L’intérêt du béton dans les routes

Un intérêt croissant pour les routes en béton sedéveloppe dans le monde entier, tant pour la réali-sation des grands axes routiers et autoroutiers quepour les voiries urbaines ou pour des applicationsplus modestes, mais très nombreuses, telles que lesroutes secondaires et la voirie rurale, forestière oude lotissement.Les raisons principales de ce développement sontdues à la satisfaction qu’elles apportent aux usagerscomme aux responsables des réseaux :• la chaussée en béton apporte à l’usager un niveaude service élevé, associé à un niveau de sécuritéremarquable : adhérence par tous temps, absenced’orniérage, visibilité due à une bonne réflexion de lalumière ;• le bilan économique à long terme est très favorabledu fait de la longévité de la chaussée béton et deson entretien réduit ;• le béton apporte aux chaussées ses performances,notamment sa durabilité (résistance à la chaleur, aufroid et au gel), et sa solidité (résistance auxcharges, à l’érosion et aux agressions chimiques) ;• le béton permet de réaliser des chaussées inté-grées à l’environnement en employant des granulats,

des colorants et des traitements de surface quioffrent de nombreuses possibilités décoratives ;• le béton est un matériau simple à réaliser et àmettre en œuvre.

Définitions

■ Le trafic

Il est déterminé en fonction du nombre de poidslourds par jour :

Le dimensionnement d’une chaussée tient comptede la classe de trafic initiale et de la durée de servi-ce prévue, conduisant à considérer le trafic cumulésur cette période.

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8.7 Le béton dans les routes

■ La portance du sol

Les sols sont classés en cinq classes de p0 à p5,caractérisant la capacité du sol à résister auxcharges appliquées (voir le chapitre 8.8).

■ Les caractéristiques du béton

Selon les applications et le trafic, le béton doit pré-senter des caractéristiques définies par la norme NF P 98 -170 « Chaussées en béton – Exécution,Suivi, Contrôle des spécifications »).

Le rôle et la structure de la chaussée béton

Le poids du véhicule est transmis au sol, sous formede pressions, par l’intermédiaire des pneumatiques.Ces pressions, voisines de la pression de gonflagedes pneumatiques, sont relativement importantes : 6 à 7 kg/cm2.D’une manière générale, les sols ne peuvent sup-porter sans dommage de telles pressions ; il seforme alors des ornières.

Le rôle d’une chaussée est de reporter sur le solsupport, en les répartissant convenablement, lesefforts dus au trafic. La chaussée doit avoir uneépaisseur telle que la pression verticale transmiseau sol soit suffisamment faible, afin que celui-ci puis-se la supporter sans dégradation.Comme la pression décroît régulièrement en profon-deur, on peut constituer une chaussée par la super-position de couches de caractéristiques mécaniquescroissantes à partir du sol. En général, on rencontresuccessivement.

La couche de fondation

La construction de cette couche ne pose pas de pro-blème particulier ; la plupart des matériaux convien-nent.

La couche de base

La construction de cette couche doit faire l’objetd’une attention toute spéciale : le matériau utilisédoit pouvoir résister aux contraintes résultant dutrafic.

La couche de surface (ou de roulement)

Elle doit notamment résister aux efforts tangentielsdes pneumatiques et s’opposer à la pénétration del’eau.L’ensemble de ces trois couches constitue l’assisede la chaussée.L’avantage apporté par la chaussée béton est leremplacement des couches de base, de surface et,éventuellement, de fondation, par une dalle monoli-thique qui remplit leurs fonctions ; c’est le principe dela chaussée rigide.

Les bétons routiers

A partir des différentes catégories de ciments, il estpossible d’obtenir une grande variété de bétons auxcaractéristiques appropriées. En fonction de la natu-re des granulats, des adjuvants, des colorants, lebéton s’adapte aux exigences de chaque réalisation,par ses performances comme par son esthétique.Selon sa destination, on choisira la formulation et lamise en œuvre du béton la mieux adaptée.

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Les différentes couches qui constituent la structure de la chaussée.

Le trafic est déterminé en fonction du nombre de poids lourds par jour.

