chaussée en béton

ISSN 1 15M516

CHAUSSEES EN BETON GUIDE TECHNIQUE

Laboratoire Central des Ponts et Chaussées Service d'Études Techniques des Routes et Autoroutes

CHAUSSEES EN BETON Guide technique

Mars 2000 (Révision)

Document édité par

LCPC

Le Laboratoire Central des Ponts et Chaussées 58, boulevard Lefebvre F-75732 PARIS CEDEX 15 Téléphone : 01 40 43 52 26 Télécopie : 01 40 43 54 95 Internet : http;//www.Icpc.fr Le Service d'Études Techniques des Routes et Autoroutes 46, avenue Aristide Briand BP 100 F-92225 BAGNEUX CEDEX Téléphone : 01 46 11 31 31 Télécopie : 01 46 11 31 69 Internet : http://www.setra.equipement.gouv.fr

Ce guide a été préparé par un groupe de travail réunissant des représentants du réseau technique de l'Administration, de l'industrie cimentière, du Syndicat professionnel des entrepreneurs de chaussées en béton et équipements annexes et du secteur autoroutier. Le groupe de travail était constitué de : — Joseph ABDO (CIMBéton) —

Jacques AUNIS ( S A P R R )

— Ludovic BAROIN (Entreprise Gailledrat) —

Gérard BONNET ( C E R T U )

—

Yves CHARONNAT ( L C P C )

— Jean-François CORTÉ ( L C P C ) , animateur du groupe de travail — Alain DEPETRINI (Entreprise CMR) — Jacques GONNET (Entreprise Bouygues) — Marie-Thérèse Goux (SETRA) — Georges GUÉRIN (Ingénieur-conseil) — Yves GuiDOUX (SETRA) —

Jean-Pierre LEFEBVRE ( G T M - B T P )

— François MENAUT (SETRA), secrétaire du groupe de travail — Jean-Louis Nissoux (LCPC) — Christian TABAILLON (Entreprise TSS) — Michel TEMENIDES (CIMBéton)

Cette révision 2000 comporte principalement : • la mise à jour des normes relatives aux chaussées en béton de ciment (annexe 2 - page 115) • la modification de la figure 3.17. (page 46) et la figure 6.3. (page 86) ; • l'inversion des figures 3.8.c. et 3.8.d. (page 36).

Ce document est propriété de l'Administration et ne peut être reproduit, même partiellement, sans l'autorisation du LCPC ou du SETRA. © 2000 - LCPC-SETRA ISBN : 2-1109-0649-9 PRIX : 250 FF

Guide technique

Chaussées en béton

ommaire Introduction

5

1. Possibilités offertes par les solutions de chaussée en béton de ciment

7

2. Aspects économiques

19

3. Conception des chaussées en béton. Éléments pour le projet

25

4. Le matériau béton et les autres matériaux utilisés pour les chaussées en béton

47

5. Fabrication du béton

65

6. Mise en œuvre

71

7. Démarche d'assurance de la qualité

91

8. Indications sur les travaux d'entretien des chaussées en béton

105

Annexes

111

Page laissée blanche intentionnellement

Guide technique

Chaussées en béton

ntroduction •

OBJECTIF ET DOMAINE D'APPLICATION DU DOCUMENT

La publication, ces dernières années, de la norme NF P 98-170 Chaussées en béton de ciment Exécution et contrôles et d'un ensemble de normes relatives aux constituants, aux essais et aux matériels de fabrication et de mise en œuvre [cf. annexe 2), ainsi que l'évolution des techniques de construction ont rendu caduque la Directive pour la réalisation des chaussées en béton de ciment éditée, en 1978, par la Direction des routes. Le présent guide a pour objectif de compléter et d'expliquer en tant que de besoin les éléments techniques contenus dans les normes. Le champ technique couvert est celui des chaussées routières et autoroutières en béton, à l'exception de la voirie urbaine et de la voine rurale pour lesquelles il y a des exigences et des techniques spécifiques. Ce document s'adresse principalement aux maîtres d'œuvre pour : — de — — — —

les aider dans les discussions avec leur maître d'ouvrage sur le choix des techniques chaussée, mener les études de projet, établir le dossier de consultation, juger des propositions des entreprises, organiser le suivi et le contrôle des travaux.

Ce guide concerne également les entreprises par les règles de l'art qu'il rappelle et les indications qu'il donne pour l'obtention de la qualité. Ce guide doit être utilisé en association avec d'autres documents dont le contenu n'est pas repris ici : — les normes bien sûr, et au premier chef la norme NF P 98-170 Chaussées en béton de ciment. Exécution et contrôles déjà citée, — le fascicule 28 du Cahier des clauses techniques générales, — le guide technique Conception et dimensionnement des structures de chaussée [1] pour l'exposé de la démarche permettant de déterminer l'épaisseur des couches de chaussée selon les hypothèses de projet, — les instructions du maître d'ouvrage en matière de choix de la structure et de dimensionnement (pour le réseau des routes nationales. Catalogue de structures types de la Direction des routes).

Introduction

•

ORGANISATION GENERALE DU DOCUMENT

Le guide est organisé en huit chapitres : o 0 © o © 0 o ©

Possibilités offertes par les solutions de chaussée en béton de ciment. Aspects économiques. Conception des chaussées en béton. Éléments pour le projet. Le matériau béton et les autres matériaux utilisés pour les chaussées en béton. Fabrication du béton. Mise en œuvre. Démarche d'assurance de la qualité. Indications sur les travaux d'entretien des chaussées en béton.

Le premier chapitre présente brièvement les différentes solutions techniques qu'offrent les chaussées en béton en fonction des objectifs de niveau de service recherchés. Le deuxième chapitre explicite la manière dont l'étude économique est à mener pour établir une comparaison entre solutions techniques. Le chapitre 3, relatif au projet, décrit les dispositions constructives à respecter pour les divers cas de construction neuve, de renforcement et d'élargissement. Le chapitre 4, consacré aux matériaux et constituants, indique et justifie les exigences à retenir. Le chapitre 5 sur la fabrication du béton et le chapitre 6 sur la mise en œuvre rappellent un certain nombre de règles de l'art à respecter pour assurer la réussite du chantier. Le chapitre 7, relatif à la démarche d'assurance de la qualité, fait un inventaire précis des tâches de contrôle aux divers stades du chantier, de la phase de préparation aux épreuves destinées à permettre la réception des travaux. Le dernier chapitre donne des indications sur les différentes opérations d'entretien. Plusieurs annexes complètent le document : o la liste de l'ensemble des documents appelés en référence, 0 la liste des normes, applicables en 2000, en relation avec les chaussées en béton de ciment, © la présentation du contenu et de la démarche d'une étude de formulation du béton de ciment, o un tableau détaillant l'organisation du contrôle d'exécution, © un tableau sur l'utilisation de constituants, produits, matériaux ou matériels ne bénéficiant pas de « certification », ainsi que trois annexes consacrées à des matériaux dont l'expérience n'est aujourd'hui pas aussi bien établie que celle du béton de ciment dense : 0 le béton de sable, © le béton de ciment drainant, 0 l'emploi de liants hydrauliques spéciaux à usage routier.

Guide technique

Chaussées en béton

Chapitre

Possibilités offertes par les solutions de chaussée en béton de ciment

Chapitre 1 • Possibilités offertes pn

Sommaire

1.1.

Eventail des structures de chaussée en béton

9

1.1.1. Chaussées à dalles courtes non armées et non goujonnées (BC)

9

m Structures à dalles courtes dites « californiennes » • Structures à dalles sans fondation

11

1.1.3. Chaussées en béton armé continu (BAC)

11

1.1.4. Techniques en phase de développement

12

Caractéristiques fonctionnelles et choix de solution 1.2.1. Caractéristiques de surface et sécurité • Uni •• Adhérence 1.2.2. Caractéhstiques de surface et confort • •

1.3.

10

1.1.2. Chaussées à dalles courtes non armées et goujonnées (BCg)

t. Béton de sable • Béton drainant

1.2.

9

Bruit Luminosité et couleur

Stratégie d'investissement, durée initiale de calcul et choix de solution

12 13

13 13 13 14 15 15 15

15

Guide technique • Chaussées en béton

1.1.

Eventail des structures de chaussée en béton

Il est usuel de classer les types de chaussées en béton selon la façon dont sont localisées et, éventuellement, traitées les discontinuités associées aux retraits thermique et de prise du béton : -

les chaussées à dalles courtes non armées et non goujonnées (BC), les chaussées à dalles courtes non armées et goujonnées (BCg), les chaussées en béton armé continu (BAC).

Le revêtement en béton de ciment repose sur une couche de fondation, qui peut être en béton maigre, en grave traitée aux liants hydrauliques, en sable-ciment ou sable-laitier, en couche drainante, ou sur l'ancienne chaussée (préalablement fracturée si celle-ci est en béton) dans le cas d'un renforcement. Ce chapitre présente brièvement le principe de ces différentes familles de structures et leur domaine d'emploi. (Ne seront pas évoqués les types de structures qui ne sont pas ou plus réalisés en France, comme les dalles longues armées et les dalles précontraintes).

1.1.1.

•

Chaussées à dalles courtes non armées et non goujonnées (BC)

structures à dalles courtes dites « californiennes »

Les structures de chaussée constituées de dalles courtes à joints transversaux (au départ moulés puis sciés) correspondent à la technique la plus ancienne. En France, la première réalisation de chaussée d'autoroute en béton, dérivée de la conception allemande, remonte à 1938 (tronçon de Saint-Cloud à Rocquencourt de l'autoroute de l'Ouest) ; la couche de fondation était alors réduire à une mince épaisseur de sable. Ce n'est qu'à partir de 1958 que la technique des chaussées en béton prendra son essor en - Bandes de rive.^ Joint longitudinal médiant, hors signalisation horizontale

Bande axiale

Joints transversaux de retrait incliné:

50 cm surlargeur non circulée 10 cm

Fondation en béton maigre Couche de forme

Drainage latéral (GNT) __

Accotement (enduit superficiel)

Fig. 1.1. - Dalles courtes non goujonnées dites " californiennes ». Exemple de profil en travers dune chaussée bidirectionnelle (PF2/trafic cumulé 4 10'' essieux équivalents de 130 kN).

Chapitre 1 • Possibilités offertes pa:

France, avec la construction de l'autoroute A6, à partir des techniques mécanisées de fabrication et de mise en œuvre développées aux États-Unis, en Californie. Le revêtement en béton reposait cette fois sur une coucfie de fondation en grave-ciment, mais ne comportait pas de surlargeur. Cette disposition importante sera introduite à partir de 1973. Afin de localiser la fissuration de retrait du revêtement en béton, les joints déterminant les dalles sont sciés dans le béton au jeune âge avec un espacement de 4 à 6 m pour limiter l'amplitude de l'ouverture des fissures (fig. 1.1.). Les joints transversaux sont légèrement inclinés par rapport à l'axe de la chaussée pour assurer un transfert progressif de charge sur la dalle aval. Pour les structures construites depuis une vingtaine d'années, afin d'éviter le phénomène de pompage, la fondation est réalisée avec un matériau formulé pour ne pas être érodable, généralement maintenant du béton maigre, et un drainage continu des interfaces de la chaussée est mis en place. Conçues et exécutées selon les règles de l'art, ces structures peuvent supporter des trafics moyens et forts. À titre indicatif, l'épaisseur des fondations en béton maigre varie de 12 à 17 cm et l'épaisseur des dalles de revêtement en béton de ciment de 19 à 28 centimètres.

•

Structures à dalles sans fondation

Comme variante à la technique des dalles dites « californiennes » figure la structure de la dalle sans fondation installée sur une couche drainante (grave creuse ou géocomposite drainant). Dans cette structure (fig. 1.2.), la dalle du revêtement se caractérise par sa forte épaisseur afin d'assurer le transfert de charge au droit des joints par engrènement. Cette technique a été utilisée pour la première fois, en France, pour l'autoroute A36 en 1980 avec une dalle de 37 cm d'épaisseur en bord droit. La pérennité de la structure est très dépendante de celle du dispositif de drainage en raison de l'absence de couche de fondation liée. Fig. 1.2. - Dalles sans fondation. Exemple de profil en travers d'une chaussée unidirectionnelle (PF2/trafic cumule 10'' essieux équivalents de 130 kN).

