, digues, bassins d'agrément, parc de citernes et réservoirs à eau de refroidissement.

PROPRIÉTÉS DES MEMBRANES HYPOFORS

Résistance mécanique.

La membrane doit sa résistance mécanique pour l'essentiel à son armature textile, car l'épaisseur du bitume ne joue qu'un rôle négligeable sur ce plan. On trouvera quelques renseignements à ce sujet dans le tableau II. Comme pour les feuilles souples, les valeurs de traction de l'Hypofors sont également fonction des dimensions de l'éprouvette, de la vitesse

d'étirage et de la température, ce qui est illustré par le procès-verbal d’essais établi par le CEBTP de Paris (9).

Aux basses températures, le bitume apporte effectivement un gain de résistance. Les valeurs de plus de 25 % pour l'allongement à la rupture pourraient être dues à un léger glissement de l'éprouvette dans les mâchoires de l'appareil d'essai (voir tableau I).

Tableau 2 : Caractéristiques de quelques types d'Hypofors

Résistance à la déchirure amorcée.

Dans toutes les méthodes connues, seule la méthode trapézoïdale selon DIN 53363 réalise la mise en charge de l'éprouvette parallèlement aux fils d'armature et c'est donc celle-ci qui est la plus compatible. Évidemment, les résultats donnés par différentes méthodes ne doivent pas être confondus (10).

On trouvera dans le tableau II les valeurs obtenues pour plusieurs types d'Hypofors.

Résistance au fléchissement.

La flexibilité des membranes bitumineuses est fonction entre autres de la qualité du bitume soufflé et des additifs incorporés. Malheureusement, les méthodes normalisées actuelles ne permettent qu'une évaluation rudimentaire de cette caractéristique importante (voir aussi le tableau III).

Résistance chimique.

Le bitume est insensible à la plupart des matières anorganiques (sels, acides et bases). L’Hypofors convient en général aussi à l’aménagement de réservoirs destinés à recevoir des eaux chargées d’hydrocarbures. Dans le cadre d'une étude portant sur quelques réalisations concrètes, les laboratoires Enka ont cherché à établir la résistance aux boues et liquides agressifs. Les résultats en sont donnés dans le tableau IV.

Dr S. E. HOEKSTRA.

CONCLUSION

— La bonne tenue des revêtements que l'on envisage d’employer comme étanchéités souples dans des ouvrages de génie civil — par exemple pour protéger une nappe phréatique — sera nécessairement vérifiée par des essais dans les conditions réelles du projet.

— Un choix fondé sur les simples valeurs de force-allongement couramment obtenues à partir des épreuves de traction unidirectionnelle est souvent sujet à caution.

— La défaillance des élastomètres et des plastomètres est souvent due à des avaries près des joints. Les dégradations provoquées par les excès de chaleur ou de solvant créent des zones faibles qui sont plus particulièrement vulnérables aux contraintes de traction.

— L’application d'un enduit bitumineux permet de neutraliser les contraintes de traction par un glissement des joints. Une nappe armée avec des recouvrements assez larges (au moins 30 cm) présente alors des joints glissants fiables.

— L’incorporation d'un tissu d'armature permet une répartition uniforme des caractéristiques mécaniques. Même en cas de pincement entre des couches de sol, l'armature textile à haut module élastique répartit la charge sur une zone relativement étendue et permet au revêtement de suivre les déformations localisées du sol.

TABLEAU III — Résultats des essais sur l’Hypofors NF 1000.

Tableau IV — Résistance de l’Hypofors aux agressions chimiques (éprouvettes exposées pendant un mois).

BIBLIOGRAPHIE

1. Bestimmung der Wasserundurchlässigkeit an ellen Untersuchungen 11787-11793 durch das Hygiene-Institut des Ruhrgebietes, Gelsenkirchen, BRD.    Investigation into the resistance of Hypofors bitumen membrane to gnawing by KRUMMHEUER W. — Vergleich verschiedener Prüfmethoden, ENKA AG, Wupper. Prüfbericht 7043/76 des Süddeutsches Kunststoff-Zentrum Wurtzbourg, BRD.

2. HAXO H.E., WHITE R.M. — Evaluation of liner materials exposed to leachate, EPA-600/2-76-255, sept. 1976, Cincinnati (Ohio) USA.

3. SMITH A.J. — Comparison of potential landfill liner materials by exposure to leachate, Harwell Laboratories, Abingdon, UK (non publié).

4. Untersuchungen zur Beurteilung von Hypofors, Prüfbericht 6610/75 des SKZ Wurtzbourg, BRD.

   DE GRAAF K. — De dijkbekleding van de spaarbekens in de Brabantse Biesbosch, Polytechnisch tijdschrift 30 (1979) n° 2.

   HOEKSTRA — Nylon reinforced bitumen membranes for the Biesbosch water reservoirs, Int. Symposium Liège, 7-9 juin 1977.

   Procès-verbal d’essais 632.7.511 (mai 1978) du Centre Expérimental de Recherches et d’Études du Bâtiment et des Travaux Publics, Paris.

   Report 1521 by Bureau of Reclamation, Denver (Colo).

   Asphalt in hydraulic structures, Institute, Manual Series 12, mars 1968.

13. Evaluation of field ageing on the physical characteristics of buried hot-applied asphaltic membrane canal lining, Bureau of Reclamation, Denver (Colo), 20 février 1964.

14. HOEKSTRA S.E. — Nylon reinforced bitumen membranes for safe storage of goethite waste in Belgium, Int. Symposium Liège, 7-9 juin 1977.