■ Le béton pervibré

C’est un béton réalisé avec du ciment et des granu-lats usuels, dosé de 300 à 350 kg de ciment par m3

de béton. La mise en œuvre se fait avec vibrationsoit à l’aiguille vibrante soit avec des machines plusélaborées allant de la poutre vibrante au finisseur ouencore des machines à coffrage glissant.

■ Le béton fluide

Le béton fluide est un béton routier de compositionclassique auquel est incorporé un fluidifiant qui faci-lite sa mise en œuvre sans réduire sa résistance. Lafluidification du béton augmente considérablementsa maniabilité, mesurée par l’affaissement au cônequi passe par exemple de 5 cm à 20 cm.

■ Le béton compacté

C’est un mélange de grave, de sable, de liant, d’eauet éventuellement d’adjuvants, ayant des caractéris-tiques bien définies et dans des proportions don-nées. La granulométrie est particulièrement étudiéepour assurer une stabilité naturelle et permettre uneouverture à la circulation quasi immédiate, aprèscompactage et couche de protection.Parmi les nombreux types de béton utilisés dans lestechniques routières, on peut citer outre les bétonsusuels mentionnées ci-dessus.

■ Le béton poreux

Le béton poreux est un béton hydraulique qui secaractérise par une porosité ouverte très importanteavec des canaux de forte section. Cette porosité sesitue entre 15 et 30 %. Elle est obtenue en suppri-mant les gravillons intermédiaires et/ou en diminuantla quantité de sable. Ces bétons sont intéressantspour leurs qualités drainantes, d’adhérence, et l’af-faiblissement du bruit de roulement.

■ Le béton de sable

C’est un matériau fabriqué en centrale et destiné àêtre utilisé en assises de chaussées. Il est constituéd’un mélange de sable, de ciment, d’eau, d’adju-vants et éventuellement d’un correcteur granulomé-trique.

■ Le béton de fibres

La présence des fibres dans le béton apporte uneamélioration de certaines caractéristiques du béton,en particulier, en matière de résistance au cisaille-ment, à la fatigue ou aux chocs. Les fibres sont leplus souvent métalliques, en fonte ou en polypropy-lène.

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Chaussée épaisse en dalles courtes non armées.

Béton armé continu : armatures en fer rond ou en ruban cranté.

La voirie à faible trafic

Une voie est dite « à faible trafic » lorsque le nombrede véhicules qui y circulent est inférieur à l’équiva-lent de 150 poids lourds (essieux-types de 13 t) parjour, soit environ 1 500 véhicules par jour, tousmodèles confondus.La route à faible trafic en béton est constituée soitd’un revêtement en béton de ciment (pervibré ou flui-de), qui sert de couche de roulement, soit d’unecouche de base en béton sec compacté revêtue d’unenduit superficiel.Les caractéristiques mécaniques du béton de ciment(grande rigidité, forte résistance vis-à-vis de diversessollicitations, etc.) permettent d’apporter des simpli-fications substantielles au niveau de la conceptionde la structure, du profil en travers et du profil enlong – et, par suite, des économies notables surl’investissement.D’une manière générale, la réalisation d’une routedans de bonnes conditions et son bon fonctionne-ment dans le temps nécessitent de respecter, danssa conception, certaines règles fondamentales tou-chant à l’infrastructure, à l’assainissement, au drai-nage, aux joints et aux matériaux constituant lachaussée.

■ L’infrastructure

La rigidité de la dalle béton permet, la plupart dutemps, son exécution directement sur un sol com-pacté et nivelé lorsqu’il est homogène.En cas de sol hétérogène ou de faible portance, unecouche de forme ou un traitement du sol à la chauxet/ou au ciment peut s’avérer nécessaire.

■ L’assainissement

Le projet d’une route à faible trafic en béton doit êtreconçu en fonction de la spécificité du matériau quiest le béton de ciment.En effet, par sa forte résistance aux diverses sollici-tations extérieures, en particulier à l’érosion, il per-met une grande variété de profils (en travers et enlong) car la chaussée elle-même peut être utiliséepour assurer le ruissellement des eaux (profil àécoulement central ou latéral, profil en toit).

