Université de Sherbrooke Département de génie civil

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1 Université de Sherbrooke Département de génie civil
Les bétons compactés au rouleau - Principes, applications et nouveaux développements Richard Gagné ing. Ph.D. CRIB Université de Sherbrooke Département de génie civil

2 Contenu Introduction Historique Exemples d’applications
Principes de base de la technologie des BCR Propriétés fondamentales des BCR Principes de formulation des BCR Quelques considérations économiques Les défis à relever Conclusions

3 Introduction Qu’est-ce qu’un BCR ?
Le BCR est un béton raide d’affaissement nul Les BCR sont généralement fabriqués avec les mêmes matériaux que ceux utilisés pour le béton conventionnel Gros granulats et granulats fins (attention à la granulométrie) Liant : ciment Portland, CV, FS, laitiers, etc. Adjuvants : réducteur d’eau, retardateur, entraîneur d’air

4 Introduction Aspect typique d’un BCR pour barrage
Aspect typique d’un BCR pour pavage

5 Introduction La consistance très «sèche» du BCR requiert toujours l’application d’un effort de compactage Rapprocher les particules du granulat pour permettre à la pâte de ciment de combler les vides granulaires Un BCR bien formulé et bien compacté est en mesure de développer des propriétés mécaniques semblables à celles d’un béton conventionnel fabriqué avec le même rapport E/L

6 Introduction De par sa consistance particulière, le BCR est généralement mis en place et compacté avec les mêmes équipements généralement utilisés pour la construction routière Camions à benne basculante Niveleuse (barrage), épandeuse (pavages) Rouleau compacteur (avec ou sans vibration)

7 Introduction Le BCR s’est développé selon deux axes différents:
BCR pour barrages et ouvrages massifs BCR pour pavages La formulation, les méthodes de construction et les méthodes de mise en places diffèrent en fonction du type de BCR

8 Historique 1935: Premières utilisations du ciment pour la construction de routes (sol-ciment) 1960: Premières utilisations du BCR Bétons très maigres, compactés au rouleau Construction de barrages La technologie des BCR pour barrages est maintenant éprouvée Des centaines de barrages en BCR ont déjà été construits Horseshoe Bend Dam – Nouvelle Zélande

9 Historique 1970: Premières utilisations des BCR pour la construction de routes Chemins forestiers en Colombie-Britannique La technologie des BCR pour pavages est une évolution de la technologie des BCR pour barrages Bétons sans affaissement Faible volume de pâte Résistance à la compression généralement comprise entre 40 MPa et 60 MPa Technologie éprouvée

10 Historique Principales applications des BCR pour pavages
Industrie forestière Secteur minier Municipal Pâtes et papier Secteur agricole Aire de manutention, entreposage (solide / vrac) Quai de chargement Stationnement pour l’industrie lourde Compostage / recyclage Dépôt de neige usée Fondation de routes

11 Exemples d’applications - Barrages
Avantages Faible contenu en matières cimentaires (< 175 kg/m3) Faible chaleur d’hydratation Faible coût / m3 Rapidité de mise en place Usines en continu Convoyeurs Technologie peu complexe Grande stabilité volumique Barrage du Lac Robertson – Hydro-Québec

12 Exemples d’applications - Barrages
Avantages Par rapport à un ouvrage en terre Volume plus faible Meilleure résistance à l’érosion Imperméabilité Possibilité de prévoir une centrale adjacente à l’ouvrage Par rapport à un ouvrage en béton Moins de matières cimentaires Rapidité de mise en place Pas ou peu de coffrages

13 Exemples d’applications - Barrages
Inconvénients Qualité des parements Difficulté d’entraîner de l’air Coût de transport des matières cimentaires en régions éloignées

14 Exemples d’applications - Barrages
Barrage du Lac Robertson 25 MPa à 91 jours 75 kg/m3 ciment type 20 75 kg/m3 CV type F E/L = 0,72 Vebe: 15s Air entraîné m3

15 Exemples d’applications - Pavages
Avantages Faible contenu en matières cimentaires (< 300 kg/m3) Faible coût / m3 Propriétés mécaniques élevées Compression: > 40 MPa Flexion: > 6 MPa Développement rapide des propriétés mécaniques Rapidité de mise en place Usines en continu Utilisation de paveuses