Guide technique • Chaussées en béton

Fig. 1.3. - dalles courtes goujonnées. Coupe longitudinale au niveau du joint transversal (PF2/trafic cumulé 9,2 10" essieux équivalents de 130 kN).

Joint transversal

•0

17 cm

.•..«••««IF

Couche de fondation (béton maigre)

Son domaine d'application est celui des chaussées à trafic modéré (classe T2/T1). L'épaisseur des dalles en béton de ciment sans fondation varie de 28 à 39 centimètres.

1.1.2.

Chaussées à dalles courtes non armées et goujonnées (BCg)

Afin d'améliorer le comportement des joints transversaux et le transfert de l'effort tranchant entre dalles, des goujons sont ici disposés à mi-épaisseur de la dalle au droit de chaque joint (fig. 1.3). Les goujons sont des barres d'acier lisses enduites sur la moitié au moins de la longueur d'un produit évitant l'adhérence au béton pour permettre les mouvements longitudinaux des dalles ; les goujons sont espacés de 30 cm environ. Leurs caractéristiques sont précisées au chapitre 4 « Le matériau béton et les autres matériaux utilisés pour les chaussées en béton >> (tableau IV.S.). Très utilisée à l'étranger, cette technique fut à nouveau employée en France, en 1982, à l'occasion de la reconstruction de la voie lente de l'autoroute A6 non concédée et, de 1988 à 1990, pour les élargissements de l'autoroute AI non concédée. Cette technique est adaptée aux moyens et forts trafics. À titre indicatif, l'épaisseur des fondations en béton maigre varie de 14 à 22 cm et celle des dalles de béton de ciment goujonné de 16 à 22 centimètres.

1.1.3.

Chaussées en béton armé continu (BAC)

Si les joints sciés permettent d'éviter une fissuration aléatoire de retrait, ces joints restent des points faibles de la structure et une sujétion pour l'entretien. Pour éliminer la présence de joints, une solution est d'employer des armatures métalliques longitudinales disposées en fibre neutre de la dalle (fig. 1.4.). Celles-ci répartissent alors par adhérence, avec des fissures nombreuses mais fines, les déformations dues au retrait du béton. Ces armatures longitudinales, aciers ronds ou plats métalliques crantés, ont respectivement une section de 0,67 % et 0,40 % de la section de béton. Inventée aux États-Unis, très utilisée en Belgique à partir de 1970, cette technique a été introduite en France, en 1983, en reconstruction de voie lente et renforcement par

Chapitre 1

Fia

Sens de circulation Joint longitudinal médiant, hors signalisation horizontale

- Bandes de rive Bande axiale

Fondation ®4 - ~~ - - - ^ _ _ ^ n béton maigre 15 cm mini Couche de forme

Armatures longitudinales Plan à mi-épaisseur du revêtement

Drainage latéral(béton drainant)

Exutoire,

recouvrement de chaussées de l'autoroute A6 (partie concédée), puis en construction neuve sur l'autoroute A71. Cette technique a été retenue pour le rechargement de l'autoroute A6 (dans le Val-de-Marne) en 1994 et 1995 et pour la construction de la déviation de Moulins (Allier) (RN7). L'expérience la plus ancienne correspond à l'emploi des aciers ronds, seule technique employée jusqu'en 1996 sur routes nationales. L'introduction des plats crantés remonte à 1988 sur chaussées autoroutières du réseau concédé. Le béton armé continu s'avère bien adapté aux chaussées à fort trafic (pour lesquelles les contraintes d'exploitation sont importantes), en construction neuve et en renforcement. En l'état actuel des connaissances sur le fonctionnement de ce type de chaussée, l'épaisseur de la dalle de béton armé continu varie de 16 à 22 cm ; en construction neuve, l'épaisseur de la fondation en béton maigre varie de 14 à 22 centimètres.

1.1.4. Techniques en phase de développement Lors de ces cinq dernières années, de nouvelles techniques à base de ciment sont apparues et sont, en 1996, à des stades d'expérimentation différents. "

Béton de sable

Le béton de sable s'est développé dans le cadre du projet national Sablocrete [12]. Après quelques planches expérimentales, un chantier de chaussée neuve de 3,5 km sur route départementale, au pied de la dune du Pyla (Gironde), a été réalisé en 1993. Le béton de sable (cf. Annexe 6 « Béton de sable »J est un micro-béton formulé à partir d'un

Guide technique • Chaussées en béton

sable naturel abondant ou d'un sable concassé excédentaire de certains types de carrières. En France, actuellement, l'optimum économique semble être obtenu avec un béton de sable de catégorie 2 ou 3 (norme NF P 98-170). La faible dimension des plus « gros » granulats limite la durabilité du transfert de charge aux joints. Il s'agit donc d'une technique à réserver aux faibles trafics.

I . Béton drainant Le béton drainant [cf. Annexe 7 « Béton drainant ») est utilisé depuis longtemps en couche de fondation et en bande d'arrêt d'urgence. En revanche, son emploi en dalle de chaussée demeure encore au stade expérimental en 1996. Un chantier a été réalisé à Paris, porte de Vitry, en 1993 ainsi qu'une planche expérimentale sur le site du Laboratoire central des Ponts et Chaussées à Nantes en 1994 dans le cadre de la Charte de l'Innovation. L'objectif recherché ici est de réduire le bruit de roulement à l'aide d'un matériau très ouvert (25 à 30 % de porosité), pouvant être mis en œuvre en forte épaisseur (15 cm et plus) sans risque d'arrachement. Exécuté avec un bon uni. le bruit de roulement mesuré au passage (norme S 31-119) est du même ordre que celui d'un béton bitumineux drainant. En 1996, des progrès restent à faire pour accroître la résistance du béton drainant afin qu'il puisse supporter un trafic poids lourds important et les effets du gel.

1.2.

Caractéristiques fonctionnelles et choix de solution

Les différents types de structures et de solutions pour la surface de roulement permettent de dégager une solution adaptée à chaque niveau d'exigences.

1.2.1.

Caractéristiques de surface et sécurité

• Uni Grâce au module élevé du matériau béton et à la constance de cette caractéristique avec la température, on peut s'affranchir des problèmes d'orniérage ou de déformation sous trafic. Les techniques mises en œuvre avec les machines à coffrage glissant permettent d'obtenir des résultats en matière d'uni conformes aux exigences de la circulaire de la Direction des routes n" 84-50 pour les routes nationales et autoroutes. La cause d'évolution de l'uni longitudinal pour les structures à dalles est l'érosion du support qui peut conduire à un décalage des dalles (« mise en escalier »). Pour réduire ce risque, il est essentiel de concevoir ces structures avec une fondation en matériaux non érodables et un drainage efficace des interfaces. Il faut assurer l'entretien régulier des joints afin d'empêcher les infiltrations d'eau, surveiller et entretenir les dispositifs de drainage (notamment les exutoires).

Chapitre 1 • Possibilités offertes par les solutions de chaussée en béton de ciment

Adhérence L'adhérence mobilisable est fonction à la fois de la macrotexture et de la microtexture de la surface de roulement. Le mode de serrage et de mise en forme du revêtement en béton conduit à une surface brute de finition (derrière la lisseuse et après passage de la toile de jute) à très faible macrotexture : hauteur au sable vraie ne dépassant pas 0,5 mm, ce qui est insuffisant. La texture et son évolution dans le temps dépendent de la résistance du mortier à travers la friabilité du sable et de la résistance au polissage des granulats (qualifiée par le coeffficient de polissage accéléré, Cpg), lorsque par usure du mortier les gravillons deviennent apparents. La macrotexture est essentielle à l'obtention d'un niveau d'adhérence suffisant à vitesse élevée. Cette macrotexture peut être obtenue : — en dégageant le sommet des gravillons par dénudage chimique ou grenaillage, — par des opérations mécaniques de sthage ou de rainurage dans le béton frais ou durci, — par le cloutage de surface. Le choix entre ces solutions dépend de l'importance du trafic, de la durabilité recherchée de l'état de surface ainsi que des objectifs de bruit ou de confort de conduite. — Cloutage La solution de cloutage n'est plus utilisée que sur voihe à faible trafic en raison du caractère assez bruyant de cet état de surface et de l'uni médiocre obtenu par cette technique. • Dénudage chimique Le dénudage chimique, approprié lorsque le béton est composé de granulats durs résistants à l'abrasion, permet d'atteindre une rugosité géométrique voisine de 2 mm en hauteur au sable (pour des raisons de bruit, il est souhaitable de rester en deçà de 1,5 mm). Cette solution permet d'obtenir un aspect de surface homogène. Elle est bien adaptée aux chaussées pour lesquelles on recherche un niveau de service élevé. • Striage Lorsque les exigences en termes de texture sont plus faibles, on peut ne réaliser alors qu'un striage à l'aide de peignes ou de balais sur le béton frais. Dans ce cas, c'est le sable du mortier qui assure la microrugosité et son maintien ; il doit présenter des caractéristiques anti-usure que l'on apprécie par l'essai de friabilité. La macrotexture se réduit aussi par usure ; après 2 10^ poids lourds, on retrouve des valeurs de frottement de béton non strié. Ce traitement de surface est donc à réserver aux faibles trafics ou aux chaussées dont on diffère la réalisation de la couche de roulement. Il peut être également associé à un grenaillage ultéheur. • Rainurage Le rainurage est une autre solution pour produire une macrotexture de surface et assurer la drainabilité de surface. Exécuté longitudinalement dans certains pays (solution abandonnée en France pour une question de confort de conduite des motocycles) ou transversalement, le rainurage tend à être moins employé que les autres techniques pour des raisons de confort. • Couche de roulement mince ou très mince Une dernière solution est fournie par la mise en œuvre d'une couche de roulement mince ou très mince avec des gravillons répondant cette fois aux exigences pour cette couche.

Guide technique • Chaussées en béton

1.2.2.

I

Caractéristiques de surface et confort

Bruit

L'émission de bruit est favorisée par les irrégularités d'uni ayant une longueur de défaut de quelques centimètres (qui favorisent la mise en vibration des flancs des pneumatiques), par les décalages de dalles au niveau des joints et par une macrotexture élevée. À l'autre extrême, une surface très fermée et lisse est responsable de l'émission de sifflements. Si le bruit dû au trafic routier est une composante importante du projet, le choix entre les différentes solutions de traitement de surface mentionnées précédemment est à faire en fonction des exigences retenues. Les solutions de dénudage chimique avec des gravillons dont le calibre maximal est de 14 à 16 mm ou de striage conduisent à des valeurs de bruit, selon la méthode franco-allemande de mesure de bruit au passage avec véhicules maîtrisés (norme S 31 -119), de l'ordre de 80 dBA, Des valeurs plus faibles de quelques décibels peuvent être obtenues de plusieurs manières : — par dénudage chimique avec des gravillons de calibre plus faible (8 ou 10 mm), — en recouvrant la structure en béton d'un revêtement bitumineux de type très mince (BBTM) ou béton bitumineux drainant (BBDr), — par la mise en œuvre d'un béton de ciment drainant (solution faisant l'objet en 1994 d'expérimentation dans le cadre de la Charte de l'Innovation de la Direction des routes). Par rapport aux projections d'eau, comme pour les techniques de chaussées bitumineuses, les meilleurs résultats sont atteints avec des revêtements ayant une texture ouverte pour offrir une drainabilité de surface élevée (BBTIvI ou dénudage chimique avec formule adaptée) ou avec des matériaux poreux assurant un drainage interne (béton bitumineux ou béton de ciment drainant). •

Luminosité et couleur

Les chaussées en béton sont claires ; elles réfléchissent la lumière et apportent une plus grande distance de visibilité nocturne. La couleur du revêtement peut être variée, dans une certaine mesure, par le choix des gravillons et, éventuellement, par des ajouts de type pigment permettant de colorer le mortier dans la masse et donc d'assurer une durabilité de cette teinte. Ces caractéristiques font des chaussées en béton une technique intéressante en tunnel et en aménagements urbains ou périurbains.

1.3.