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EXEMPLES D’EMPRISES

CHAUSSÉE CLASSIQUE

CHAUSSÉE EN BÉTON DE

EXEMPLES DE PROFILS EN TRAVERS

■ Le drainage

Le plus souvent, la chaussée en béton ne nécessitepas de dispositif de drainage particulier.Cependant, pour les sols à teneur en eau élevée oususceptibles de présenter des accumulations d’eau,il y a lieu de prévoir un drainage efficace, facteuressentiel de durabilité de la chaussée, notammenten matière de résistance aux cycles gel-dégel.

■ Les joints

La réalisation correcte de joints destinés à localiserla fissuration est une condition essentielle de ladurabilité de la chaussée. On distingue les jointstransversaux et les joints longitudinaux.Les joints transversaux sont destinés à réduire lessollicitations dues au retrait ou au gradient ther-mique (joints de retrait), à compenser les variationsdimensionnelles d’origine thermique (joints de dilata-tion) ou à marquer un arrêt de bétonnage (joints deconstruction).Les joints longitudinaux, servent à compenseressentiellement les contraintes dues au gradientthermique, sont donc des joints de retrait.

■ Les critères de dimensionnement

Les critères de dimensionnement, retenus pour lesvoiries à faible trafic, sont :

Le trafic

Il correspond aux classes t6 à t3+, soit 0 à 150 poids

lourds par jour.

La portance du sol

Pour les voiries à faible trafic, il suffit que le sol pré-sente une portance au moins égale à p2 ; en des-sous, la réalisation d’une couche de forme s’avèresouvent nécessaire pour permettre une assise suffi-sante de la dalle béton.

Les caractéristiques du béton

Le seuil minimal de résistance à la traction parflexion, paramètre essentiel en matière de dimen-sionnement, est fixé à 4,5 MPa.Selon l’évolution prévisible du trafic et la période deservice retenue (généralement 20 à 40 ans pour leschaussées béton), les critères adoptés pour ledimensionnement conduisent à une épaisseur opti-male de béton comprise entre 15 et 22 cm.Des catalogues détaillés de structure établis par leSETRA fournissent les valeurs de dimensionnementen chaussée neuve et en renforcement de chaus-sées anciennes.

■ La réalisation de la chaussée

Les différentes phases de réalisation de la chausséesont les suivantes :• les travaux préparatoires ;• les terrassements incluant notamment les traite-ments de sols au ciment ou à la chaux ;• la mise en œuvre du béton, effectuée selon l’unedes trois techniques :– le béton est pervibré soit à l’aiguille vibrante, soitavec du matériel permettant l’exécution de l’en-semble des opérations de mise en place du béton,de vibration et de lissage (vibro-finisseur, machine àcoffrage glissant) ;– le béton fluide, comportant un superplastifiant, semet en place de lui-même, sans vibration ni com-pactage, entre coffrages réglés ;– le béton est compacté avec un compacteurvibrant en une ou deux couches selon l’épaisseur àréaliser.

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Joint de retrait (scié ou moulé) Serrage à la règle vibrante...

... ou au vibro-finisseur.

Les finitions

Les joints sont exécutés, soit aussitôt après mise enœuvre du béton par incorporation dans le béton fraisd’un profilé en plastique, soit dans le béton durci parsciage avec une machine à disque diamanté.Les traitements de surface du béton permettent decréer une texture donnant une bonne adhérence surrevêtement sec ou mouillé, et un aspect esthétiquequi peut être agrémenté par des colorations variées.Les traitements usuels sont le brossage, le striage,ainsi que le dénudage des granulats mécanique-ment ou par voie chimique.La cure du béton frais permet d’éviter la dessiccationdu béton sous l’effet du vent ou de la chaleur.Elle est généralement réalisée par pulvérisation d’unproduit de cure ou, plus simplement, par protectionpar un film de polyéthylène ou par arrosage.

