HomeGuide pratique du béton7.5 Béton pour revêtements routiers

7.5 Béton pour revêtements routiers

 

7.5.1 Introduction

Les dalles de roulement, aussi appelées couches de surface en béton ou revêtements en béton, sont des éléments de construction fortement sollicités par les charges du trafic, l’abrasion, les cycles thermiques journaliers et les effets du gel en présence de sels de déverglaçage. Les couches de surface en béton doivent présenter une haute durabilité, notamment sous un trafic intense avec d’importantes charges par essieu. Les ornières connues avec les revêtements bitumineux n’apparaissent pas dans les revêtements en béton à cause de leur meilleure répartition des charges, leur plus grande rigidité et stabilité dimensionnelle, même sous des températures élevées. Il en résulte une longue durée de service et de faibles coûts d’entretien.
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.



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Fig. 7.5.1: Couches de surface en béton: autoroute (en haut à gauche), giratoire (en haut à droite), arrêt de bus (en bas à gauche) et chemin agricole/bandes de roulement (en bas à droite).

 


7.5.2 Exigences normatives

Généralités

Les exigences relatives aux revêtements en béton pour routes et autoroutes, giratoires, arrêts de bus et places, ainsi que routes rurales et forestières, bandes de roulement, pistes cyclables et trottoirs sont définies dans la norme SN 640 461b «Couches de surface en béton». Pour les applications spéciales, telles que les aéroports, les surfaces avec des exigences exeptionnelles ou des modes de constructions particuliers, d’autres principes de dimensionnement sont à respecter. Ils ne sont pas traités ici. On distingue les quatre types suivants de couches de surface en béton:
  • couches de surface en béton avec joints (dalles en béton)
  • couches de surface en béton composite
  • couches de surface en béton avec armature continue
  • couches minces de surface en béton (whitetopping)
En Suisse, on utilise pratiquement exclusivement des dalles en béton subdivisées par des joints. Les autres types de construction n’ont qu’une faible importance et ne seront pas traités en détail.

 

Couches de surface avec joints (dalles en béton)

Les dalles en béton remplissent la fonction de couche de roulement et/ou de couche de base. Elles font partie de la chaussée résistante au gel et doivent être exécutées avec une pente afin d’évacuer les eaux de surface. Les dalles en béton peuvent être posées en monocouche ou bicouche. La couche supérieure est définie comme béton supérieur et la couche inférieure comme béton inférieur. On distingue quatre types standards:
  • routes et autoroutes
  • giratoires
  • arrêts de bus et places
  • routes rurales et forestières, bandes de roulement, pistes cyclables et trottoirs
Les exigences formulées concernent la planification (béton pour parois moules et pieux forés) et le béton (tab. 7.5.1).

 

Surfaces de roulement

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.

 

Essais

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.


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Tab. 7.5.1: Exigences à l’égard du béton des couches de surface selon la norme SN 640 461b.

 


7.5.3 Technologie du béton

Une haute résistance à la compression et à la flexion ainsi qu’au gel en présence de sels de déverglaçage et à l’abrasion sont indispensables pour une durabilité suffisante. De manière générale, la résistance à l’abrasion est obtenue au travers des résistances mécaniques et d’une cure soigneuse de la surface du béton, mais aussi par une résistance minimale au polissage du granulat.
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Fig. 7.5.2: Face latérale stable du revêtement, constitué d’un béton à rigidité élevée avant la prise (en haut) et surface lisse et compactée par la finisseuse (en bas).

 

Ciment

En Suisse, on emploie traditionnellement du ciment Portland CEM I de la classe de résistance 42,5 pour les couches de surface en béton. L’aptitude des autres ciments est à prouver par des essais relatifs aux propriétés du béton. De plus, les prescriptions de la norme SN EN 206 relatives aux classes d’exposition sont à respecter . En cas d’exigences particulières, telle la résistance à la RAG l’utilisation de ciments composés (p. ex. CEM/II B-M (S-T), Robusto 4R-S) est recommandée.

 

Granulat

En général, les couches de surface en béton sont confectionnées avec un granulat d’un diamètre maximal de 32 mm. Pour des couches minces en béton, le diamètre maximal est abaissé à 16 mm et pour des surfaces à faibles émissions sonores à 11 mm voire à 8 mm. Une résistance au polissage (PSV) minimale de PSV44 est exigée pour l’emploi dans des couches de surface en béton (granulats pour béton).

Un granulat grossier concassé (gravillons concassés au lieu de graviers roulés) et un diamètre maximal réduit (p. ex. 16 mm au lieu de 32 mm) peuvent augmenter la résistance à la flexion. Le granulat concassé renforce la rigidité du béton jeune et présente une résistance au polissage plus élevée. Une amélioration supplémentaire de la qualité antidérapante est obtenue par des granulats durs qui sont incorporés en surface du béton frais. En Suisse, on utilise surtout le corindon synthétique, mais aussi des copeaux métalliques et du carbure de silicium avec des dosages habituels de l’ordre de 1 kg/m2.

 

Adjuvants

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.

 

Consistance

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).

 

Mise en place, compactage et cure

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.



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Fig. 7.5.3: Talochage d’un revêtement en béton mis en place manuellement.

Surfaçage

Le surfaçage final, après le compactage et lissage de la couche de béton, confère au revêtement la qualité antidérapante requise pour l’usage prévu.

