7.5 Béton pour revêtements routiers

La sécurité du trafic est influencée positivement par leur bonne qualité antidérapante, leur haute résistance au feu et la teinte claire de leur surface, particulièrement importante dans les tunnels. A l’opposé du bitume, la température du béton frais au moment de sa mise en oeuvre est proche de la température ambiante.

Les revêtements en béton sont utilisés avantageusement pour les surfaces de roulement fortement sollicitées comme les autoroutes, les giratoires, les arrêts de bus, les pistes d’aéroports et des terminaux routiers ou encore pour les chemins agricoles (bandes de roulement) (fig. 7.5.1). Une planification précise de tous les détails constructifs et une exécution soigneuse sont importantes pour remplir les hautes exigences posées à la qualité et la mise en oeuvre du béton.

Pour satisfaire aux besoins de sécurité du trafic, de confort de conduite et de minimisation des émissions sonores, des exigences spécifiques sont formulées relativement à la texture, la qualité antidérapante, la planéité transversale et longitudinale, ainsi qu’aux bruits de circulation. Ces exigences sont définies dans les normes SN 640 510, SN 640 511, SN 640 512, SN 640 516, SN 640 530 et SN 640 520.

La qualité antidérapante est un des paramètres les plus importants des chaussées et décrit l’effet de la nature de la surface de roulement sur le frottement entre le pneu du véhicule et la surface de roulement. Ce coefficient de frottement est décisif pour les forces transmises du véhicule à la surface de roulement (forces d’accélération, de freinage et de conduite) et donc pour la sécurité du trafic. Plus le frottement est élevé, plus la transmission des forces et l’adhérence à la surface de roulement seront élevées. Une bonne qualité antidérapante est basée sur les effets combinés de la micro- et macrotexture. La microtexture couvre  le domaine de 0.001–0.5 mm, la macrotexture celui de 0.5–50 mm.

La macrotexture est essentiellement une fonction de la granularité du granulat et du dosage en ciment du béton. En cas de vitesses de roulement élevées, elle est importante pour l’évacuation de l’eau hors de la surface de contact pneu/surface de roulement. Par contre, la microtexture résulte de l’état de surface du granulat et détermine la surface de contact avec le pneu. La qualité antidérapante d’une surface de chaussée se modifie au cours du temps sous les effets de l’altération et de l’abrasion par le trafic. Le résidu de poudre de quartz contenu dans les poussières des routes a un effet abrasif.

Les couches de surface en béton sont soumises à un programme d’essai en trois phases. Comme pour d’autres constructions en béton, l’aptitude à l’emploi du béton et du granulat est démontrée à l’aide des essais initiaux. Pour les projets exigeants, une gâchée et une planche d’essai peuvent être convenues afin de contrôler les propriétés spécifiées de béton frais et durci ainsi que les conditions de mise en place, y compris les caractéristiques de la surface finie. Dans tous les cas, on contrôlera pendant la mise en œuvre les propriétés du béton frais et durci, (résistance à la compression, à la flexion, au gel en présence de sels de déverglaçage) sur des éprouvettes ou carottes prélevées dans la couche de béton, ainsi que les caractéristiques de la surface (niveau, planéité, qualité antidérapante) et l’exécution (joints, goujons). Les essais de résistance à la flexion et à la compression sont décrits ( propriétés du béton durci), celui de la résistance au gel en présence de sels de déverglaçage ici 6.2.

Les entraîneurs d’air sont employés pour les couches de surface en béton. Les fluidifiants ne doivent pas provoquer un ramollissement ultérieur du béton frais.

Les engins de mise en place (finisseuses à coffrage glissant) demandent des bétons de consistance raide (classe de consistance C1), pour que les faces latérales de la couche de béton frais ne se tassent pas. Il ne doit pas se former en surface du béton de pellicule de mortier fin, ceci indépendamment du mode de mise en place. La mise en oeuvre manuelle sera exécutée avec un béton de consistance ferme (classe de consistance C2).