■ Les applications

La voirie à faible trafic, à laquelle le béton apporteses avantages technico-économiques, représenteplusieurs centaines de milliers de kilomètres :• les voiries de lotissement ;• les voies piétonnes dans les centres urbains ;• les pistes cyclables ;• les voiries communales ;• les voiries agricoles, forestières, viticoles.La technique béton est également applicable à laréalisation de sols industriels, aires de stockage,quais de chargement, parkings (voir le chapitre 8.6).Pour toutes ces voiries ou sols en béton, des traite-ments de surface peuvent enrichir l’esthétique del’ouvrage et faciliter son intégration dans des envi-ronnements variés. Ces traitements sont principale-ment :– le béton désactivé ;– le béton bouchardé ;– le béton imprimé.

■ Le béton désactivé

Cette technique consiste à éliminer le mortier super-ficiel du revêtement en béton de façon à faire appa-raître les granulats et à conférer à la surface descaractéristiques particulières d’adhérence et/oud’aspect.

■ Le béton bouchardé

La surface du béton durci est attaquée avec un mar-teau spécial « boucharde ».

■ Le béton imprimé

Des matrices ou des moules spéciaux sont utiliséspour créer des dessins ou motifs à la surface d’unbéton frais.

Les routes à moyen et fort trafic

Il s’agit des routes qui supportent un passage depoids lourds supérieur à 100 par jour (classement T0 à t3). C’est un domaine dans lequel le béton adémontré ses avantages depuis de nombreusesannées, notamment dans le secteur autoroutier.Parmi les techniques en présence celles utilisant lesdalles courtes non armées et le béton armé continuse développent tout particulièrement.

■ Les dalles courtes non armées

La longueur maximale des dalles varie entre 3,50 met 6 m.

Le principe de fonctionnement

La technique est déjà ancienne, mais son mérite estd’avoir su évoluer pour s’adapter aux conditionsactuelles de trafic, et d’éliminer les défauts quis’étaient manifestés à l’origine. Ces défauts étaientliés aux modifications des conditions d’appui desdalles au droit des joints, se traduisant par un phé-nomène de « pompage », des décalages et des frac-turations de dalles.

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Surface striée au balai ou au râteau.

Les dispositions constructives

Elles permettent d’éliminer ces phénomènes et sontaujourd’hui bien maîtrisées.

Le drainageL’emploi de dispositifs drainants longitudinaux enbord de dalle est une solution efficace et écono-mique.

L’utilisation de matériaux d’appui peu érodablesLe comportement du revêtement en béton est condi-tionné par les effets de l’eau pouvant s’accumulerentre la dalle de béton et la fondation. En cas demise sous pression dynamique sous l’action descharges du trafic, cette eau risque de provoquer uneérosion à l’interface fondation-revêtement, pouvantentraîner un battement de dalles et la formation decavités sous le revêtement. De ce fait, la non-éroda-bilité des matériaux de couche de fondation est unepropriété essentielle qui doit être prise en comptedans la conception.Pour lutter contre l’érosion de la surface de la fonda-tion, il faut procéder à un choix judicieux des maté-riaux en fonction de la catégorie du trafic. A cetégard, il faut éviter la présence de fines non liéessous le revêtement en béton ; une couche de profi-lage en sable est donc à proscrire dans tous les cas.

La surlargeur de la dalle béton par rapport à labande de circulationElle permet d’éviter la dégradation dans la zone sen-sible constituée par le bord du revêtement.

Les jointsLes joints de retrait sont réalisés par la créationd’une amorce de fissuration à une profondeurvariant entre le quart et le tiers de l’épaisseur de ladalle, soit par moulage dans le béton frais, soit parsciage dans le béton durci. Les joints transversauxet longitudinaux sont généralement scellés auniveau de la gorge créée à la partie supérieure dujoint. Ce scellement est destiné à éviter l’entréed’eau dans la structure.Pour les chaussées à fort trafic, ou lorsque les condi-tions climatiques sont rigoureuses, une liaisonentre dalles, destinée à empêcher le décalage sur la

hauteur, est réalisée par des goujons en acier d’en-viron 60 cm de longueur, de diamètre 20 à 30 mm,espacés d’environ 30 cm.