Balai
Après le lissage, la surface est structurée à l’aide d’un balai. Cette opération s’effectue depuis une plateforme de travail, à partir de laquelle on tire le balai sous un angle très faible, en long ou en large (fig. 7.5.4).
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Fig. 7.5.4: Surfaçage au balai depuis une plateforme de travail.

Toile de jute

Après le lissage, le revêtement en béton peut également être surfacé dans le sens longitudinal, à l’aide de toiles de jute (poids minimal 300 g/m2). Pour ce faire, on accroche des toiles de jute à la finisseuse ou à la plateforme de travail qui les traîne derrière elle (fig. 7.5.5). Leur surface de contact avec le béton, dans le sens de la traînée, doit être au moins de deux mètres. Au cours du surfaçage, la toile de jute sera mouillée, voire lavée à l’apparition des grumeaux de mortier, dont le poids accru provoque des traces et des creux à la surface du béton ou encore lorsque le mortier sèche sur la toile.

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Fig. 7.5.5: Surfaçage à la toile de jute.

Béton lavé, brossé

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.

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Fig. 7.5.6: Surface de béton lavé réalisée par le brossage de la pâte de ciment non durcie.

 

Cure

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:
  • arrosage sur toute la surface pour maintenir la surface constamment humide
  • recouvrement par des nattes freinant l’évaporation comme les toiles de jute ou les géotextiles
  • recouvrement par des nattes thermiques isolantes empêchant une évaporation de l’eau et un réchauffement ou refroidissement du béton

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.


7.5.4 Recommandations pour la planification des couches de surface en béton

 

Généralités

Les détails de planification des dalles en béton avec des joints sont définis dans la norme SN 640 461b à l’égard des charges de trafic pondéral, des types de couche supérieure et des types de construction, de l’épaisseur (d) et la longueur des dalles (L) ainsi que leur rapport (d/L), de l’armature, des goujons (diamètre, longueur, écartement) et des fers de liaison (diamètre, longueur, écartement).

 

Epaisseur et dimensions des dalles

Les revêtements en béton sont construits habituellement sur de longues distances et de grandes surfaces. La contraction du béton qui accompagne le refroidissement et le retrait, entravée par le frottement avec le substrat, provoque les contraintes dans ces éléments de grande superficie, qui peuvent conduire à leur fissuration. Pour éviter des fissures indésirables dans les dalles en béton non armé, les couches en béton sont subdivisées par des joints transversaux et longitudinaux. L’épaisseur de la dalle est fixée en fonction du type d’utilisation (tab. 7.5.2). La détermination des dimensions de la dalle suit certaines règles, illustrées dans la figure 7.5.7.

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Fig. 7.5.7: Règles de dimensionnement des dalles en béton non armé selon SN 640 461b.

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Tab. 7.5.2: Epaisseur des dalles en béton en fonction de leur utilisation selon SN 640 461b.

 

Joints

Les joints absorbent les déformations dues aux charges, au retrait et au retrait thermiques des dalles en béton non armé. Il faut établir un plan des joints qui tient compte de toutes les conditions cadres, telles que la géométrie, le sens de circulation, la disposition des ouvrages d’art, la pente, les regards, etc.
Selon leur orientation et fonction, les principaux types suivants sont distingués:
  • joints transversaux (avec ou sans présciage)
  • joints longitudinaux (avec ou sans présciage)
  • joints de dilatation (raccordements)
  • joints de raccordement (joints de bord, de transition)

Les joints transversaux sont découpés dans le béton durcissant. La couche de béton est entaillée sur environ un tiers de sa hauteur, de manière à obtenir un affaiblissement local de la section et la formation d’une fissure contrôlée. Le sciage a d’habitude lieu entre 6 et 24 heures après le bétonnage. L’entaille doit être faite assez tôt pour éviter toute fissuration incontrôlée. Les joints longitudinaux sont soit obtenus pas fraisage soit des joints de raccordements. Tous les joints doivent être rendus étanches, au moyen de produits d’obturation ou de scellements de joints vis-à-vis de la pénétration de l’eau et des salissures. La dalle de roulement doit être maintenue propre jusqu’au moment du remplissage des joints. Celui-ci a lieu, en règle générale, au plus tôt trois semaines après la pose des dalles en béton.

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Fig. 7.5.9: Joint transversal avec une entaille fraisée et fissurée par la suite (en haut), schéma d’une étanchéité de joint (en bas).

Goujons et ancrages

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.

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Fig. 7.5.10: Positionnement d’un goujon dans un joint transversal (en haut), la liaison par goujons transmet l’effort tranchant à la dalle voisine et réduit le moment de flexion.

 

Armature

Les dalles en béton selon la norme SN 640 461 sont réalisées sans armature, sauf dans certains cas particuliers: 
  • dalles avec une géométrie irrégulière
  • dalles avec des regards, en règle générale dans les dalles d’extrémité
  • dalles dans des secteurs de lit de pose irrégulier pour lesquelles on craint un tassement irrégulier

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.

 

Regards

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.

 

Couche de fondation

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.

 

Composition du béton

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



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Fig. 7.5.8: Types de joints dans les dalles en béton détail à droite: raccords en béton sous un joint de dilatation.

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Tab. 7.5.3: Exemples de formulations de bétons pour des dalles de roulement.



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