Stratégie d'investissement, durée initiale de calcul et choix de solution

Le choix de la structure de chaussée doit être le résultat d'une analyse technicoéconomique dans laquelle interviennent les objectifs de niveau de service retenus pour la route ainsi que la stratégie d'investissement et d'entretien du maître d'ouvrage. Des indications générales sur ce sujet peuvent être trouvées dans le guide technique

Chapitre 1 • Possibilités offertes par les solutions de

-nt

Conception et dimensionnement des structures de ctiaussée [1]. Les aspects proprement économiques pour les chaussées en béton sont abordés dans le chapitre 2 " Aspects économiques ». Le propos du présent chapitre se limite à la présentation d'éléments techniques spécifiques à la technique des chaussées en béton : principes de fonctionnement des structures et causes possibles de leur évolution. Des indications sur les solutions d'entretien sont présentées dans le chapitre 8 « Indications sur les travaux d'entretien des chaussées en béton ». Du fait du module d'élasticité élevé du béton de ciment, les contraintes verticales engendrées par le trafic et transmises au support de la dalle sont faibles en section courante. La présence des discontinuités que sont les joints et fissures et la circulation des charges en bord de dalle majorent, en revanche, localement de façon importante les sollicitations dans la dalle et dans la fondation. C'est donc, en général, à partir de ces discontinuités que se développe l'endommagement des structures de chaussée en béton. L'effet du trafic est considérablement aggravé par celui des infiltrations et du séjour de l'eau (qui favorisent l'érosion du support) et celui des gradients thermiques (qui modifient par cambrure les conditions d'appui des dalles). Lorsque la chaussée n'est pas conçue et réalisée convenablement, l'évolution est alors marquée par un battement des dalles suivi de décalages et de fractures. C'est pour contrecarrer ces effets qu'ont été introduites les dispositions suivantes qu'il est important de respecter : — — — —

une fondation non érodable, un drainage continu de l'ensemble des interfaces, une surlargeur qui éloigne la bande de roulement du bord longitudinal de la chaussée, une inclinaison des joints transversaux par rapport à l'axe de la chaussée.

Comme l'accroissement des contraintes transversales sous trafic au voisinage des discontinuités est d'autant plus important que le transfert de charges est faible, pour les trafics élevés, on aura avantage à assurer ce transfert d'effort tranchant soit par l'utilisation de goujons, soit par la suppression des joints transversaux avec le béton armé continu dont la finesse des fissures confère une quasi-continuité à la structure. Du point de vue du comportement en fatigue, la pente de la courbe de fatigue étant faible (b = -1/16), une faible variation d'épaisseur se traduit par une variation importante de la durée de service de la dalle de béton de ciment. C'est cet aspect particulier, conjugué à la résistance élevée en traction que l'on peut obtenir (trois à quatre fois celle d'une grave-ciment usuelle), qui fait des structures de chaussée en béton des solutions particulièrement adaptées à une durée de service longue sans entretien structurel. Les structures du catalogue 1977 actualisé en 1988 [10] ont été conçues pour une durée initiale de vingt ans. Des durées plus longues sont envisageables moyennant le respect des règles de conception mentionnées plus haut et le maintien en état correct de l'étanchéité des joints et des dispositifs de drainage. La méthode de dimensionnement est exposée dans le guide technique Conception et dimensionnement des structures de ctiaussée [1] déjà cité. À titre d'illustration, la figure 1.5. présente des exemples d'épaisseurs des couches pour les différentes techniques de chaussée en béton (pour les hypothèses retenues dans le catalogue 1977 actualisé pour les routes nationales). Le tableau 1.1. donne une indication sur les créneaux d'emploi privilégiés des différentes solutions de chaussées en béton en construction neuve, en fonction du trafic poids lourds, compte tenu des aspects techniques et de considérations de coût en 1996. Certaines conditions locales (pluviosité en particulier, rejet de sujétions d'entretien, etc.) pourront amener après étude à moduler ces suggestions.

Guide technique • Chaussées en béton

Dalles courtes non goujonnées sur fondation

Béton arme continu sur fondation

Béton arme continu ou dalles goujonnées sur sol traité • u ciment

Dalles courtes goujonnées sur fondation

Dalles épaisses sur couche drainante

Couche de fondation

oui

oui

non

oui

non

Amélioration du transfert de charge

non

oui

oui

oui

non

Drainage sous les dalles

non

non

non

non

oui

37 cm BC

22 cm BAC ou BCg

24 cm BC 20 cm BAC

20 cm BCg

n

Revêtement Fondation

5cmBB

i_

b

16 cm Bm ou 18 cm GH

1

17 cm Bm ou 18cmGH ou 20 cm SH

10 cm GD

17 cm Bm ou IBcmGH ou 20 cm SH

60 cm MT

TABLEAU 1.1. Créneaux d'emploi privilégiés des différentes techniques de chaussées en béton en construction de chaussée neuve Type de chaussée Béton arme continu

Dalles courtes à joints goujonnés sur fondation

\ T2 T3

Dalles courtes a joints non goujonnés

Dalles sans fondation (dalles épaisses)

Béton de sable

,g. 1.5 Exemples de structures de chaussée en béton \is d'une Lite-forme f^2 et d'un ific cumulé • 7,5 10" •isieux de 10 kN).

Chapitre 1 • Possibilités offertes par les solutions de chaussée en béton de ciment

Dans le cas de travaux de réhabilitation, la question du délai de remise en circulation est souvent un paramètre à prendre en considération et les conditions de remise en circulation sont également importantes pour l'organisation du chantier. Il est, en général, toujours possible de trouver une solution correspondant aux contraintres propres à chaque chantier par un choix adapté du béton. La remise en circulation est fonction de la résistance du béton mis en oeuvre. Il est possible de remettre sous circulation de poids lourds lorsque la résistance du béton a atteint 90 % de sa résistance caractéristique. Ainsi, dans des conditions de température normale, on peut ouvrir à la circulation les structures : — en béton traditionnel : 3 à 5 j après leur mise en œuvre. Cette circulation peut être autorisée aux véhicules légers à 48 h. La circulation de chantier peut s'effectuer dès que les résistances atteignent 20 MPa en compression et 1,8 MPa en traction (par fendage) ; — en béton accéléré : 24 h après leur mise en oeuvre. Cette circulation peut être autorisée aux véhicules légers à 12 heures ; — en béton spécial utilisé en réparation uniquement (par exemple, à base de ciment alumineux ou de fibres) : 6 h après leur mise en œuvre.

Guide technique

Chaussées en béton

Chapitre

^

Aspects

2

économiques

Chapitre 2

Quelques aspects propres au béton

21

Application de la circulaire DR 89-46

21

Élargissement de l'analyse dans certains cas particuliers

24

Guide technique • Chaussées en béton

Le choix de la structure de chaussée doit d'abord résulter de la prise en considération des contraintes techniques, mais il doit aussi prendre en compte les contraintes économiques imposées au projet ou attachées au choix même de la structure. Ces contraintes vont concerner : — les dépenses consenties pour la construction de l'infrastructure, — les budgets d'entretien ultérieur, — les répercussions économiques que pourront avoir ces opérations d'entretien sur la qualité de service de l'infrastructure. Pour les chaussées du réseau des routes nationales, la circulaire DR 89-46 du 8 août 1989 du ministère de l'Équipement, Mise en concurrence des teciiniques de construction et de renforcement des c/iaussées[2\, définit les modalités de cette mise en concurrence et les scénahos-types d'entretien sur la base desquels doit être opérée la comparaison économique des solutions. Dans ce chapitre, on examine d'abord l'application de cette circulaire aux chaussées en béton, puis des indications sont données sur l'élargissement de l'approche dans certains cas particuliers.

H

Quelques aspects propres au béton

Certains aspects permettent, s'ils sont convenablement pris en compte au moment du projet, de réduire le coût de construction. C'est ainsi que la technique du béton ouvre la possibilité d'utiliser des granulats locaux (calcaires notamment) inadaptés aux matériaux bitumineux et de réaliser ainsi des économies en coûts de fournitures et de transport. Pour réduire l'impact des coûts d'amenée, d'installation et de repli des matériels de fabrication et de mise en œuvre du béton, il peut s'avérer intéressant de faire produire par le même atelier : le béton maigre pour la fondation et les accotements, le béton du revêtement ainsi que le béton extrudé des équipements annexes d'assainissement et de sécurité. Cela suppose, cependant, que les délais d'exécution permettent d'exécuter successivement les différentes parties de l'ouvrage. Dans le cas contraire, d'autres solutions sont à étudier en alternative comme, par exemple, la réalisation de la fondation en grave traitée aux liants hydrauliques non érodable.

Application de la circulaire DR 89-46 La comparaison entre solutions est faite sur le coût global « construction et entretien ». Cela fait intervenir : — le coût de la construction, — une durée sur laquelle on comptabilise les dépenses d'entretien, — un scénario-type d'entretien et de renforcement, fonction du trafic prévu sur cette durée, — une règle financière d'actualisation pour une évaluation des dépenses ramenées à la date de la construction.

Chapitre 2 • Aspects économiques

Coût de la construction Si l'étude économique est faite par le maître d'œuvre dès l'avant-projet, l'analyse doit s'attacher, pour les différentes structures, à optimiser l'ensemble terrassement-couche de forme-chaussée-drainage dans le cas des chaussées neuves, et doit veiller à l'exploitation de la route pour les cas de renforcements. Il est préférable de réaliser la comparaison économique après un appel d'offres ouvert aux différentes techniques pour avoir les coûts précis d'investissement avec le résultat des offres. Dans cette circonstance, pour que l'épaisseur de couche de forme et les dispositions des ouvrages de drainage puissent être adaptées au choix du type de chaussée, l'appel d'offres « chaussées » sera lancé suffisamment en amont et le marché de terrassements comportera une tranche conditionnelle. Lorsque l'appel d'offres de travaux de chaussée ne comprend pas la fourniture des granulats, le maître d'œuvre doit lancer un appel d'offres « granulats » pour les fractions communes aux différentes structures de chaussée avec une tranche conditionnelle portant sur les fractions granulaires propres à chaque type de chaussée, • Durée sur laquelle on comptabilise les dépenses d'entretien La durée retenue par la circulaire pour la comparaison économique entre solutions est de trente ans, étant rappelé que les structures du catalogue 1977 et de son actualisation étaient conçues pour un trafic cumulé estimé sur vingt ans avec un faible taux de risque sur cette période. • Scénarios-types d'entretien Les scénarios-types d'entretien (tableau 11,1,), applicables au réseau routier national, ont été définis sur la base de données statistiques à partir du bilan de comportement d'un certain nombre de sections de routes et d'autoroutes. Ces scénarios s'inscrivent dans une logique d'entretien préventif pour des structures élaborées pour un faible hsque d'endommagement à l'issue de la durée de projet. Cela explique pourquoi, avec les structures en béton, aucun apport structurel n'est prévu avant trente ans dans les scénarios-types. À signaler qu'en fin de durée la valeur résiduelle de la chaussée en béton n'est pas nulle. La dalle de béton fragmentée est prise en compte comme couche de fondation pour constituer une nouvelle chaussée. • Règle financière d'actualisation La règle financière d'actualisation correspond au choix d'un taux d'actualisation « a » qui est fixé par le plan quinquennal en cours (8 % en 1995), Dans l'estimation du coût global " construction et entretien », la dépense d'entretien « D^, », faite à l'année « n », est valorisée pour un montant : DnCan

avec

1 Co„

-

(1 + a)" Dans l'analyse comparative, les coûts à prendre en considération doivent intégrer à la fois les dépenses d'entretien et celles connexes de signalisation, les travaux annexes sur dépendances et de surveillance des chantiers. Le coût des divers types de dépenses est à choisir en fonction des données locales récentes pour des contextes semblables de chantier d'entretien ou de renforcement, mais hors conjoncture exceptionnelle. Un exemple de calcul de coût actualisé est présenté en encadré.