L’épaisseurL’épaisseur de la dalle, variable selon le trafic et ladurée de service, est généralement comprise entre20 et 28 cm.Dans certains cas, la couche de roulement et la fon-dation sont réunies en une seule couche de bétonqui constitue la « dalle épaisse ». Elle peut atteindre30 à 40 cm.

■ Le béton armé continu (BAC)

Le Béton Armé Continu (BAC) est un revêtement dechaussée en béton de ciment qui comporte desarmatures longitudinales, continues et disposées ennappe, en général à mi-épaisseur de la dalle. Il estcaractérisé par l’absence de joints de retrait trans-versaux.L’armature longitudinale est prévue pour contrôler lafissuration et pour conserver l’intégrité structurelledu revêtement. La quantité d’armatures est calculéede manière à répartir le retrait, se traduisant par des fissures régulièrement réparties (tous les 1 à 3 mètres) non préjudiciables. Elles sont suffisam-ment fines (0,4 à 0,5 mm au maximum) pour résisterà la pénétration de l’eau et pour garantir un bontransfert de charges.En France, la technique du BAC a évolué vers lespratiques suivantes.• Le pourcentage d’armatures longitudinales, pla-cées à mi-hauteur de la dalle, est réduit au minimum.A titre d’exemple, il est actuellement de 0,67 % pourles aciers Haute Adhérence type FeE 500 et de0,30 % pour les rubans crantés à haute limite élas-tique de type Fe 90.• La recherche de l’optimisation de l’adhérence entrel’armature et le béton, conduit à augmenter la surfa-ce de contact acier/béton ; l’emploi d’aciers platscorrespond à cette évolution. Ces armatures se pré-sentent sous forme de rubans crantés d’environ 40mm de largeur et 2 mm d’épaisseur et permettentune économie de l’ordre de 50 % d’acier par rapportaux armatures traditionnelles.• La surlargeur non circulée permet une meilleurerépartition des charges en bordure de dalle.• Le drainage efficace de l’interface dalle-couche defondation est généralement assuré par un béton por-teur.• En fondation, on utilise un matériau non érodable.• L’épaisseur actuellement couramment utilisée estcomprise entre 16 et 22 cm, selon le trafic et lescaractéristiques de la plate-forme.

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• La mise en œuvre du béton peut se faire de deuxfaçons :– BAC monocouche : un béton homogène est dis-posé sur toute l’épaisseur de la dalle avec unemachine à coffrage glissant ;– BAC bicouche monobloc : deux couches de bétonsont disposées en une seule opération ; elles se dif-férencient essentiellement par la nature des granu-lats : durs et de très bonne qualité en partie supé-rieure pour assurer l’adhérence et le polissage, plusordinaires et moins onéreux pour la couche inférieu-re (granulats généralement locaux).

■ Les applications du béton dansles chaussées à moyen et fort trafic

Le béton, aussi bien en dalles courtes qu’en BAC,est utilisé pour la construction d’autoroutes ou deroutes à fort trafic, ou pour le renforcement et laréfection d’ancienne chaussées.Le BAC se développe en particulier :• en renforcement de chaussées anciennes à deuxvoies ou trois voies avec ou sans élargissement ;• en réfection de voie lente d’anciennes chausséesavec ou sans conservation de la fondation en gravetraitée existante.

■ Le béton de ciment mince collé« BCMC »

Le BCMC est une technique d’entretien superficieldes structures bitumineuses. Il s’agit d’une tech-nique récente en France inspirée de celle dévelop-pée par les Américains ces dix dernières années. Elle consiste à fraiser ou à raboter la structure bitu-mineuse dégradée sur une épaisseur adéquate et àmettre en œuvre, après nettoyage de la surface, unecouche mince de béton de ciment (6 à 10 cm) quiadhère parfaitement à la couche bitumineuse rési-duelle sous-jacente.

■ Les équipements de la route

De nombreux ouvrages en béton viennent compléterune route ajoutant des éléments de sécurité, deconfort ou d’apport à l’environnement : séparateursen béton, caniveaux, dispositifs de drainage et d’as-sainissement des eaux polluées, passages pour ani-maux.

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