Les bétons spéciaux : Béton de route

8 Juillet 2019
 

Généralités

Les revêtements routiers sont des éléments de construction fortement sollicités par les charges du trafic, l’abrasion, les cycles thermiques journaliers et les effets du gel en présence de sels de déverglaçage. Les couches de surface doivent présenter une haute durabilité, notamment sous un trafic intense avec d’importantes charges par essieu. Les ornières connues avec les revêtements bitumineux n’apparaissent pas dans des revêtements en béton grâce à leur meilleure répartition des charges, leur plus grande rigidité et stabilité dimensionnelle, même sous des températures élevées. Il en résulte une longue durée de service et de faibles coûts d’entretien.
 
La sécurité du trafic est influencée positivement par la bonne qualité antidérapante, et la teinte claire de la surface des revêtements en béton.
 
Les revêtements en béton sont utilisés avantageusement pour les surfaces de roulement fortement sollicitées comme les autoroutes, les giratoires, les arrêts de bus, les pistes d’aéroports et des terminaux routiers ou encore pour des chemins agricoles. Une prise en compte précise de tous les détails constructifs et une exécution soigneuse sont importantes pour remplir les hautes exigences posées à la qualité et la mise en œuvre du béton.
 

Contexte réglementaire

Les spécifications relatives aux constituants, à la composition et à la mise en œuvre des bétons routiers sont reprises dans les cahiers des charges types (CCT) des différentes régions, à savoir CCT Qualiroutes en Wallonie, CCT relatif aux voiries de la Région de Bruxelles Capitale ou le SB (Standaardbestek) 250 en Flandre.
 

Formulation du béton

Une haute résistance à la compression et à la flexion ainsi qu’au gel en présence de sels de déverglaçage et à l’abrasion sont indispensables pour une durabilité suffisante. De manière générale, la résistance à l’abrasion est obtenue au travers des résistances mécaniques et d’une cure soigneuse de la surface du béton, mais aussi par une qualité élevée du granulat.
 
Ciment
Les cahiers des charges régionaux spécifient des ciment de type CEM I LA ou CEM III/A LA de classe de résistance 42,5.
 
Granulats
En général, les couches de surface en béton sont confectionnées avec un granulat concassé d’un diamètre maximal de 20 mm. Pour des revêtements bicouches, la couche inférieure (15 à 20 cm d’épaisseur) peut contenir des granulats plus gros (jusqu’à 31,5 mm), alors que les granulats plus petits (calibre 4/6,3) sont utilisés dans la couche supérieure du revêtement. Ceci permet d’obtenir des surfaces à plus faibles émissions sonores. 
 

Une résistance au polissage (PSV) minimale de 50 est exigée pour l’emploi dans des couches de surface en béton. Une bonne résistance à l’usure (MDE) et résistance à la fragmentation (LA) sont également nécessaires. L’utilisation de gravillons roulés n’est pas autorisée.

 
Adjuvants
Outre les plastifiants habituellement utilisés, des entraîneurs d’air sont employés pour les couches de surface en béton afin de rendre le béton résistant au gel. L’efficacité de l'entraîneur d’air utilisé sera validée en mesurant la teneur en air du béton.
 
Consistance
Les engins de mise en place (machines à coffrage glissant, appelées également paver (fig 3.5.1)) habituellement utilisés demandent des bétons de consistance ferme (classe de consistance S1), pour que les faces latérales de la couche de béton frais ne se tassent pas. Il ne doit pas se former en surface du béton de pellicule de mortier fin, ceci indépendamment du mode de mise en place.
 

Mise en œuvre du béton

Mise en place et compactage
Le béton peut être mis en place en une ou deux couches. Une mise en place monocouche exige que toute l’épaisseur de béton ait la qualité d’une couche supérieure et nécessite par conséquent des grandes quantités de gravillons de haute qualité. Avec la mise en place en deux couches, seul le béton supérieur exige des granulats d’excellente qualité, tandis que le béton inférieur peut être confectionné avec un granulat recyclé ou local. Cependant, le système monocouche permet des économies sur le coût des machines et du personnel.
 
La mise en place manuelle de petites surfaces (p. ex. giratoires ou arrêt de bus) ou la mise en place dans des conditions d’espace restreint se font à l’aide d’un coffrage fixe, qui doit être bien ancré et fermement appuyé sur le sol, puisqu’il sert de référence de nivellement. 
 
Le béton doit être réparti régulièrement sur toute la largeur. Les ségrégations ou pré-compactages incontrôlés sont à éviter. Dans le cas d’un système bicouche, le béton inférieur et supérieur peuvent être mis en place à l’aide d’une finisseuse glissante travaillant en deux couches ou par deux finisseuses l’une à la suite de l’autre. Il faut alors veiller à respecter le nivellement correct du béton inférieur pour assurer l’épaisseur minimale de 4 à 5 cm du béton supérieur. Le béton inférieur ne peut précéder le béton supérieur qu’à la mesure que le béton inférieur ne montre pas de signes visuels de dessiccation ni semble prendre prise avant le compactage. Le béton supérieur est posé "frais sur frais" pour l’obtention d’une adhérence durable entre les deux couches. Le revêtement en béton se comporte donc de façon monolithique et est capable de supporter des contraintes externes et internes sans dégâts.
 
Le béton doit être compacté régulièrement et complètement sur toute la section. Les machines à coffrage glissant compactent le béton sur toute la largeur de mise en place à l’aide d’aiguilles vibrantes qui sont maintenues en hauteur et en direction. Leur écartement est déterminé en fonction de leur rayon d’action.
 
