Les btons compacts au rouleau Principes applications et
Les bétons compactés au rouleau Principes, applications et nouveaux développements Richard Gagné ing. Ph. D. CRIB Université de Sherbrooke Département de génie civil 1
Contenu Ø Introduction Ø Historique Ø Exemples d’applications Ø Principes de base de la technologie des BCR Ø Propriétés fondamentales des BCR Ø Principes de formulation des BCR Ø Quelques considérations économiques Ø Les défis à relever Ø Conclusions 2
Introduction Ø Qu’est-ce qu’un BCR ? Le BCR est un béton raide d’affaissement nul l Les BCR sont généralement fabriqués avec les mêmes matériaux que ceux utilisés pour le béton conventionnel l Ø Gros granulats et granulats fins (attention à la granulométrie) Ø Liant : ciment Portland, CV, FS, laitiers, etc. Ø Adjuvants : réducteur d’eau, retardateur, entraîneur d’air 3
Introduction Aspect typique d’un BCR pour barrage Aspect typique d’un BCR pour pavage 4
Introduction Ø La consistance très «sèche» du BCR requiert toujours l’application d’un effort de compactage l Rapprocher les particules du granulat pour permettre à la pâte de ciment de combler les vides granulaires Ø 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 5
Introduction Ø 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 l Niveleuse (barrage), épandeuse (pavages) l Rouleau compacteur (avec ou sans vibration) l 6
Introduction Ø Le BCR s’est développé selon deux axes différents: BCR pour barrages et ouvrages massifs l BCR pour pavages l Ø La formulation, les méthodes de construction et les méthodes de mise en places diffèrent en fonction du type de BCR 7
Historique Ø 1935: Premières utilisations du ciment pour la construction de routes (sol-ciment) Ø 1960: Premières utilisations du BCR Bétons très maigres, compactés au rouleau l Construction de barrages l Ø La technologie des BCR pour barrages est maintenant éprouvée l Des centaines de barrages en BCR ont déjà été construits Horseshoe Bend Dam – Nouvelle Zélande 8
Historique Ø 1970: Premières utilisations des BCR pour la construction de routes l Chemins forestiers en Colombie-Britannique Ø La technologie des BCR pour pavages est une évolution de la technologie des BCR pour barrages Bétons sans affaissement l Faible volume de pâte l Ø Résistance à la compression généralement comprise entre 40 MPa et 60 MPa l Technologie éprouvée 9
Historique Ø Principales applications des BCR pour pavages l l l 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 10
Exemples d’applications - Barrages Ø Avantages l Faible contenu en matières cimentaires (< 175 kg/m 3) Faible chaleur d’hydratation Ø Faible coût / m 3 Ø l Rapidité de mise en place Usines en continu Ø Convoyeurs Ø Technologie peu complexe l Grande stabilité volumique l Barrage du Lac Robertson – Hydro-Québec 12
Exemples d’applications - Barrages Ø Avantages l Par rapport à un ouvrage en terre Ø Volume plus faible Ø Meilleure résistance à l’érosion Ø Imperméabilité Ø Possibilité de prévoir une centrale adjacente à l’ouvrage l Par rapport à un ouvrage en béton Ø Moins de matières cimentaires Ø Rapidité de mise en place Ø Pas ou peu de coffrages 13
Exemples d’applications - Barrages Ø Inconvénients Qualité des parements l Difficulté d’entraîner de l’air l Coût de transport des matières cimentaires en régions éloignées l 14
Exemples d’applications - Barrages Barrage du Lac Robertson Ø 25 MPa à 91 jours Ø 75 kg/m 3 ciment Ø Ø Ø type 20 75 kg/m 3 CV type F E/L = 0, 72 Vebe: 15 s Air entraîné 25 000 m 3 15
Exemples d’applications - Pavages Ø Avantages l Faible contenu en matières cimentaires (< 300 kg/m 3) Ø l Faible coût / m 3 Propriétés mécaniques élevées Compression: > 40 MPa Ø Flexion: > 6 MPa Ø Développement rapide des propriétés mécaniques l Rapidité de mise en place l Usines en continu Ø Utilisation de paveuses Ø 16