Guide technique • Chaussées en béton

TABLEAU 11.1. Scénarios-types d'entretien des chaussées en béton (annexe à la circulaire DR 89-46)

Dalles courtes

Dalles courtes

à joints non

à joints goujonnés

goujonnés

et dalles épaisses

Nombre d'années

Béton armé

après la constructio . de la chauss~~

1 2 3 4 S + J

5

S

6 JL

7

JL

JL

8 9 J

10

J

J

11 12

1/2 S

1/2 S

13 14 J-i-1/2 S

15 16

J

1/2 S

S

JL

S + JL

JL S

17 18 19

1/2 S

20

J

1/2 S J

21 22 23

S

S

J

J

JL

JL + S JL + S

24 J + S

25 26 27 28 29 30 •

S ; réfection de surface

" ^

T2 : enduit superficiel T1 : enduit superficiel pour structures à joints avec ou sans goujons et dalles épaisses enrobe très mince pour béton armé continu. ^- TO : enrobe très mince. ^ si le traitement initial est un denudage, les interventions sont retardées de trois ans. •

J ; réfection des joints transversaux

•

JL : réfection des joints

•

R :

'^ ^ '-

T2 10 grave-bitume T1 12 grave-bitume TO 15 grave-bitume

et

longitudinaux

longitudinaux

renforcement

avec dispositions

+ 8 béton bitumineux + 8 béton bitumineux -h 8 béton bitumineux

constructives

ou 16 béton armé continu. ou 18 béton armé continu. ou 20 béton armé continu.

(drainage latéral notamment)

et recfiargement

des accotements.

Chapitre 2 • Aspects économiques

EXEMPLE DE CALCUL DE COUT ACTUALISE EN APPLICATION DE LA CIRCULAIRE DR 89-46 APPLICABLE POUR LA CLASSE DE TRAFIC T1

•

Hypothèses

s» 5» >>ï»

Chaussée unidirectionnelle de 8 m de large. Structure de chaussée en béton armé continu (BAC). Dénudage de la surface du béton. Taux d'actualisation : 8 %. Travaux d'entretien (nature et séquence) correspondant au scénario de la circulaire DR 89-46.

• Coûts >• Coût de construction de la chaussée ramené au ml : 3 300 F. >• Réfection des joints longitudinaux (JL). Seul le joint entre la bande d'arrêt d'urgence (BAU) et le béton armé continu (BAC) fait l'objet d'un entretien périodique : - si le BAC n'est pas recouvert, nettoyage et regarnissage du joint : 20 F/ml, - si le BAC est recouvert par une couche de surface, seulement pontage : 4 F/ml. >- Réfection de surface (S) par un béton bitumineux très mince (BBTM) (y compris travaux annexes, exploitation, signalisation) : 300 F/ml. >» Renforcement (R) après trente ans par une nouvelle dalle en béton armé continu (BAC) (y compris travaux annexes et aspects exploitation) : 1 800 F/ml. Année

Travaux

Coût année 0 (F)

0

construction

3 300

7

JL

9

BBTM

16

JL

19

BBTIVI

23

JL

26

BBTM

30

18 cm BAC

Coefficient d'actualisation 1

Coût actualisé (F) 3 300

20

0,58

300

0,50

4

0,29

300

0,23

4

0,17

300

0,14

42

1 800

0,10

180

11,6 150 1,2 69 0,7

Total

3 754

Pour cet exemple, le coût de l'entretien, hors renforcement au bout de trente ans, représente 7 % du coût actualisé total, le renforcement s'élève lui à 5 %.

2.3.

Élargissement de l'analyse dans certains cas particuliers

L'analyse précédente ne prend pas en considération les répercussions économiques que peuvent avoir les opérations d'entretien sur le service offert par l'infrastructure. Dans certains cas (infrastructures à très fort trafic, route d'accès à certaines installations industrielles), la valorisation monétaire de ces perturbations peut atteindre un niveau très supérieur à celui des coûts directs et il devient alors logique de prendre aussi en compte ces répercussions dans la comparaison des solutions. Les scénarios-types d'entretien de la circulaire DR 89-46, applicables aux routes nationales, ne peuvent servir de référence pour d'autres réseaux que si les stratégies d'investissement et d'entretien du maître d'ouvrage sont similaires à celles retenues pour le réseau national. Dans le cas contraire, les scénarios doivent être adaptés.

Guide technique

Chaussées en béton

Chapitre

Conception des chaussées en béton. Éléments pour le projet

Chapitre 3 • Conception des chaussées en béton. Éléments pour le projet

Sommaire 3.1.

Influence des conditions climatiques locales sur le choix de la structure

29

3.2.

Chaussées neuves

29

3.2.1. Caractéristiques géométriques • •

Tracé en plan et profil en long Profil en travers

29 30

3.2.2. Drainage des interfaces

33

3.2.3. Accotements, bandes d'arrêt d'urgence (BAU), bandes dérasées de gauche (BDG)

33

3.2.4. Franchissement des ouvrages d'art

33

• •

Passages inférieurs Passages supérieurs

33 34

3.2.5. Liaison entre bandes de béton

35

3.2.6. Joints transversaux d'extrémité

35

• •

Cas d'une chaussée en béton et d'une autre chaussée Cas de deux chaussées en béton

3.2.7. Croisement de deux chaussées • •

3.3.

29

35 35 37

Cas de deux chaussées en béton Croisement d'une chaussée souple par une chaussée en béton

37 38

3.2.8. Voies d'insertion en béton de ciment

39

3.2 n Bretelles d'accès et de sortie en béton de ciment

39

Élargissements de chaussées par une structure en béton j . j . i . Caractéristiques géométriques • Profil en travers B Profil en long 3.3.2. Drainage des interfaces

39 39

39 39 40

Guide technique • Chaussées en béton

3.4

3.3.3 Accotements, bandes d'arrêt d'urgence (BAU), bandes dérasées de gauche (BDG)

41

3.3.4 Liaison avec une chaussée existante en béton

42

3.3.5 Élargissement en béton d'une chaussée bitumineuse

42

3.3.6 Préparation pour la réalisation d'une couche de roulement en enrobés

42

Reconstruction partielle (une partie des voies existantes) d'anciennes chaussées en béton

43

3.4.1 Démolition des voies à reconstruire

3.5

3.6.

Renforcement de chaussées par une structure en béton

43

43

3.5.1 Préparation du support

43

3.5.2 Drainage des interfaces

44

Dispositions constructives propres aux chaussées en béton 3.6.1 Joints de retrait • •

Joints transversaux (dalles californiennes) Joints longitudinaux (toutes techniques)

45 45 45 46

3.6.2 Joints de construction

46

3.6.3 Goujons

46

3.6.4 Armatures longitudinales du béton armé continu

46

3.6.5 Liaison des joints longitudinaux de retrait ou de construction

46

TABLEAU III.1. Influence des conditions climatiques locales et du trafic sur le choix de la structure Pluviosité Faible ou modérée (0,1 à 1 m/an)

Intense (1 à 3 m/an)

Trafic poids lourds JOi! Jtii

qoujonncs

intense (> 2 000/i/sens) Modéré (300 à 2 000/j/sens)

conseille

oui

Faible (< 300/j/sens)

conseille

conseillé

oui

TABLEAU III.2. Classe minimale de résistance à rérosion des matériaux de fondation à retenir pour le contexte français (surlargeur et drainage longitudinal)

%

Type de chaussée

Class e de tra Me \

Selon ntme continu

D,iiii-. i ...MIPS

Il

-

-

Il

II

1

il

li

1

iil

II

il

III

Ni

TS Pi TFX

,

:'Ui)

T2

(< 150 ! /, // et III

'i

'•

•

Classe 1

•

Classe II

classes de résistance à l'érosion des matériaux de fondation (érodabilité croissante). béton maigre ou béton bitumineux avec un dosage en bitume minimal de 6 ppc grave-ciment enrichie en ciment (4.5 %) ou béton bitumineux usuel.

•

Classe III

autres graves traitées aux liants

hydrauliques.

TABLEAU III.3. Différences d'épaisseur maximales entre bord gauchie et bord droit de la cfiaussée (cas des chaussées neuves unidirectionnelles ayant deux voies par sens au moins)

Type de chaussée Couches de fondation en béton maigre ou en grave traitée

8 (•)

Dalles goujonnées ou non goujonnées

5

Dalles sans fondation Béton armé continu Dalles sans fondation

10 2 ou 4 (* 10

(') en respectant cependant une valeur d'épaisseur minimale de 12 cm en béton maigre et 15 cm en grave traitée. (") 4 cm si la répartition transversale continu.

des aciers est adaptée à la variation d'épaisseur

du béton

armé

Nota : les différences d'épaisseur indiquées pour la couche de fondation et pour le revêtement ne sont pas à additionner directement II faut tenir compte des pentes transversales admissibles à chaque niveau et du trafic poids lourds supporté par chaque voie.

Guide technique • Chaussées en béton

Après un examen de l'influence des conditions climatiques locales sur le choix de la structure, les dispositions constructives utiles à la définition du projet de chaussées en béton sont abordées pour les différentes situations ; chaussées neuves, élargissements de chaussées par une structure en béton, reconstruction partielle (une partie des voies existantes) d'anciennes chaussées en béton, renforcement de chaussées par une structure en béton. Pour le dimensionnement de la structure, on se reportera au guide technique Conception et dimensionnement des structures de ciiaussée [1].

Influence des conditions climatiques locales sur le choix de la structure En raison de l'influence essentielle de l'eau s'infiltrant dans le corps des chaussées en béton sur leur comportement à long terme, le choix des dispositions de drainage et de la qualité du support est à mettre en relation avec l'importance de la pluviosité et du trafic (tableaux III.1. et III.2.). Dans le cas du renforcement d'une ancienne chaussée (en béton, semi-rigide ou souple), l'ancienne couche de roulement sera considérée comme fondation de classe I du point de vue de l'érodabilité, sauf cas particuliers : faïençage très avancé, décollement général de la couche de roulement, enduit superficiel sur matériau non traité, etc.

Chaussées neuves 3.2.1.

•

Caractéristiques géométriques

Tracé en plan et profil en long

Les structures et les modes de mise en œuvre du béton sont compatibles avec les divers types de tracé en plan et de profil en long. Cependant, pour les chaussées à trafic supérieur ou égal à T3, les sections où le rayon de courbure est inférieur à 500 m nécessitent des dispositions particulières ; les joints longitudinaux de retrait et de construction doivent être munis de fers de liaison pour éviter la séparation des voies par dilatation-contraction thermique. Il est déconseillé de réaliser de tels rayons avec du béton armé continu et il faut exclure cette solution pour des rayons inférieurs à 250 m, en raison : — d'une part, des déplacements horizontaux importants liés aux vahations thermiques qu'il faudrait reprendre par des ouvrages complexes et coûteux (ce type de risque peut aus-

Chapitre 3 • Conception cl

si apparaître dans un point haut ou bas du profil en long à faible rayon de raccordement) ; — d'autre part, du positionnement des aciers longitudinaux difficile à réaliser. Ces restrictions concernent les courbes ouvertes. La réalisation de giratoires est possible quel que soit leur rayon (il existe des machines adaptées à des rayons de quelques mètres). Les jonctions avec les voies radiales sont à traiter comme des croisements {cf. paragraphe 3.2.7. « Croisement de deux chaussées »).

i i Profil en travers Pour limiter les contraintes dans la structure en béton en bord de dalle, le profil en travers devra comporter les surlargeurs indiquées sur la figure 3.1. Dans le cas des chaussées neuves, la couche de fondation aura une surtargeur de 10 cm de chaque côté de la couche de base. Pour les routes à chaussées séparées à plusieurs voies de circulation, on peut accepter une variation transversale d'épaisseur entre le bord gauche et le bord droit de la chaussée dans les limites indiquées par le tableau III.3. Pour les chaussées bidirectionnelles, la machine de mise en oeuvre du béton doit permettre des changements de dévers de profils en toit. Les constructeurs proposent des machines qui peuvent mettre en oeuvre des largeurs de béton de 3 à 15 m. ,,. a doit être (fig. 3.2.). Si l'espace libre est plus restreint, le Cahier des clauses techniques particulières (CCTP) devra mentionner cette contrainte particulière. Il est généralement possible de s'adapter à une largeur compnse entre 0,7 et 1 m et, dans des conditions très particulières, de limiter la largeur du chemin de roulement à moins de 50 cm, mais des adaptations des machines à coffrage glissant sont alors nécessaires. La qualité (portance et planéité) de ces bandes de roulement faciliteront l'obtention de l'uni de la couche mise en place.