16 Exemples d’applications - Pavages
Avantages Durabilité élevée Résistance à l’abrasion Résistance au gel Bien adapté aux lourdes charges Pas d’orniérage Peu de main d’œuvre Moins de dégagement thermique que l’asphalte Confort des ouvriers Technologie peu complexe Grande stabilité volumique Peu ou pas de joints

17 Exemples d’applications - Pavages
Inconvénients Qualité esthétique de la surface Texture rugueuse Surface moins fermée Qualité de l’uni Surface ondulée Défauts de planéité Pour trafic à basse vitesse uniquement Difficulté de réaliser des joints structuraux Le transfert de charge est problématique

18 Exemples d’applications - Pavages
Papetterie DOMTAR - Aire d’entreposage du bois m2 300 kg/m3 ciment 10SF E/L = 0,32 50 MPa à 7 jours 2 couches de 150 mm

19 Exemples d’applications - Pavages
Zone d’arrêt d’autobus – Ville de Sherbrooke 300 kg/m3 ciment type 10SF Vebe = s E/L =0,32 45 MPa à 7 jours Air entraîné

20 Exemples d’applications - Pavages
Aire d’entreposage des récoltes (silo horizontal) – Milieu agricole Environ 40 MPa à 7 jours 280 kg/m3 ciment type 10 avec CV E/L = 0,40 Pavage complété en 4 heures

21 Principes de base de la technologie des BCR
Un BCR optimal devrait comporter à peu près la quantité de pâte nécessaire pour remplir les vides du squelette granulaire et pour obtenir la maniabilité désirée Pas assez de pâte Faibles propriétés mécaniques, maniabilité trop faible, durabilité plus faible Trop de pâte Meilleures propriétés mécaniques, maniabilité trop élevée, coût de production plus élevé

22 Principes – Squelette granulaire
Les granulats occupent entre 80% et 85% du volume d’un BCR compacté Il est très important de bien choisir les granulats Maniabilité du BCR frais Propriétés mécaniques Coûts de production Le choix de la courbe granulométrique est un élément clé de la formulation d’un BCR Choix du diamètre maximal du gros granulats Barrages : 40 à 80 mm Pavages : généralement 20 ou 25 mm

23 Principes – Production et malaxage
Deux types d’unités de production Usine stationnaire (premix) Usine en continu (pugmill) Caractéristiques importantes Fiabilité Taux de production Énergie de malaxage Calibrage

24 Principes – Production et malaxage (suite)
Usine portative (pugmill) Excellente productivité (80 à 150 m3/h) Installation à proximité du site de construction (délais de transports réduits) Malaxage énergique en continu Mélange homogène Dosage fiable des constituants Calibrage facile

25 Principes – Production et malaxage (suite)

26 Principes – Production et malaxage (suite)
Usine stationnaire Production moins importante (40 à 60 m3/h) La cuve ne doit être remplie qu’à 60%-70% de sa capacité Dosage très fiable Peu de problèmes de calibrage Temps de malaxage plus long que le béton conventionnel

27 Principes – Transport Pavage
Transport à l’aide de camions à benne basculante Délai variable selon mélange et conditions ambiantes

28 Principes – Transport (suite)
Barrage Camions à benne basculante Convoyeurs

29 Principes – Mise en place
Pavages Habituellement à l’aide d’une paveuse Couches de 125 à 175 mm Capacité de 50 m3 / heure Paveuse classique (asphalte) Compactage 70% à 80% Paveuse haute performance (Type ABG Titan) Compactage > 90%

30 Principes – Mise en place

31 Principes - Compactage
Toutes les propriétés des BCR sont étroitement liées au degré de compactage Un BCR parfaitement compacté devrait avoir une résistance à la compression comparable à celle d’un béton conventionnel de même rapport E/L En pratique, il est difficile d’atteindre un compactage parfait (BCR pour pavages)

32 Principes - Compactage (suite)
Rouleaux vibrateurs (en mode statique et en mode dynamique) Rouleau à pneus de caoutchouc (Meilleur fini de surface) 10 tonnes à cylindres d’acier 1,5 tonnes à cylindres d’acier