Exemples d’applications - Pavages Ø Avantages l Durabilité élevée Ø Ø Résistance à l’abrasion Résistance au gel Bien adapté aux lourdes charges Pas d’orniérage Peu de main d’œuvre l Moins de dégagement thermique l’asphalte l Ø Confort des ouvriers Technologie peu complexe l Grande stabilité volumique l Peu ou pas de joints l 17
Exemples d’applications - Pavages Ø Inconvénients l Qualité esthétique de la surface Texture rugueuse Ø Surface moins fermée Ø l Qualité de l’uni Surface ondulée Ø Défauts de planéité Ø Pour trafic à basse vitesse uniquement Ø l Difficulté de réaliser des joints structuraux Ø Le transfert de charge est problématique 18
Exemples d’applications - Pavages Papetterie DOMTAR - Aire d’entreposage du bois Ø 87 000 m 2 Ø 300 kg/m 3 ciment Ø Ø Ø 10 SF 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 Ø 300 kg/m 3 ciment Ø Ø type 10 SF Vebe = 40 - 60 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 Ø Environ 40 MPa à 7 jours Ø 280 kg/m 3 ciment type 10 avec CV Ø E/L = 0, 40 Ø Pavage complété en 4 heures 21
Principes de base de la technologie des BCR Ø 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 l Pas assez de pâte Ø Faibles propriétés mécaniques, maniabilité trop faible, durabilité plus faible l Trop de pâte Ø Meilleures propriétés mécaniques, maniabilité trop élevée, coût de production plus élevé 22
Principes – Squelette granulaire Ø Les granulats occupent entre 80% et 85% du volume d’un BCR compacté Ø Il est très important de bien choisir les granulats Maniabilité du BCR frais Ø Propriétés mécaniques Ø Coûts de production Ø Ø Le choix de la courbe granulométrique est un élément clé de la formulation d’un BCR Ø Choix du diamètre maximal du gros granulats Barrages : 40 à 80 mm Ø Pavages : généralement 20 ou 25 mm Ø 25
Principes – Production et malaxage Ø Deux types d’unités de production Usine stationnaire (premix) l Usine en continu (pugmill) l Ø Caractéristiques importantes Fiabilité l Taux de production l Énergie de malaxage l Calibrage l 27
Principes – Production et malaxage (suite) Ø Usine portative (pugmill) l Excellente productivité (80 à 150 m 3/h) l Installation à proximité du site de construction (délais de transports réduits) Malaxage énergique en continu l Mélange homogène l Dosage fiable des constituants l Calibrage facile l 28
Principes – Production et malaxage (suite) 29
Principes – Production et malaxage (suite) Ø Usine stationnaire l Production moins importante (40 à 60 m 3/h) Ø La cuve ne doit être remplie qu’à 60%-70% de sa capacité l Dosage très fiable l Peu de problèmes de calibrage l Temps de malaxage plus long que le béton conventionnel 30
Principes – Transport Ø Pavage Transport à l’aide de camions à benne basculante l Délai variable selon mélange et conditions ambiantes l 31
Principes – Transport (suite) Ø Barrage Camions à benne basculante l Convoyeurs l 32
Principes – Mise en place Ø Pavages l Habituellement à l’aide d’une paveuse Ø Couches de 125 à 175 mm Ø Capacité de 50 m 3 / heure l Paveuse classique (asphalte) Ø Compactage 70% à 80% l Paveuse haute performance (Type ABG Titan) Ø Compactage > 90% 33
Principes – Mise en place 34
Principes - Compactage Ø Toutes les propriétés des BCR sont étroitement liées au degré de compactage Ø Un BCR parfaitement compacté devrait avoir une résistance à la compression comparable à celle d’un béton conventionnel de même rapport E/L l En pratique, il est difficile d’atteindre un compactage parfait (BCR pour pavages) 35
Principes - Compactage (suite) Ø Rouleaux vibrateurs (en mode statique et en mode dynamique) Ø Rouleau à pneus de caoutchouc (Meilleur fini de surface) 10 tonnes à cylindres d’acier 1, 5 tonnes à cylindres d’acier 36
Principes - Compactage (suite) Ø Un bon contrôle du compactage au chantier est essentiel l Un compactage déficient (< 97%) peut diminuer très significativement les caractéristiques d’un BCR pour pavage Ø Contrôle de la compacité in situ l Nucléodensimètre 37