Fig

3.1,

béton de ciment

Terre-plein central

Chaussée L

0,1 0,25 '

r^—* 1

Accotement

'

S

0,1

1

Classe de trafic

Surlargeur S Surlargeur bord droit (S) (m)

0,75

0,50

0,25

Surlargeur bord gauche (m)

0,25

0,25

0,25

Largeur de la fondation Largeur (m)

L + 1,20

L + 0,95

L + 0,70

Fig. 3.2. - Dégagements nécessaires pour le passage de la machine à coffrage glissant.

~A_

1

1

1

< , *

.-^

ri

r—^

0,1m

0,8m I ^

1

1m mini

Fig. 3.3. - Dispositions en accotement pour le drainage des Interfaces (chaussées neuves).

Bande de béton poreux Fondation en béton maigre Etanchéité de surface 4 cm au ou enduit

15 cm

GNT ou béton maigre ou grave ciment

j

\

I/1X <

Béton maigre

^\

\

\ 1

1

\

Bande de béton p 3reux Epis en béton poreux ou grave drainante

Emulsion ou feuille de polyéttiylène Fondation en grave ciment Etanchéité de surface 4 cm BB ou enduit

G MT ou béton maigre ou grave ciment

15 cm 15 cm n^— '

—^ •

1

\

\ ^

I/1X Grave ciment

\

•

\^ '>

Bande de béton p(Dreux

Epis en béton poreux ou grave drainante

Emulsion ou feuille de polyéthylène Accotement drainant Etanchéité de surface 4 cm BB ou enduit Béton

Béton poreux ou grave drainante

Fondation Couche de forme Epis en béton poreux ou grave drainante

\

FIg. 3.4. - Raccordement des disposilUs de drainage aux exutoires

Vue en plan

Bord de dalle Béton poreux Accotement

/ ,

\^\

Il

Talus

/

^—' -

^^ilililiL

Déblai

^ ^ ^

a) Epis drainants en béton poreux (0,15 x 2 m) tous les 30 m, orientés dans le sens de la plus grande pente Vue en plan Bord de dalle Fondation en béton maigre Drain

Berme b) Drains PVC

Fig. 3.5. - Drainage côte terre-plein central (sections où les chaussées sont déversées)

Enduit Dalle de béton Béton poreux

g^,^^ ^^^^^^

a

Collecteur central

a. Chaussées neuves.

BBTM_

5 cm enrobés

BBTM

Couches existantes

b. Cas d'un élargissement des chaussées côté terre-plein central.

o

- Collecteur central

Guide technique • Chaussées en béton

3.2.2.

Drainage des interfaces

Il est nécessaire d'assurer le drainage des interfaces (couche de fondation, couche de forme), surtout lorsque les chaussées sont amenées à supporter un fort trafic. Pour cela, on mettra en place, côté dévers bas (qui est généralement le côté droit) (fig. 3.3.) : — une bande de béton poreux de 15 à 50 cm de large, — une bande poreuse de grave drainante 0/31,5 de 30 à 60 cm de large, — une bande d'arrêt d'urgence (BAU) ou un accotement en béton poreux ou en grave drainante. Ces dispositifs sont à raccorder tous les 30 à 50 m par des épis à des exutoires (fig. 3.4.). Les matériaux poreux doivent être protégés en surface d'accotement ou de BAU par 4 cm d'enrobés ou par un enduit et, lorsqu'ils sont recouverts par un autre matériau, par une feuille de polyéthylène ou une émulsion. Si le côté bas du dévers est à gauche, les mêmes principes sont appliqués à la bande dérasée de gauche (BDG). Le système de drainage doit être conçu afin que tous les drains soient visitables, et afin de faciliter les opérations d'entretien ultérieures. Notamment, les exutoires en flanc de remblai doivent être signalés et construits pour résister aux opérations de fauchage. En déblai ou côté du terre-plein central (TPC), les drains seront raccordés aux collecteurs du drainage de la plate-forme qui s'y trouvent généralement (fig. 3.5.).

3.2.3.

Accotements, bandes d'arrêt d'urgence (BAU), bandes dérasées de gauche (BDG)

Les accotements, BAU et BDG des chaussées en béton ne différent des cas des autres chaussées que par les dispositifs de drainage des eaux d'interface à mettre en place côté dévers bas. Les normes géométriques sur les différences de dévers entre la chaussée et les zones adjacentes s'appliquent aux chaussées en béton.

3.2.4.

•

Franchissement des ouvrages d'art

Passages inférieurs

Pour les passages inférieurs de petite longueur (portiques ou cadres), si cela est possible, il est intéressant de poursuivre le revêtement en béton dessus afin d'éviter des joints de chaussée toujours délicats en matière d'entretien. Ceci est particulièrement vrai lorsque le revêtement est en béton armé continu (fig. 3.6.). Ceci suppose cependant qu'il n'y ait pas à craindre de tassements différentiels entre l'ouvrage et les remblais d'accès. Dès le projet, il faudra veiller à ce que la largeur de l'ouvrage entre parapets permette le passage des machines de repandage. Il est éventuellement possible de différer la construction des parapets après la mise en place de la chaussée tout en prenant des dispositions de protection adéquates. Si la continuité de la chaussée en béton ne peut pas être assurée au passage de l'ouvrage d'art (passages inférieurs de grande longueur notamment), on adoptera des dispositions analogues à celles indiquées sur la figure 3.7.

Chapitre 3 • Conception des chaussées en béton. Éléments pour le projet

Fig. 3.6. - Exemple de franchissement d'un passage inférieur de faible ouverture par une chaussée en béton arme continu.

Béton bitumineux 5 cm Couche de fondation

Garde grève Dalle chaussée BAC

1

•

Dalle de transition

IWJ

\ Appui Freyssinet (éventuel)

Sol

« M

Fig. 3.7. - Exemple d'interruption d'une chaussée en béton armé continu à l'abord d'un passage inférieur de grande longueur.

Mortier de réglage Bavette Chape d'étanchéité Béton bitumineux

Remplissage asphalte porphyre t-i

Souffle à définir selon conditions climatiques

!!

Joint lourd

K Tablier du PI

Couche de fondation Reprise de bétonnage OA / BAC

Plaque béton préfabriquée avec engravure de 5 mm pour néoprène Joint waterstop type A Bossage avec engravure de 5 mm pour néoprène 300 x 410 Néoprène 250 x 360 x 4

•

Passages supérieurs

Le passage des ouvrages franchissant la chaussée pose parfois deux problèmes qui peuvent cependant être résolus par des adaptations de la mise en œuvre : les piles centrales très proches de la chaussée (terre-plein étroit, ouverture étroite, etc.) constituent un obstacle au passage de la machine de repandage. Un déport local de la bande de béton mise en oeuvre permet de résoudre cette question. Le revêtement est élargi en bétonnant à la main (dans l'heure qui suit) et la signalisation horizontale rétablit le tracé normal des voies ; f" l'ouvrage ne permet pas de lever les bennes des camions pour décharger le béton frais. Selon la longueur à franchir, une surcharge de la machine juste avant l'ouvrage ou l'appui momentané d'une pelle mécanique permettent la poursuite du bétonnage.

Guide technique • Chaussées en béton

3.2.5.

Liaison entre bandes de béton

En travaux neufs, ces dispositions concernent les bétonnages en plusieurs bandes, les voies spéciales pour poids lourds ou les voies d'insertion ou de décélération. Il faut alors prévoir des fers de liaison transversaux selon les dispositions suivantes : • entre deux bandes en dalles californiennes : trois fers de liaison de diamètre 12 mm répartis ainsi sur la longueur d'une dalle de 5 m (0,75 - 1,75 - 1,75 - 0,75 m), entre une bande en dalles californiennes et une bande en béton armé continu : la solution est à étudier au cas par cas selon l'état des dalles, entre deux bandes de béton armé continu : un fer de liaison de diamètre 20 mm tous les 2 mètres. Lorsqu'on réalise une cfiaussée en béton dont l'élargissement est prévisible, il est particulièrement recommandé de : — mettre en attente des fers de liaison, à raison d'un fer de diamètre 12 mm tous les mètres, insérés dans le béton frais, repliés en attente sans autre protection, — réaliser un profil de bord qui assure le transfert de charge [cf. norme NF P 98 -170).

3.2.6.

•

Joints transversaux d'extrémité

Cas d'une chaussée en béton et d'une autre chaussée

Entre une chaussée en béton en dalles californiennes et une structure en enrobés, il faut fraiser le béton bitumineux et adapter au besoin les épaisseurs des dalles d'extrémité en béton (fig. 3.8.a et b). • Entre une chaussée en béton armé continu et une structure en enrobés, il faut prévoir un joint de dilatation. L'extrémité du béton armé continu qui devient un bord libre doit être renforcée, de préférence par une surépaisseur correspondant au dimensionnement d'une structure à joints non goujonnés si la structure adjacente le permet, sinon en réalisant les quelques derniers mètres avec un béton plus résistant (au moins 20 % de plus que le béton courant). Les figures 3.8.c et d présentent les dispositions de détail correspondant aux cas où la chaussée bitumineuse est aussi à construire ou préexiste.

•

Cas de deux chaussées en béton

• Entre deux sections de structures semblables, on assurera la continuité de la chaussée par : — mise en place de fers de liaison entre les deux sections en dalles, puis par garnissage du joint avec un produit de scellement, — clavage avec continuité des armatures longitudinales entre deux sections de béton armé continu. • Entre des chaussées en béton à dalles californiennes et en béton armé continu, il faut prévoir un joint de dilatation permettant un souffle de 60 mm au moins (fig. 3.8.e). L'extrémité du béton armé continu est à traiter en la renforçant comme indiqué plus haut.

Chapitre 3 • Conception des chaus

Fig. 3.8. - Joints transversaux d'extrémité

a. Chaussée en dalles non goujonnées se terminant contre une structure en enrobés existante.

Joints transversaux de retrait

Extrémité découpée avant mise en place du béton

Joint transversal de dilatation

i Goujons —• " ™

6 cm BB lOcmGB 12 cm GRH

26 cm BC

Fondation 15 cm Bm Couche de forme Chaussée en béton de ciment construite

b. Chaussée en dalles goujonnées se terminant contre une structure en enrobes existante.

Joints transversaux de retrait

Structure existante

Extrémité découpée avant mise en place du béton

Joint transversal de dilatation

i —^m

Goujons —• ^ B

6 cm BB lOcmGB 12 cm GRH

21 cm BC

Fondation 17 cm Bm Couche de forme Chaussée en béton de ciment construite

c. Chaussée en béton armé continu se terminant contre une structure en enrobés neuve.

Structure existante

Extrémité découpée avant mise en place du béton

Joint transversal de dilatation

21 cm BC

26 cm BC Fondation

;

rHn

/

i7cmBm

12 m

'

6 cm BB lOcmGB 12 cm GRH

r n n r h P HP fnrmP

^•^••••^•Ik

Transition à construire*

Chaussée en béton de ciment construite

Structure existante

* après réalisation de la fondation et avant réalisation de la couche de BAC

d. Chaussée en béton armé continu se terminant contre une structure en enrobés existante.

Extrémité découpée avant mise en place du béton

Joint transversal de dilatation

\ 21 cm BC

6 cm BB lOcmGB 12 cm GRH

JS T?q 26 cm BC Fondation

;,

lycmBm

^2m

j

c ouche de forme Structure existante

Chaussée en béton de ciment construite

e. Chaussée en béton armé continu se terminant contre une chaussée en béton à dalles californiennes.

Joint t r a n s v e r s a l d e dilatation

J o i n t s transversaux d e retrait

i 21 cm BC

26 cm BC

17 cm Bm

15 cm Bm

1

12m

3

!

Chtaussée e n b é t o n de c i m e n t c o n s t r u i t e

p ",1

Goujons

1

1

'

J

Fondation

i

7 26 cm BC 15 cm Bm

Couche de forme

Joint o b t e n u par d é c o u p a g e (Structure existante) ou c o f f r a g e (structure neuve)

Guide technique • Chaussées en béton

3.2.7.