33 Principes - Compactage (suite)
Un bon contrôle du compactage au chantier est essentiel Un compactage déficient (< 97%) peut diminuer très significativement les caractéristiques d’un BCR pour pavage Contrôle de la compacité in situ Nucléodensimètre

34 Principes - Mûrissement
Pendant la mise en place, il est important de maintenir l’humidité superficielle des surfaces exposées Retardateur d’évaporation Vaporisation d’eau en bruine Ville de Montréal Ville de Montréal

35 Principes - Mûrissement (suite)
Application d’un produit de cure pigmenté blanc immédiatement après le compactage final du BCR Ville de Montréal Ville de Montréal

36 Principes - Joints Joints sciés pour le contrôle du retrait
Réalisés le lendemain matin de chaque journée de bétonnage Sciage sur 1/4 de l’épaisseur Espacement de 10 à 20 m Ville de Montréal Ville de Montréal

37 Propriétés fondamentales - Maniabilité
La maniabilité (temps de consolidation Vebe) est une propriété très importante du BCR

38 Propriétés fondamentales – Maniabilité (suite)
La qualité du BCR en place est étroitement liée à la maniabilité du BCR frais Les techniques de mise en place exigent que le temps Vebe soit compris à l’intérieur de certaines plages optimales Barrages: 10 à 20 secondes (approche « béton ») Pavages: 30 à 90 secondes La maniabilité est principalement fonction du dosage en pâte

39 Propriétés fondamentales – Maniabilité (suite)
Consistance trop «humide» Remontée d’eau en surface Déformation excessive sous le poids des équipements de mise en place (uni de mauvaise qualité) Consistance trop «sèche» Risque de ségrégation Diminution de l’adhérence entre les couches Surface mal «fermée»

40 Propriétés fondamentales – Prop. mécaniques
Pavages Les propriétés mécaniques doivent être suffisantes pour résister aux charges structurales, à l’abrasion et au gel-dégel Prise en compte de la charge de service Prise en compte de l’épaisseur Prise en compte des conditions climatiques Résistance à la compression : 40 MPa à 70 MPa Résistance à la flexion : 6 MPa à 8 MPa à 7 jours Attention au contrôle de la compacité au chantier !

41 Propriétés fondamentales – Prop. mécaniques
Résistance à la compression (pavage)

42 Propriétés fondamentales – Prop. mécaniques
Résistance à la flexion (pavage)

43 Propriétés fondamentales – Prop. mécaniques
Comportement structural d’une chaussée en BCR Quai de déchargement de la neige de la Ville de Montréal Environ camions par saison hivernale Dalle de 225 mm – Superficie : m2 Compression : 40 MPa , Flexion : 5 – 6 MPa (7 jours) Mesures au FWD Charge de 40 kN Plaque de 300 mm Ville de Montréal Ville de Montréal Ville de Montréal

44 Les défis à relever Amélioration de la texture de surface
Demande pour une surface plus « fermée » Diminution du diamètre maximal du granulat Utilisation d’air entraîné Rouleaux avec pneus de caoutchouc Amélioration de l’uni Nécessaire pour une circulation à haute vitesse Actuellement, les défauts de planéité limitent les pavages en BCR aux applications industrielles Possibilité d’un recouvrement mince en asphalte

45 Les défis à relever Développer une technologie pour améliorer le transfert de charge Au niveau des joints Au niveau des fissures les plus ouvertes Ville de Montréal Ville de Montréal

46 Conclusions La technologie des BCR est éprouvée et de plus en plus utilisée Barrages, pavages Les BCR sont particulièrement bien adaptés pour la construction de pavages très sollicités Durée de vie plus longue que celle d’un pavage en asphalte Plus économique qu’un pavage conventionnel en béton Rapidité de construction Coûts d’entretient plus faibles (par rapport à l’asphalte) Actuellement, technologie limitée aux pavages pour véhicules à basse vitesse

47 Conclusions Les BCR sont des matériaux hautement optimisés Propriétés mécaniques élevées pour un dosage en ciment donné Rapport flexion / compression élevé Les BCR peuvent être produits sans adjuvants de haute technologie Technologies de production et de mise en place simples et rapides Peuvent contenir de forts dosages en ajouts minéraux