Un bras de robot pose une corde en forme de mandala sur un lit de gravier. Ce qui semble être une performance d'art contemporain est une recherche fondamentale qui explore de nouvelles façons de construire des routes. D'une part, on teste des techniques de construction robotisée pour la construction de routes qui, jusqu'à présent, n'ont été utilisées que pour la construction de bâtiments. D'autre part, un nouveau type de renforcement mécanique est destiné à modifier la structure typique du revêtement routier et à contribuer ainsi à économiser des ressources précieuses à l'avenir ou même à recycler complètement les revêtements routiers.

Idée de recherche issue de l'ingénierie des structures

L'idée est née d'un projet de Gramazio Kohler Research Lab de l'EPF Zurich. Ici, le projet a en fait été présenté comme un projet d'art et de recherche. Les structures empilées uniquement à partir de ficelle liante et de ballast ont prouvé à l'époque qu'une stabilité énorme ne peut être obtenue qu'en emboîtant et en étayant le ballast avec un fil tressé – et cela complètement sans ciment ! Des tests en laboratoire ont montré que des stèles de ballast d'une hauteur de 80 cm et d'un diamètre de 33 cm pouvaient résister à une pression de 200 kN, ce qui correspond à une charge de 20 tonnes.
L'asphalte est également constitué de roches de différentes tailles et du bitume liant. C'est ainsi que les chercheurs de l'Empa Martin Arraigada et Saeed Abbasion du département "Béton et Asphalte" ont transposé ce concept à la construction routière : "Nous voulons savoir comment on pourrait produire à l'avenir un revêtement recyclable. Nous utilisons également pour la première fois des méthodes de construction numérique dans la construction de routes", explique Martin Arraigada.
Un revêtement routier renforcé par des cordes et sans bitume promet de nombreux avantages. Le bitume est extrait du pétrole brut, et des polluants atmosphériques sont libérés pendant la production et aussi plus tard pendant l'utilisation. Le bitume rend également l'asphalte susceptible de se fissurer et de se déformer et, en plus, il est imperméable à l'eau de pluie - ceci pourrait également être surmonté dans le futur. Pour les chercheurs, il est également envisageable d'utiliser des roches qui, autrement, ne conviennent pas à la construction de routes, mais qui sont moins rares. Enfin et surtout, le procédé permet de concevoir une chaussée qui peut être déroulée et recyclée.

Une ficelle et du gravier meuble

Les deux chercheurs de l'Empa utilisent différentes methodes pour tester des solutions pour les aspects mentionnés ci-dessus. Le bras du robot joue un rôle décisif. Il place la ficelle liante selon un motif programmé spécifique sur les couches de gravier empilées les unes sur les autres. Pour les essais mécaniques, cinq de ces couches de ballast et de motifs de fil sont placées les unes sur les autres dans une boîte d'essai, le fond de la boîte étant recouvert d'un tapis en caoutchouc qui fixe l'ensemble au sol. Il simule le lit déformable sur lequel est appliquée la surface de la route. Le fait que la ficelle soit exactement la même que celle utilisée par chaque citoyen suisse pour ficeler le papier montre que les chercheurs de l'Empa innovent ici sur un terrain complètement nouveau (et rentable).

Essais mécaniques et modélisation numérique

Une masse composée de fil de liage de ballast est ensuite chargé avec une plaque rotative et avec de la pression. Ce test de charge le montre : En enchevêtrant les pierres individuelles avec le fil, le paquet peut supporter une pression de 5 kN - une demi-tonne - sans que les pierres ne bougent beaucoup. Normalement, c'est le bitume liant qui prend en charge cette tâche dans l'asphalte. Des essais de charge dynamiques avec pression de roulement, semblables aux conditions extrêmes auxquelles doit résister un revêtement routier, seront bientôt effectués.
Parallèlement à leurs tests en laboratoire, les chercheurs modélisent tout en 3D sur ordinateur à l'aide de la "méthode des éléments discrets" (DEM). Cela devrait révéler le déplacement des pierres individuelles et les forces de traction agissant sur le fil - ce qui ne peut être étudié en laboratoire. En outre, les différents motifs et largeurs de mailles et leurs effets sur la stabilité de la chaussée seront également examinés plus en détail.
Les recherches de Martin Arraigada et Saeed Abbasion n'ont pas encore abouti à un produit qui pourrait être utilisé dans la construction de routes. Toutefois, leur travail fondamental offre un grand potentiel d'innovation pour nous rapprocher d'un revêtement routier qui peut être recyclé et peut-être déroulé par des moyens simples.

Revêtement routier avec motif tricoté