Croisement de deux chaussées

Cas de deux chaussées en béton En raison des dilatations thermiques, il faut répartir sur une certaine longueur les poussées latérales de la chaussée qui débouche sur l'autre. Le calepinage des joints d'un carrefour doit être réalisé afin d'éviter les angles aigus ou rentrants (fig. 3.9.). Il est nécessaire aussi d'assurer, d'une part, la continuité des écoulements d'eau dans les systèmes de drainage et, d'autre part, les transitions entre les épaisseurs qui ne sont pas toujours identiques (fig. 3.10.a). Il est obligatoire de vérifier que l'épaisseur du bord libre de la chaussée nouvelle est compatible avec le trafic entrant. Si ce n'est pas le cas, il faut le renforcer par une surépaisseur, ou par une augmentation locale de la résistance du béton, ou encore en goujonnant le joint entre les deux chaussées. Fig. 3.9. - Calepinage des joints à une intersection de chaussées en béton (exemples).

Intersection des joints de retrait transversaux

- —

1

-ondatlon drainante /

>

-

^

Fondation normale

. ,

, u

a. Chaussées en béton à dalles. Chaussée existante (cas d'une structure plus épaisse que la structure à construire)

Chaussée à construire

Chaussée existante (cas d'une structure plus mince que la structure à construire)

Fondation normale Fondation drainante / b. Chaussée souple croisée par une chaussée en béton.

Vers exutoire à créer

Largeur nécessaire au passage de la machine (1m mini)

Enfin, lorsqu'une chaussée en béton armé continu arrive sur une autre chaussée, quelle que soit sa structure, il est nécessaire de prévoir des joints de dilatation comme indiqué au paragraphe 3.2.6. « Joints tranversaux d'extrémité ». •

Croisement d'une chaussée souple par une chaussée en béton

• Si les chaussées sont d'importance inégale, c'est celle qui est la plus importante qui traverse l'autre ; on s'inspire alors des principes indiqués pour les extrémités de sections pour concevoir les raccordements de structures. Lorsqu'il s'agit d'une chaussée en béton armé continu, il est préférable cependant que celle-ci traverse la chaussée souple pour éviter l'introduction de joints de dilatation. Dans les deux cas, il faut assurer la continuité des écoulements d'eau dans les systèmes de drainage (fig. 3.10.b).

Guide technique • Chaussées en béton

3.2.8.

Voies d'insertion en béton de ciment

Des voies avec largeur variable ne peuvent être réalisées en béton qu'à la main, entre coffrages, ce qui peut nuire à leur qualité et à leur uni. On a donc plutôt intérêt à prévoir des bandes en béton de largeur constante. Il faut toujours prévoir un drainage (drain ou fondation drainante) entre la voie lente, munie de sa surlargeur hiabituelle, et les voies d'accélération ou de décélération.

3.2.9.

Bretelles d'accès et de sortie en béton de ciment

Les recommandations sont les mêmes que celles pour les sections courantes. Elles ne peuvent pas être exécutées en béton armé continu si leur rayon est faible (inférieur à 250 métrés).

3.3.

Élargissements de chaussées par une structure en béton

Aux recommandations précédentes s'ajoutent les dispositions suivantes.

3.3.1.

•

Caractéristiques géométriques

Profil en travers

Celui de l'élargissement est projeté de la manière suivante (fig. 3.11.) : • s'il s'agit d'un élargissement par l'intérieur, le joint longitudinal entre ce dernier et la voie adjacente se trouve au bord de la signalisation horizontale les séparant ; la surlargeur coté gauche est au moins égale à 0,25 mètre ; • s'il s'agit d'un élargissement par l'extérieur, le joint longitudinal entre ce dernier et la voie adjacente se trouve au bord de la signalisation horizontale les séparant ; la surlargeur coté droit est au moins égale à 0,50 mètre. Les joints des couches de base et de fondation sont, si possible (surlargeur des couches préexistantes), décalés. Dans le cas de l'élargissement d'une chaussée en enrobés, le joint entre la couche d'enrobés existante et la couche de béton de l'élargissement est réalisé en coulant le béton contre l'enrobé, après sciage de celui-ci sur une profondeur d'au moins 12 centimètres. •

Profil en long

C'est la copie de celui de la voie adjacente. Les vérins de la machine de mise en œuvre du béton sont en général calés côté voie existante avec un dispositif de guidage du type règle glissante qui assure le lissage des très courtes longueurs d'onde.

Chapitre 3 • Conception des chaussées

Bandes de rive

Situation initiale

Fig. 3.11. - Élargissement de chaussée. Position des joints longitudinaux

Joints transversaux de retrait inclinés

Surlargeur de gauche : 25 cm

Joint longitudinal médiant, tiors signalisation tiorizontale

Surlargeur non circulée : 75 cm

Situation après élargissement Bandes de rive Bandes axiales

a. Elargissement par l'intérieur.

Surlargeur de gauche : 25 cm

3.3.2.

Joints longitudinaux hors signalisation horizontale

Surlargeur non circulée : 75 cm

Drainage des interfaces

Quand l'élargissement s'effectue par l'extérieur et qu'il s'agit du côté bas du dévers en section courante, il faut éviter que les coucfies de l'élargissement soient polluées par l'eau percolant à travers la chaussée préexistante. • Lorsqu'il s'agit d'élargir une chaussée comportant déjà trois voies ou plus, le système de drainage réalisé au moment de l'élargissement doit être capable d'évacuer des quantités d'eau importantes. Pour ce faire et assurer la pérennité du drainage, il est suggéré d'adopter les dispositions suivantes (fig. 3.12.) : — une couche de fondation drainante (béton poreux ou grave drainante) mise en œuvre sur une couche imperméabilisant l'interface entre la fondation et la plate-forme pour éviter la contamination par l'eau du sol support de l'élargissement ; — un drain (d'un diamètre de l'ordre de 80 mm) disposé au niveau de la couche de fondation au contact de la chaussée existante, raccordé par des drains transversaux inclinés à 45°, tous les 35 à 50 m, à des exutoires. Les raccordements des drains doivent être conçus pour permettre leur débouchage au besoin.

Guide technique • Chaussées en béton

Bandes de rive

Situation initiale

Joints transversaux de retrait inclinés

Surlargeur de gauche : 25 cm

Joint longitudinal médiant, hors signalisation horizontale

Surlargeur non circulée : 75 cm

Situation après élargissement Bandes de rive . Bandes axiales

Goujons

Surlargeur de gauche : 25 cm

Joints longitudinaux hors signalisation horizontale

Joints transversaux de retrait inclinés

Surlargeur non circulée : 75 cm

• Dans le cas de réiargissement d'une chaussée comportant moins de voies et dans des régions à pluviosité moyenne, on peut envisager d'assurer le drainage des eaux infiltrées dans l'ancienne chaussée par la couche de fondation drainante de l'élargissement (fig. 3.13.). En dévers inversé, si l'élargissement est effectué par l'intérieur, on procédera selon les mêmes principes.

3.3.3.

Accotements, bandes d'arrêt d'urgence (BAU), bandes dérasées de gauche (BDG)

Les structures de BAU ou de BDG sont identiques à celles préconisées pour les chaussées neuves. Côté bas du dévers, il faut prévoir un drainage de bord de dalle (c'est généralement le côté droit de la chaussée, c'est-à-dire au droit du joint longitudinal avec la BAU). Des dispositifs de drainage (ou une fondation de BAU drainante) identiques à ceux recommandés pour les chaussées neuves sont utilisés. Si le côté bas du dévers est à gauche, les mêmes principes sont appliqués à la BDG.

b. Élargissement par l'extérieur.

Chapitre 3 • Conception des chaussées en béton. Éléments pour le projet

Fig. 3.12. - Elargissement de chaussée. Dispositions pour le drainage des interfaces dans le ca.s d'une chaussée ancienne à fort trafic comportant déjà trois voies ou plus (coupe transversale)

1m i

3,5m 4-*-

Fer de liaison

Béton poreux Drains transversaux périodiques

Fig. 3.13. - Elargissement de chaussée. Dispositiom, pour le drainage des interfaces dans le cas usuel (coupe transversale)

Tranchée drainante

Etanchéité de surface Exutoire

3.3.4.

Liaison avec une chaussée existante en béton

Si l'élargissement a été prévu à la construction et que des fers de liaison en attente existent, ils doivent être dépliés et nettoyés avant coulage de la ou des nouvelles voies. S'il n'y a pas de fers en attente, ou lorsque des fers en attente sont cassés au dépiiage, des fers de liaison sont scellés dans des forages horizontaux avec des mortiers de scellement aux liants hydrauliques ou aux résines, spécifiques à cet usage.

3.3.5.

Élargissement en béton d'une chaussée bitumineuse

Il faut réaliser un joint d'étanchéité au contact de l'ancienne chaussée bitumineuse.

3.3.6.

Préparation pour la réalisation d'une couche de roulement en enrobés

Si l'on a l'intention de recouvrir l'ensemble des chaussées, après élargissement, d'un tapis mince général, on a tout intérêt à en différer la réalisation, ce qui permettra à la circulation d'user la surface du béton de l'élargissement et de faire disparaître les traces de laitance. Cependant, si l'on doit réaliser le tapis immédiatement, il faut prévoir un grenaillage efficace suivi d'un nettoyage, et utiliser une couche d'accrochage dont le dosage dépendra de la texture du béton (dosage de 400 à 700 g de bitume élastomère résiduel, s'il s'agit d'une émulsion). Un complexe anti-fissure (géotextile imprégné) au droit des joints de construction longitudinaux permet de retarder la remontée de fissures dans l'enrobé.

Guide technique • Chaussées en béton

Reconstruction partielle (une partie des voies existantes) d'anciennes chaussées en béton Aux recommandations données pour les cas de chaussées neuves s'ajoutent les dispositions suivantes.

3.4.1.

Démolition des voies à reconstruire

La démolition partielle du béton de revêtement de l'ancienne chaussée doit être effectuée sans dégrader les voies adjacentes conservées. C'est pourquoi on réalisera d'abord un sciage longitudinal sur l'épaisseur du revêtement. Le sciage sera réalisé à une distance de : — 10 cm du joint de construction existant, s'il ne comporte pas de fers de liaison, — 60 cm de ce joint, s'il est ferraillé. Les dalles à évacuer sont fracturées, puis la bande restante proche du joint de construction est éliminée par ripage latéral. Le bord du revêtement conservé sera protégé d'éventuelles épaufrures lors des travaux d'évacuation des matériaux de démolition. Lorsque la fondation doit également être démolie, la partie à évacuer doit aussi être désolidarisée par sciage ou tranchage préalable de celle conservée. Bien qu'il faille adapter la structure au trafic prévisible sur la voie que l'on va reconstruire, on a intérêt à chercher à conserver, à moins que leur état ne le permette pas, tout ou partie des couches d'assise existantes. Il faut éviter de remanier la couche de forme et le sol support pour ne pas en amoindrir les caractéristiques consolidées. La continuité des systèmes de drainage doit être établie (fig. 3.14.).

H

Renforcement de chaussées par une structure en béton

Aux recommandations Indiquées pour les cas de chaussées neuves s'ajoutent les dispositions suivantes.

3.5.1.

Préparation du support

Généralement, il n'y a pas besoin de préparation particulière du support si ce n'est un balayage de tous les matériaux et graviers roulants. Néanmoins, sur tous les supports, un reprofilage (rabotage ou couche d'apport) sera nécessaire si : — les déformations transversales ou longitudinales sont supérieures à 3 cm sous une règle de 1,5 mètre, — pour un renforcement en béton armé continu, les épaisseurs maximales et minimales ne sont pas incluses dans une fourchette de -i- 3 /-1 cm par rapport à l'épaisseur moyenne pour laquelle les aciers longitudinaux ont été calculés.

Chapitre 3 • Conception des chaussées en béton. Éléments pour le projet

Fig. 3.14. - Drainage des interfaces dans le cas d'une réfection de la voie lourde (coupe transversale).

Etanchéité de surface . Tranchées drainantes

Voie rapide ou centrale conservée

Fig. 3.15. - Dispositions en accotement pour le drainage des interfaces (cas d'un renforcement).

Béton

1

Accotement ou BAU

hi,

\

^x

\

^.^^A

.