La dalle en béton peut être mise en place en une ou deux couches. Une mise en place monocouche exige que toute l’épaisseur de la dalle ait la qualité d’une couche supérieure et nécessite par conséquent des grandes quantités de gravillons de haute qualité. Avec la mise en place en deux couches, seul le béton supérieur exige des granulats d’excellente qualité, tandis que le béton inférieur peut être confectionné avec un granulat recyclé ou local. Cependant, le système monocouche permet des économies sur le coût des machines et du personnel.

La mise en place manuelle de petites surfaces (p. ex. giratoires ou arrêt de bus) ou la mise en place dans des conditions d’espace restreint se font à l’aide d’un coffrage fixe, qui doit être bien ancré et fermement appuyé sur le sol, puisqu’il sert de référence de nivellement (fig. 7.5.3).

Le béton doit être réparti régulièrement sur toute la largeur de la dalle. Les ségrégations ou pré-compactages incontrôlés sont à éviter. Dans le cas d’un système bicouche, le béton inférieur et supérieur peuvent être mis en place à l’aide d’une finisseuse glissante travaillant en deux couches ou par deux finisseuses l’une à la suite de l’autre. Il faut alors veiller à respecter exactement le nivellement correct du béton inférieur pour assurer l’épaisseur minimale de 4 à 5 cm du béton supérieur. Le béton inférieur ne peut précéder le béton supérieur que dans la mesure où le béton inférieur ne montre pas de signes visuels de dessiccation ni semble prendre prise avant le compactage. Le béton supérieur est posé «frais sur frais» pour l’obtention d’une adhérence durable entre les deux couches. La couche en béton paraît alors monolithique et est capable de supporter des contraintes externes et internes sans dégâts.

Le béton doit être compacté régulièrement et complètement sur toute la section. On veillera donc à respecter scrupuleusement la consistance et la densité de paremente du béton frais. Les finisseuses à coffrage glissant compactent le béton sur toute la largeur de mise en place à l’aide d’aiguilles vibrantes qui sont maintenues en hauteur et en direction. Leur écartement est déterminé en fonction de leur rayon d’action. Il faut éviter l’apparition de «chemins de vibration» (enrichissement en mortier fin). D’autre part, l’avancement mécanique et continu de la finisseuse prévient des inégalités dues à un compactage irrégulier. Lorsque la mise en place est manuelle, il faut, après le premier compactage au moyen d’aiguilles vibrantes, compléter l’opération avec d’autres engins (poutres vibrantes), agissant sur toute la largeur de mise en place. 

Le surfaçage des revêtements posés à la finisseuse est effectué par un dispositif de lissage qui permet d’obtenir la planéité requise. Dans le cas d’une mise en place manuelle, le surfaçage est exécuté au moyen d’une règle ou d’une poutre vibrante. Le talochage et le lissage mécaniques (lisseuse à pales) sont prohibés (monobéton). Le compactage entraîne la formation d’une fine couche de mortier fin, riche en fines, à la surface, qu’il faut limiter au maximum.

Les surfaces en béton lavé ont fait leurs preuves pour réduire les émissions sonores. La couche lavée est confectionnée avec un gravillon dont le diamètre maximal est de 8 mm ou 11 mm. Ce béton de gravillon, d’une épaisseur de 4 cm environ, est mis en place «frais sur frais» en tant que couche supérieure sur un béton inférieur de composition courante. Ce procédé requiert une opération supplémentaire directement après le lissage, soit la pulvérisation d’un retardateur empêchant la surface de durcir. Un produit de cure est simultanément appliqué.

Le surfaçage final a lieu après fraisage des joints transversaux et consiste à traiter la surface du béton au moyen d’un engin muni de brosses qui enlève toutes les particules meubles de la surface du béton (fig. 7.5.6). Immédiatement après le brossage, on pulvérise à nouveau un produit de cure. La profondeur de rugosité doit être de 0.8 mm à 1.1 mm pour un diamètre maximal du granulat de 8 mm.