Principes - Mûrissement Ø Pendant la mise en place, il est important de maintenir l’humidité superficielle des surfaces exposées Retardateur d’évaporation l Vaporisation d’eau en bruine l Ville de Montréal 38
Principes - Mûrissement (suite) Ø Application d’un produit de cure pigmenté blanc immédiatement après le compactage final du BCR Ville de Montréal 39
Principes - Joints Ø Joints sciés pour le contrôle du retrait Réalisés le lendemain matin de chaque journée de bétonnage l Sciage sur 1/4 de l’épaisseur l Espacement de 10 à 20 m l Ville de Montréal 40
Propriétés fondamentales - Maniabilité Ø La maniabilité (temps de consolidation Vebe) est une propriété très importante du BCR 41
Propriétés fondamentales – Maniabilité (suite) Ø La qualité du BCR en place est étroitement liée à la maniabilité du BCR frais Ø Les techniques de mise en place exigent que le temps Vebe soit compris à l’intérieur de certaines plages optimales Ø Barrages: 10 à 20 secondes (approche « béton » ) Ø Pavages: 30 à 90 secondes Ø La maniabilité est principalement fonction du dosage en pâte 42
Propriétés fondamentales – Maniabilité (suite) Ø Consistance trop «humide» Remontée d’eau en surface l Déformation excessive sous le poids des équipements de mise en place (uni de mauvaise qualité) l Ø Consistance trop «sèche» Risque de ségrégation l Diminution de l’adhérence entre les couches l Surface mal «fermée» l 43
Propriétés fondamentales – Prop. mécaniques Ø Pavages l Les propriétés mécaniques doivent être suffisantes pour résister aux charges structurales, à l’abrasion et au gel-dégel Ø Prise en compte de la charge de service Ø Prise en compte de l’épaisseur Ø Prise en compte des conditions climatiques Résistance à la compression : 40 MPa à 70 MPa l Résistance à la flexion : 6 MPa à 8 MPa à 7 jours l Ø Attention au contrôle de la compacité au chantier ! 49
Propriétés fondamentales – Prop. mécaniques Ø Résistance à la compression (pavage) 50
Propriétés fondamentales – Prop. mécaniques Ø Résistance à la flexion (pavage) 51
Propriétés fondamentales – Prop. mécaniques Ø Comportement structural d’une chaussée en BCR l Quai de déchargement de la neige de la Ville de Montréal Environ 70 000 camions par saison hivernale Ø Dalle de 225 mm – Superficie : 21 000 m 2 Ø Compression : 40 MPa , Flexion : 5 – 6 MPa (7 jours) Ø l Mesures au FWD Ø Charge de 40 k. N Ø Plaque de 300 mm Ville de Montréal 52
Les défis à relever Ø Amélioration de la texture de surface l Demande pour une surface plus « fermée » Ø Diminution du diamètre maximal du granulat Ø Utilisation d’air entraîné Ø Rouleaux avec pneus de caoutchouc Ø Amélioration de l’uni Nécessaire pour une circulation à haute vitesse l Actuellement, les défauts de planéité limitent les pavages en BCR aux applications industrielles l Ø Possibilité d’un recouvrement mince en asphalte 63
Les défis à relever Ø Développer une technologie pour améliorer le transfert de charge Au niveau des joints l Au niveau des fissures les plus ouvertes l Ville de Montréal 64
Conclusions Ø La technologie des BCR est éprouvée et de plus en plus utilisée l Barrages, pavages Ø 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 Ø Plus économique qu’un pavage conventionnel en béton Ø Rapidité de construction Ø Coûts d’entretient plus faibles (par rapport à l’asphalte) Ø Ø Actuellement, technologie limitée aux pavages pour véhicules à basse vitesse 65
Conclusions Ø Les BCR sont des matériaux hautement optimisés l Propriétés mécaniques élevées pour un dosage en ciment donné l Rapport flexion / compression élevé Ø Les BCR peuvent être produits sans adjuvants de haute technologie Ø Technologies de production et de mise en place simples et rapides Ø Peuvent contenir de forts dosages en ajouts minéraux 66
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