Ctiaussée existante

Drain

Géomembrane

Béton

Accotement ou BAU

Exutoire périodique

\

^\

> Chaussée existante

Géotextile avec âme drainante

Exutoire périodique

Dans le cas du renforcement d'une chaussée en béton, il convient au préalable : — d'asseoir la structure existante sur son support par fragmentation de l'ancienne chaussée (fracturation des dalles en quatre morceaux au moins) ; — de désolidariser la nouvelle couche de béton de son support (empêcher le collage du nouveau béton sur l'ancien). Si la chaussée en béton à renforcer est déjà recouverte d'un enduit superficiel ou d'un béton bitumineux très mince (BBTM), cette couche de surface est suffisante. Si le béton de l'ancienne chaussée est apparent, la désolidarisation sera assurée par une couche d'émulsion dosée à 300 g de bitume résiduel au moins (selon la rugosité du support). Si la circulation de chantier doit rouler sur cette émulsion, un gravillonnage 2/4 ou 2/6 sera réalisé.

3.5.2.

Drainage des interfaces

Pour assurer le drainage des interfaces, notamment au niveau de l'ancienne chaussée, on disposera (fig. 3.15.) : — un drain longitudinal inséré après tranchage dans la chaussée existante au droit du bord du renforcement (cf., éventuellement, guide technique Écrans drainants de rive de cfiaussée [4]), — lorsque le renforcement est en béton armé continu, une bande de géotextile de 50 cm de large comportant une âme drainante mise en place sur la chaussée existante au droit du bord du renforcement.

Guide technique • Chaussées en béton

3.6. 3.6.1.

Dispositions constructives propres aux chaussées en béton Joints de retrait

L'espacement entre joints de retrait est limité à environ 25 fois l'épaisseur de la couche de béton.

• Joints transversaux (dalles californiennes) On n'exécute pas habituellement de joints de retrait sur la couche de fondation. Les joints de la couche de revêtement sont réalisés obliquement avec un angle de + 15° au bord droit, avec la perpendiculaire à l'axe de la voie (fig. 3.16.). Fig. 3.16. - Disposition des joints et de la signalisation horizontale.

Chaussée unidirectionnelle (TO. T1) Bandes de rive

Joints transversaux de retrait inclinés

Surlargeur de gauche : 25 cm

Surlargeur non circulée : 75 cm

Joint longitudinal médiant, tiors signalisation horizontale

Chaussée bidirectionnelle (T2)

A

15°

Surlargeur non circulée : 50 cm

:l==-^

Surlargeur non circulée : 50 cm

Chapitre 3 • Conception des chaussées en béton. Éléments pour le projet

• Joints longitudinaux (toutes techniques) Les joints longitudinaux sont disposés généralement en limite de voie de circulation. On veillera à ce que les bandes de peinture ne chevauchent pas ces joints, ainsi qu'à les éloigner du passage des essieux lourds en voie lente (fig. 3.16.).

0,01

3.6.2.

Joints de construction

En dehors des extrémités de lots de construction (cf. p. 35), des joints de construction transversaux sont réalisés à chaque interruption de bétonnage (fin de journée de travail). Ils sont coffrés et comportent des armatures. Pour assurer la pérennité de leur fonctionnement, il faut éviter l'intrusion d'éléments solides dans l'espace du joint. On pourra, pour cela, disposer une protection latérale en fixant une petite plaque en acier sur la dalle d'arrêt du bétonnage. Coulage initial

Fig. 3.17. - Profil vertical longitudinal entre deux de béton.

Coulage suivant

du joint bandes

Les joints de construction longitudinaux séparent deux bandes adjacentes de construction. Dans la couche de fondation, ils sont décalés latéralement d'environ 50 cm du joint de la couche supérieure. Dans la couche de revêtement, l'étanchéité du joint est assurée par mise en place d'un produit d'étanchéité après sciage sur une profondeur de 3 cm et une largeur minimale de 1 cm, ou par un profil en caoutchouc synthétique collé sur la bande de béton déjà coulée.

Le profil latéral des bandes de béton mis en forme par la machine à coffrage glissant doit être de type joint conjugué pour assurer le transfert des charges (fig. 3.17.). Là aussi, on veillera à éloigner la position de ces joints des bandes de roulement des essieux lourds.

3.6.3.

Goujons

Les goujons sont disposés au droit des joints, à mi-épaisseur des dalles, parallèlement à l'axe de la voie. Les goujons et le joint transversal forment donc un angle égal à la valeur du biais du joint de retrait. Leur dimensionnement est exposé dans l'annexe C de la norme NF P 98 -170 et rappelé au paragraphe 4.5.1. « Goujons » du chapitre 4.

3.6.4.

Armatures longitudinales du béton armé continu

Le dimensionnement des armatures longitudinales est exposé dans l'annexe C de la norme NF P 98-170.

3.6.5.

Liaison des joints longitudinaux de retrait ou de construction

La liaison des joints longitudinaux a pour but de maintenir le joint fermé, afin que le transfert de charge entre bandes de béton soit assuré par l'engrènement des profils verticaux des deux bandes. Cette disposition est indispensable pour les structures à joints goujonnés et le béton armé continu (le dimensionnement en tient compte). Pour les chaussées à dalles non goujonnées, cette disposition est à retenir pour les voies à fort trafic et pour les sections particulières (virages à faible rayon, élargissement localisé, etc.). Deux dispositifs sont possibles pour assurer la liaison : — un treillis soudé déroulé par la machine à coffrage glissant, — l'insertion de barres haute adhérence. Le dimensionnement des fers de liaison est exposé dans l'annexe C de la norme NF P 98-170.

Guide technique

Chaussées en béton

Chapitre

Le matériau béton et les autres matériaux utilisés pour les chaussées en béton

Chapitre 4 • Le matériau béton et les autres matériaux utilisés pour les chaussées en béton

Sommaire 4.1.

4.2.

Constituants du béton

49

4.1.1. Granulats • Caractéristiques mécaniques des granulats m Granulats de béton recyclé

49 53 53

4.1.2. Ciments • Choix du ciment

53 53

4.1.3. Éléments fins d'ajout • Correcteur granulaire • Substitution partielle du ciment

54 54 54

4/

55

Eau

4.1.5. Adjuvants • Agent entraîneur d'air • Plastifiant réducteur d'eau

55 55 55

Performances du béton

56

4.2.1. Résistance mécanique

56

4.2.2. Résistance au gel et aux fondants

57

4.2.3. Consistance du béton

57

4.3.

Étude de formulation

58

4.4.

Résistance à l'érosion des matériaux de fondation

59

4.5.

Éléments métalliques

59

4.5.1. Goujons

59

4.5.2. Fers de liaison des joints longitudinaux

60

4.5.3. Armatures de béton armé continu

60

4.6.

Produits pour joints

61

4.7.

Produits de protection de surface

62

4.8.

Retardateurs de surface

63

4.9.

Géotextile drainant

63

Guide technique • Chaussées en béton

Si le béton pour chaussée n'est pas fondamentalement différent du béton pour ouvrage d'art, le choix des constituants et la définition de leurs proportions dans le mélange doivent être déterminés afin d'obtenir des performances adaptées au mode de mise en place (machine à coffrage glissant) et aux sollicitations particulières que supportent les chaussées (sollicitations de flexion, usure superficielle et tenue au gel et aux sels de déverglaçage). Avec les dosages et qualités de ciment préconisés en France, il n'est pas à craindre de phénomènes d'alcali-réaction pour les chaussées en béton de ciment. Le caractère industriel de la mise en oeuvre des couches de chaussée permet d'atteindre une compacité et une épaisseur homogènes à partir du moment où cela a été vérifié lors de l'épreuve de convenance {cf. chapitre 7 « Démarche d'assurance de la qualité »). En plus des constituants du béton, on utilise d'autres produits qui sont destinés à aider à la bonne exécution de la couche de béton (retardateur de prise et produit de cure), ou des éléments qui participent au fonctionnement de la structure (goujons, fers de liaison et armatures). Même si le rôle du retardateur de prise et du produit de cure est très limité dans le temps, le respect des règles de l'art, tant en ce qui concerne leur qualité que leur utilisation, n'en est pas moins indispensable. Malgré leur action passagère, ils confèrent à l'ouvrage les propriétés assurant sa durabilité. Les spécifications relatives aux matériaux sont décrites dans la norme NF P 98-170 et dans ses annexes. Ces dernières étant informatives, il y a lieu de les citer dans les pièces du marché.

4.1. 4.1.1.

Constituants du béton Granulats

Les granulats (fillers, sable, gravillons et cailloux) constituent la partie principale du squelette granulaire du béton. Les textes concernant les granulats pour chaussées en béton sont : — la norme XP P 18-540, — l'annexe A de la norme NF P 98-170. Ces textes étant soit expérimentaux soit informatifs, il faut les mentionner dans les pièces du marché. Pour la gamme des résistances mécaniques visées pour le béton, le choix des granulats peut être large, tant pour la nature de la roche d'origine que pour les caractéristiques intrinsèques et de fabhcation. Le tableau IV.1. fournit des indications pour le choix des granulats en fonction des propriétés visées. Le tableau IV.2. donne la correspondance entre les caractéristiques normalisées à retenir pour les granulats et les conditions d'emploi. Le tableau IV.S. indique les autres exigences que fixe la norme P 18-540 pour les granulats pour béton. Les exigences relatives aux caractéristiques mécaniques des granulats sont brièvement justifiées ci-après.

TABLEAU IV.1. Indications pour le choix des granulats Propriétés visées dans la ctiaussée

Actions

Domaine d application

Moyens

Commentaires

Régularité des performances en général

Recomposer le squelette du béton à partir de plusieurs classes granulaires

Tous bétons

Trois classes 0/5, 5/20 et 20/40 0/5, 5/10 et 10/20

La multiplication des classes permet de limiter les risques de ségrégation à la constitution et à la reprise des stocks

Compacité du béton (cotiésion du béton frais et résistance mécanique)

Apport d'un correcteur granulaire (lorsque les sables sont crus, soit moins de 3 % de passant à 0,080 mm)

Tous bétons

Quantité suffisante de 0/0,080 mm pour que la quantité de fines soit de l'ordre de 400 l T3

Béton de chaussée composite > T3

Béton de revêtement ~'~'-'

Béton de chaussée composite • T3

Chaussée à faible trafic ou fondation

B

B

C

C

D

D

(2)

> 0,5 (1)

> 0,5

Friabilité des sables

< 40

Gravillons "aractéristiques le fabrication

Béton de revêtement dénudé > T3

Variation du module de finesse (sable résultant)

Nota : dans les chaussées

III

III

III

III

II!

III

(2)

+ 0,3

± 0.3

± 0,3

+ 0,3

± 0,3

± 0,3

(3)

en béton composites,

(1) La règle de compensation

< 40

la couche de roulement est une couche

bitumineuse.

Cp^, L^ et Mp^r n'est pas applicable.

(2) Lorsque les contraintes de service justifient des exigences particulières d'état de surface, la classe DIII est requise pour les caractéristiques des gravillons. (3) Lorsque des contraintes de mise en œuvre le justifient, il est requis une amplitude de variation du module de finesse infeneure à plus ou moins 0,4.

Categoii,

-A *

MDE

B

< 35

< 25

< 20

C

< 45

< 30

10

entre 33 et 66 %

10 %

25 %

< 25

< 20

< 2

Nota ," l'appartenance à une catégorie suppose que toutes les conditions indiquées soient satisfaites.

TABLEAU IV.3. Autres exigences relatives aux caractéristiques des granulats pour béton selon la norme XP P 18-540 Caractéristique

Passants

à 2 mm à 0,125 mm à 0,063 mm

> 99 7o > 80 % > 70 %

Propreté

VBta

< 1 (••)

Passants

à D à 0,08 mm

> 85 % < 12%

Piliers

Étendus Sable

< 3 points entre 1,8 et 3,2

Module de finesse Propreté (*")

Toutes les fractions granulométriques

Valeurs spécifiées (")

ESV roulé ESV broyé VBta

> 75 > 65 < 1

Absorption d'eau

< 5%

Homogénéité

> 95 %

Impuretés protiibées

< 0,1 %

Sensibilité au gel

< 50%

Teneur en soufre

en S en SO3

< 0,4 % < 1 %

Teneur en sulfates

en SO;,

< 0,15%

Teneur en chlorure à communiquer si

> 0,06 %

Teneur en éléments coquilliers des gravillons

< 10%

C) Limites absolues s'il y a moins de quinze résultats d'essais,

valeurs spécifiées pour 90 % des résultats

au-delà.