La première mesure, à exécuter immédiatement, consiste à pulvériser un produit de cure sur la surface du revêtement. Ce produit empêche la déperdition d’eau jusqu’à l’application des mesures ultérieures, mais il est sans influence sur la texture de surface du revêtement. La quantité à pulvériser doit être choisie en fonction du produit de cure et de la rugosité de la surface, de manière à obtenir une fine pellicule continue. La quantité varie généralement en fonction de la structure de la surface, soit entre 150 et 200 g/m². Un excès de produit de cure peut retarder son élimination naturelle ou réduire la qualité antidérapante initiale du revêtement. Sur la base des classes d’exposition, il faut respecter normalement la classe de cure NBK 4 selon la norme SIA 262 (types de cure).

Les surfaces traitées avec des produits de cure doivent rester fermées à la circulation tant que l’on ne peut pas exclure des dommages à la pellicule de protection et la dessiccation précoce du béton qui en résulte. D’autres mesures de protection et de cure pour les couches de surface en béton sont employées:

Le recouvrement des revêtements en béton au moyen de feuilles plastiques est une mesure très efficace contre la pluie battante, mais inapproprié comme seul traitement de cure.

Les dalles qui ne sont pas couplées au moyen de goujons, peuvent se déplacer verticalement et horizontalement le long des joints, de manière à perturber la planéité du revêtement en béton et à laisser pénétrer de l’eau et des salissures. Les infiltrations d’eau provoquent des dégâts dans la couche de fondation. Il s’ensuit un soulèvement de la dalle sous l’effet du gel et de la perte de son appui. La dalle produit alors des mouvements de pompe, qui accélèrent la dégradation de la couche de fondation. Ce processus conduit à des sollicitations mécaniques imprévues de la dalle provoquant des fissures et des ruptures. De plus, le passage des véhicules sur les marches d’escalier résultantes produit des bruits gênants.

Les goujons transmettent les contraintes transversales entre les dalles et empêchent leurs déplacements mutuels et la formation des marches d’escalier (fig. 7.5.10). Alors que les goujons sont placés de manière à transmettre les contraintes transversales, les ancrages peuvent aussi transférer des contraintes normales, c.-à-d. dans le sens longitudinal. Les joints transversaux sont en général équipés de goujons, tandis que les ancrages sont placés dans les joints longitudinaux, afin de prévenir les migrations des dalles. Un écartement typique des ancrages et goujons dans le sens du joint est de 50 cm.

Les dalles en béton selon la norme SN 640 461 sont réalisées sans armature, sauf dans certains cas particuliers: 

L’armature n’a pas de fonction statique, mais sert à limiter l’ouverture des fissures. L’épaisseur d’enrobage pour prévenir la corrosion induite par les chlorures doit être au moins de 55 mm, mais au maximum de 70 mm pour une restriction efficace de l’ouverture des fissures. Habituellement on utilise des treillis soudés. Ils doivent être interrompus sur 50 mm de longueur de part et d’autre des joints, afin de ne pas entraver le fonctionnement de ces derniers.

Les ouvertures sous forme de regards perturbent la géométrie régulière visée des dalles. De ce fait, un positionnement au centre de la dalle ou au croisement des joints longitudinaux et transversaux sera recherché. La dalle doit être localement armée dans la zone du regard, si celui-ci est placé sur ou près d’un joint ou de la bordure d’une dalle, afin d’éviter une fissuration incontrôlée.

Le renforcement du soubassement de la chaussée à l’aide d’une couche stabilisée aux liants hydrauliques ou à liaison bitume a suffisamment fait ses preuves, pour éviter les effets de pompage (mouvements verticaux de la dalle sur un lit instable), et permettre l’amélioration de la capacité portante des dalles en béton fortement sollicitées. Il faut veiller à ce que la surface présente une certaine rugosité, assurant une adhérence minimale entre la dalle en béton et la couche de fondation. Ceci augmente la capacité portante dans son ensemble et garantit une fissuration régulière des joints transversaux. Il en résulte une ouverture régulière des joints et donc un meilleur confort de conduite.

Le tableau 7.5.3 donne des compositions typiques de bétons pour des dalles de roulement.