Il faut éviter l’apparition de "chemins de vibration" (enrichissement en mortier fin). D’autre part, l’avancement régulier de la machine prévient des inégalités dues à un compactage irrégulier.
Lorsque la mise en place est manuelle, il faut, après le premier compactage au moyen d’aiguilles vibrantes, compléter l’opération avec d’autres engins (poutres vibrantes), agissant sur toute la largeur de mise en place.
 
Afin de préparer la route pour le surfaçage final (voir ciaprès), le lissage des revêtements posés au paver est effectué par un dispositif automatique ("supersmoother")  qui permet d’obtenir la planéité requise (fig 3.5.2). Dans le cas d’une mise en place manuelle, le lissage est exécuté au moyen d’une règle ou d’une poutre vibrante. Le lissage poussé à l’hélicoptère est fortement déconseillé.  Ce type de finition entraîne la formation d’une fine couche de mortier, riche en éléments fins à la surface, qu’il faut limiter au maximum car néfaste à l'adhérence des véhicules d'une part et peu résistante au gel d'autre part.
 
Surfaçage
Le surfaçage final, après le compactage et le lissage de la couche de béton, confère au revêtement la qualité anti-dérapante requise pour l’usage prévu.
 
Brossage
Sur la plupart des chantiers, après le lissage, la surface peut être structurée à l’aide d’une brosse. Cette opération s’effectue depuis une plateforme de travail (fig 3.5.3 et 3.5.4) ou depuis le côté du revêtement venant d’être coulé, en ti rant la brosse en sens transversal par rapport à la route.
 
Désactivation de surface
L’exécution de bétons lavés (désac tivés) composés de granulats fins (de granulométrie 4/6 ou 4/8) en surface constitue le standard pour la construction des autoroutes en béton en Belgique (fig 3.5.5). Ce procédé requiert la pulvérisation d’un retardateur empêchant la sur face de durcir directement après le lissage du béton. Ce produit sert également de cure. Le surfaçage final a lieu après sciage éventuel des joints transversaux et consiste à traiter la surface du béton au moyen d’un engin muni de brosses rotatives qui enlève toutes les particules non durcies de la sur face du béton.
 
Cure
Il est très important de pulvériser, immédiatement après la pose et la finition du béton, un produit de cure à la surface du revêtement. Il est sans influence sur la texture de surface du revêtement. 
 
La quantité à pulvériser doit être choisie en fonction du produit de cure et de la rugosité de la surface, de manière à obtenir une fine pellicule continue. La quantité varie généralement en fonction de la structure de la surface entre 150 et 200 g/m2. Un excès de produit de cure peut retarder son élimination naturelle ou réduire la qualité antidérapante initiale du revêtement. 
 
Les surfaces traitées avec des produits de cure doivent rester fermées à la circulation tant que l’on ne peut pas exclure des dommages à la pellicule de protection et la dessiccation précoce du béton qui en résulte (généralement 7 jours).
 
Les produits de cure sont généralement de couleur blanche ou métallisée afin de réfléchir les rayons du soleil et de limiter l'échauffement du béton. 
 
Le recouvrement des revêtements en béton au moyen de feuilles plastiques est une mesure très efficace contre la pluie battante et comme traitement de cure, pour autant qu'il reste en place durant le nombre de jours requis (voir chapitre 2.8).
 

Armatures et joints

Divers types de construction de routes ou de dalles industrielles en béton sont possible. 
 
Dalles courtes en béton non armé
Ces revêtements sont constitués d'une succession de dalles dont la longueur est limitée à environ 25 fois l'épaisseur. Les pratiques actuelles recommandent toutefois de ne plus dépasser une longueur de 5 m (4 m pour les pistes cyclables), que les joints soient ou non munis d'un dispositif de transfert des charges (goujons). Les mouvements dus aux variations de température et d'humidité sont concentrés dans les joints. Ces derniers sont normalement scellés pour éviter les entrées d'eau dans la chaussée. La largeur des dalles est limitée à maximum 4,5 m. 
 
Béton armé continu
Les revêtements en béton armé continu se caractérisent par l'absence de joints transversaux. Ils sont pourvus d'une armature longitudinale en acier (fig 3.5.6) dont la section est calculée pour maîtriser la fissuration et la répartir de façon homogène avec une entre-distance moyenne comprise entre 1 et 3 m. L'ouverture des fissures doit rester faible, et en tout cas inférieure à 0,3 mm. L'application d'une amorce de fissure à des intervalles de 1,2 à 1,5 m peut également aider à la bonne répartition des fissures. 
 
Dalles armées
Les dalles armées sont peu utilisées, sauf dans les sols industriels intérieurs ou extérieurs lorsque les sollicitations sont importantes et que l'on souhaite minimiser le nombre de joints de retrait. 
 
Béton armé de fibres d'acier
Ce type de béton est également principalement réservé aux sols industriels (stockage portuaire, parking poids lourds, terrains logistiques, ...) où les cas d'applications sont nombreux. Pour les revêtements routiers, ces bétons ne sont préconisés qu'en cas de dalles minces ou très minces et pour des applications particulières.
 
machine a coffrage glissant
Fig 3.5.1 Machine à coffrage glissant

 

lissage automatique du beton
Fig 3.5.2 Lissage automatique du béton

 

brossage du beton en surface
Fig 3.5.3 Brossage du béton en surface

 

surface finie du beton obtenue par brossage
Fig 3.5.4 Surface finie du béton, obtenue par brossage

 

surface finie du beton obtenue par desactivation
Fig 3.5.5 Surface finie du béton, obtenue par désactivation

 

beton arme continu en cours de coulage
Fig 3.5.6 Béton armé continu en cours de coulage