(") si VBta est supérieur à 1. il faut VBtu inférieur ou égal à 0.5. C") En pratique, l'essai de propreté par la valeur au bleu n'est réalisé que si l'ESV nést pas respecté. Il est toutefois conseillé que la valeur de l'ESV ne soit pas inférieure de dix points à la valeur spécifiée.

Chapitre 4 • Le matériau béton et les autres matériaux utili---

QUELQUES EXEMPLES • DE DIFFERENTS BÉTONS

TM I O N

lAUSSEE

(composition pour un m( tre cube)

Béton armé continu ^ >»• >5» 5>-

Sable Û/5 Gravillons 5/10 (Ryolithe) Gravillons 10/20 (calcaire dur) Plastifiant Agent entraîneur d'air Ciment CPJ-CEM II / A 32,5 Eau

800 kg 440 kg 585 kg 1,65 kg 0,06 kg 325 kg 145 I

Béton maigre et béton de propreté Sable 0/5 Gravillons 5/25 sillco-calcaire Plastifiant Agent entraîneur d'air Ciment CPJ-CEM II / A 32,5 Eau

860 kg 935 kg 1,25 kg 0,025 kg 250 kg 170 I

Béton poreux de bande d'arrêt d'urgence ^ y^ >>-

Sable 0/5 Gravillons 5/25 silice-calcaire Ciment CPJ-CEM II / A 32,5 Eau

150 kg 1 420 kg 300 kg

120 I

Béton de dalles de revêtements goujonnées dénudées 0/4 roulé 6/20 concassé Plastifiant Agent entraîneur d'air Ciment CPJ-CEM II / A 32,5 Eau

760 kg 1 060 kg 1,65 kg 0,154 kg

350 kg 175 1

Béton poreux de fondation 0/4 roulé 6/20 roulé Plastifiant Agent entraîneur d'air Ciment CPA-CEM I 42,5 Eau

220 kg 1 380 kg 1,2 kg 0,1 kg 210 kg 90 I

Guide technique • Chaussées en béton

• i Caractéristiques mécaniques des granulats Si celles-ci interviennent peu sur la résistance mécanique du béton en raison des valeurs recherchées, ces caractéristiques sont importantes à d'autres titres pour : — éviter la production de fines pendant les phases de stockage, manutention et malaxage ; — assurer le transfert de charge au droit des discontinuités (joints, fissures) ; — résister à l'usure sous le trafic en couche de roulement. • Vis-à-vis du lansfert de charge, même lorsque la discontinuité est fermée (chaussée neuve, cas de forte température), la flexion des dalles induit un frottement au droit de la discontinuité. Avec le temps et lorsque la discontinuité s'ouvre sous l'effet du retrait thermique, l'usure s'accroît. Au bout d'un certain temps, le jeu qui se crée fait que le transfert de charge n'est plus assuré. Cette situation peut être fortement retardée par la présence de goujons et d'armatures. Par rapport à usure de la chaussée, la fraction granulaire concernée dépend du traitement de surface : — en cas de striage ou de balayage, la résistance à l'usure doit être apportée par le sable ; — en cas de dénudage ou de cloutage, c'est la résistance du gravillon (respectivement des clous) qui intervient. •

Granulats de béton recyclé

Les granulats provenant du recyclage de béton routier ont des caractéristiques (friabilité, Los Angeles, etc.) qui dépendent du béton dont ils sont issus. Du fait de la présence de trace de mortier à la surface des grains, la quantité d'eau nécessaire pour obtenir une consistance visée est plus importante. Cette augmentation d'eau n'a pas de conséquence directe sur la résistance mécanique du béton (eau absorbée).

4.1.2.

Ciments

Le choix de la provenance du ciment doit être arrêté suffisamment tôt pour permettre la réalisation de l'étude de composition du béton. Cette obligation peut imposer que le choix du ciment soit étudié préalablement à l'appel d'offres par le maître d'œuvre et que les provenances possibles soient indiquées au Cahier des clauses techniques particulières (CCTP). Il est toujours préférable que son approvisionnement soit assuré à partir d'une cimenterie unique. Il peut être envisagé de traiter l'approvisionnement par lot d'ouvrage. Aucun mélange de ciment ne peut cependant être toléré dans un même lot d'ouvrage. Le ciment doit être conforme à la norme NF P 15-301. L'annexe B de la norme NF P 98-170 précise les caractéristiques souhaitables pour le ciment. Cette annexe étant informative, il est nécessaire de la citer dans les pièces du marché. •

Choix du ciment

L'attestation de conformité à la norme est donnée par la marque NF-LH ou par une procédure reconnue. Parmi les différentes natures de ciment disponibles, ce sont les ciments CPA-CEM I et CPJ-CEM Il/A ou /B qui sont les plus appropriés.

Chapitre 4 • Le matériau béton et les autres matériaux utilisés pour les chaussées en béton

Les ciments avec ajout de laitier de métaux non ferreux (pouzzolanes industrielles) sont interdits en raison des risques de pollution des eaux de ruissellement. Le choix du ciment est fait à partir de sa classe de résistance et de ses caractéristiques d'hydratation (teneur en C3A, temps de prise, etc.). L'annexe B de la norme NF P 98-170 précise les caractéristiques souhaitables pour le ciment en fonction de la nature pétrographique des granulats et de la température ambiante au moment du chantier. On peut, dans certains cas, s'écarter quelque peu des valeurs proposées par cette annexe, mais cela implique que les conditions d'exécution du chantier soient adaptées, comme l'indique cette même annexe. Ces conditions particulières doivent figurer dans le plan d'assurance qualité de l'entreprise [cf. chapitre 7 « Démarche d'assurance de la qualité »). Compte tenu des résistances mécaniques généralement demandées, la classe 32,5 de résistance (1) du ciment suffit. On pourra éventuellement retenir la classe 42,5. Dans le cas où une remise en service rapide est prévue, on choisira un ciment ayant une vitesse de durcissement élevée (la vitesse de prise ne doit pas être réduite), classe R par exemple. Le dosage en ciment est fixé par l'étude de composition. Un ordre de grandeur des dosages courants est de 330 kg/m^ pour les bétons denses destinés aux couches de roulement, 200 kg/m^ pour les bétons denses maigres, et 200 kg/m^ pour les bétons drainants de fondation.

4.1.3.

Éléments fins d'ajout

Les éléments d'ajout sont incorporés au béton en vue de corriger la courbe granulaire ou/et de réduire la quantité de ciment.

• Correcteur granulaire Pour corriger la courbe granulaire, ces produits doivent présenter des caractéristiques conformes aux spécifications de la norme P 18-501.

• Substitution partielle du ciment Les produits utilisés en substitution pour diminuer la quantité de ciment doivent être conformes aux normes NF P 18-502 (fumée de silice), NF EN 450 (cendres volantes de houille), NF P 18-506 (laitiers vitrifiés moulus de haut fourneau) ou NF P 18-508 (additions calcaires). La norme P 18-305 propose un mode de calcul de la quantité de ciment substituable (tableau l\/.4.) et de prise en compte de ces additions. Des quantités éventuellement plus importantes d'éléments de substitution peuvent être envisagées sur la base d'études détaillées appropriées. Dans tous les cas, il faut s'assurer du respect de la spécification concernant la résistance mécanique du béton. Cette substitution n'est admise que dans le cas d'emploi d'un ciment CPA-CEM I.

(1) La nouvelle normalisation désigne la classe de résistance des ciments par la valeur minimale et non, comme par le passé, par la valeur moyenne. Ainsi, le CPA-CEM I de classe 32,5 correspond, à peu de cliose près, au GPA 45 de l'ancienne norme ciment.

Guide technique • Chaussées en béton

TABLEAU IV.4. Prise en compte des additions en substitution partielle du ciment pour un béton routier (environnement 3 selon la norme XP P 18-305) Type d addition

, ,jleur de k

Laitiers moulus de haut fourneau

0,9 0,6

128 > 0,83 et içio > 0,95 Cendres volantes

Additions calcaires

0,15

ha ^ 0.80 et igo > 0,90

0,5

128 > 0,75 et igo > 0,85

0,4

128 ^ 0,71

0,25

0.15

0,05

1 Fumée de silice (pour toute la fumée de silice entrant dans la composition du béton)

2 Si E/C < 0,45 et C > 280 l "^ LU -0) S

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tn 0 0

„ "5 c t/) -D 0 1h30 ; joint de construction

— Rupture des liaisons

Cartes de contrôle

Réactions immédiates

- Suivi permanent de la fabrication

Caractéristiques du béton

— Consistance air occlus : un essai selon périodicité prévue au marché

-*!On

Suites

Reprise du bétonnage

Rejet de la fabrication à partir des essais sur béton frais

— Résistance mécanique (consistance air occlus, éprouvettes) un essai selon périodicité prévue au marché

Rangement devant la machine

Essais éventuels de consistance à la mise en place

Éventuellement essais de traction

Action inopinée

Rejet du camion

Si raidissement fréquent, arrêt de bétonnage

Point d'arrêt si raidissement systématique

Point d'arrêt

Arrêt de bétonnage et compactage éventuel du sol support Point d'arrêt si rupture systématique

ç oi 1h30 : joint de construction

C Point d'arrêt

IhSO : arrêt de bétonnage et joint de construction

Arrêt de la machine si les affaissements sont trop importants

Si l'arrêt de l'atelier est > IhSO : arrêt de bétonnage et joint de construction

Arrêt de la machine si le joint dépasse

Si l'arrêt de l'atelier est > IhSO : arrêt de bétonnage et joint de construction

5' 3

Point d'arrêt

p-=ses

^

qui dprif^-n^i r.

Action a frt>«i

Dimensions de la dalle

Périodique

Mesure par référence aux fils de guidage Réglage de la macfiine

Matériel de répandage du retardateur

Vérification périodique

Essai de régularité transversale et longitudinale

Répandage du retardateur de surface Matériel de répandage du produit de cure

Réglage des diffuseurs

Essai périodique

Contrôle des spécifications

Éventuellement essais dans le béton durci

Essai périodique et en cas de doute

Essai de régularité transversale et longitudinale

Contrôle extérieur permanent

Origine actioi

Action a faire

Réacti im

Examen visuel

Présence au moment de la mesure

Arrêt de la machine si l'épaisseur est hors tolérances

Vérification inopinée

Essais de chantier

Nettoyage et réglage des gicleurs

Examen visuel

Noter les zones douteuses

Vérification inopinée

Essais de chantier

Nettoyage et réglage des gicleurs

— Prélèvement conservatoire du produit de cure — Noter les zones douteuses

— Prélèvement conservatoire du produit de cure - Noter les zones douteuses

Cure du béton frais

- Agitation du produit - Visualisation de la surface - Bilan des consommations

Essai périodique et en cas de doute

Examen visuel

Dénudage (roulement)

Essais

Essai périodique

Examen visuel

Cure du béton dénudé (roulement)

- Agitation du produit - Visualisation de la surface - Bilan des consommations

Essai périodique et en cas de doute

Examen visuel

Repérage au sol selon le projet

Vérification périodique

Conséquences

Reprise îtonnage

Si l'arrêt de l'atelier est > 1h30 : arrêt de bétonnage et joint de construction

Point d'arrêt

Arrêt de l'atelier de répandage si la cure n'est pas satisfaisante

Si l'arrêt de l'atelier est > 1 h30 : arrêt de bétonnage et joint de construction

Point d'arrêt

Arrêt de l'atelier de répandage si la cure n'est pas satisfaisante

Si l'arrêt de l'atelier est > 1 h30 : arrêt de bétonnage et joint de construction

Point d'arrêt

o c Q!

Positionnement des joints de retrait transversaux

En continu

Sciage des joints

Suivi du comportement du béton

Cfioix du moment de sciage

Alignement des joints

En continu

Traçage des joints et réglage de la scie

i

Examen visuel