1 les bétons compactés au rouleau - principes, applications et nouveaux développements richard...

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Les bétons compactés au rouleau -Les bétons compactés au rouleau -Principes, applications et nouveaux Principes, applications et nouveaux

développementsdéveloppements

Richard Gagné ing. Ph.D.Richard Gagné ing. Ph.D.CRIBCRIB

Université de SherbrookeUniversité de Sherbrooke

Département de génie civilDépartement de génie civil

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ContenuContenu

IntroductionIntroduction HistoriqueHistorique Exemples d’applicationsExemples d’applications Principes de base de la technologie des BCRPrincipes de base de la technologie des BCR Propriétés fondamentales des BCRPropriétés fondamentales des BCR Principes de formulation des BCRPrincipes de formulation des BCR Quelques considérations économiquesQuelques considérations économiques Les défis à releverLes défis à relever ConclusionsConclusions

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IntroductionIntroduction

Qu’est-ce qu’un BCR ?Qu’est-ce qu’un BCR ? Le BCR est un Le BCR est un béton raidebéton raide d’affaissement nul d’affaissement nul Les BCR sont généralement fabriqués avec les Les BCR sont généralement fabriqués avec les

mêmes matériaux que ceux utilisés pour le mêmes matériaux que ceux utilisés pour le béton conventionnelbéton conventionnel

Gros granulats et granulats fins (attention à la Gros granulats et granulats fins (attention à la granulométrie)granulométrie)

Liant : ciment Portland, CV, FS, laitiers, etc.Liant : ciment Portland, CV, FS, laitiers, etc. Adjuvants : réducteur d’eau, retardateur, entraîneur Adjuvants : réducteur d’eau, retardateur, entraîneur

d’aird’air

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Aspect typique Aspect typique d’un BCR pour d’un BCR pour

barragebarrage

Aspect typique Aspect typique d’un BCR pour d’un BCR pour

pavagepavage

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La consistance très «sèche» du BCR La consistance très «sèche» du BCR requiert toujours l’application d’un effort requiert toujours l’application d’un effort de de compactagecompactage Rapprocher les particules du granulat pour Rapprocher les particules du granulat pour

permettre à la pâte de ciment de permettre à la pâte de ciment de combler les combler les vides granulairesvides granulaires

Un BCR bien formulé et bien compacté est Un BCR bien formulé et bien compacté est en mesure de développer des propriétés en mesure de développer des propriétés mécaniques mécaniques semblables à celles d’un semblables à celles d’un béton conventionnelbéton conventionnel fabriqué avec le fabriqué avec le même rapport E/Lmême rapport E/L

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

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Le BCR s’est développé selon deux axes Le BCR s’est développé selon deux axes différents:différents: BCR pour BCR pour barragesbarrages et ouvrages massifs et ouvrages massifs BCR pour BCR pour pavagespavages

La formulation, les méthodes de La formulation, les méthodes de construction et les méthodes de mise en construction et les méthodes de mise en places places diffèrent en fonction du type de diffèrent en fonction du type de BCRBCR

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HistoriqueHistorique

19351935: Premières : Premières utilisations du ciment pour utilisations du ciment pour la construction de routes la construction de routes (sol-ciment)(sol-ciment)

19601960: Premières : Premières utilisations du BCRutilisations du BCR Bétons très maigres, Bétons très maigres,

compactés au rouleaucompactés au rouleau Construction de barragesConstruction de barrages

La technologie des BCR La technologie des BCR pour barrages est pour barrages est maintenant éprouvéemaintenant éprouvée Des centaines de Des centaines de

barrages en BCR ont déjà barrages en BCR ont déjà été construits été construits

Horseshoe Bend Dam – Nouvelle ZélandeHorseshoe Bend Dam – Nouvelle Zélande

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19701970: Premières utilisations : Premières utilisations des BCR pour la des BCR pour la construction de routesconstruction de routes Chemins forestiers en Chemins forestiers en

Colombie-BritanniqueColombie-Britannique La technologie des BCR La technologie des BCR

pour pavages est une pour pavages est une évolution de la technologie évolution de la technologie des BCR pour barragesdes BCR pour barrages Bétons sans affaissementBétons sans affaissement Faible volume de pâteFaible volume de pâte

Résistance à la Résistance à la compression généralement compression généralement comprise entre 40 MPa et comprise entre 40 MPa et 60 MPa60 MPa Technologie éprouvéeTechnologie éprouvée

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Principales applications des BCR pour pavagesPrincipales applications des BCR pour pavages Industrie forestièreIndustrie forestière Secteur minierSecteur minier MunicipalMunicipal Pâtes et papierPâtes et papier Secteur agricoleSecteur agricole Aire de manutention, entreposage (solide / vrac)Aire de manutention, entreposage (solide / vrac) Quai de chargementQuai de chargement Stationnement pour l’industrie lourdeStationnement pour l’industrie lourde Compostage / recyclageCompostage / recyclage Dépôt de neige uséeDépôt de neige usée Fondation de routesFondation de routes

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Exemples d’applications - BarragesExemples d’applications - Barrages

AvantagesAvantages Faible contenu en matières Faible contenu en matières

cimentaires (<cimentaires (< 175 kg/m175 kg/m33)) Faible chaleur d’hydratationFaible chaleur d’hydratation Faible coût / mFaible coût / m33

Rapidité de mise en placeRapidité de mise en place Usines en continuUsines en continu ConvoyeursConvoyeurs

Technologie peu complexeTechnologie peu complexe Grande stabilité volumiqueGrande stabilité volumique

Barrage du Lac Robertson – Hydro-QuébecBarrage du Lac Robertson – Hydro-Québec

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AvantagesAvantages Par rapport à un ouvrage en terrePar rapport à un ouvrage en terre

Volume plus faibleVolume plus faible Meilleure résistance à l’érosionMeilleure résistance à l’érosion ImperméabilitéImperméabilité Possibilité de prévoir une centrale adjacente à Possibilité de prévoir une centrale adjacente à

l’ouvragel’ouvrage

Par rapport à un ouvrage en bétonPar rapport à un ouvrage en béton Moins de matières cimentairesMoins de matières cimentaires Rapidité de mise en placeRapidité de mise en place Pas ou peu de coffragesPas ou peu de coffrages

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InconvénientsInconvénients Qualité des parementsQualité des parements Difficulté d’entraîner de l’airDifficulté d’entraîner de l’air Coût de transport des matières cimentaires Coût de transport des matières cimentaires

en régions éloignéesen régions éloignées

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Barrage du Lac RobertsonBarrage du Lac Robertson


25 MPa à 91 jours25 MPa à 91 jours 75 kg/m75 kg/m33 ciment ciment

type 20type 20 75 kg/m75 kg/m33 CV type F CV type F E/L = 0,72E/L = 0,72 Vebe: 15sVebe: 15s Air entraînéAir entraîné 25 000 m25 000 m33

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Exemples d’applications - PavagesExemples d’applications - Pavages

AvantagesAvantages Faible contenu en matières cimentaires (<Faible contenu en matières cimentaires (< 300 kg/m300 kg/m33))

Faible coût / mFaible coût / m33

Propriétés mécaniques élevéesPropriétés mécaniques élevées Compression: > 40 MPaCompression: > 40 MPa Flexion: > 6 MPaFlexion: > 6 MPa

Développement rapide des propriétés mécaniquesDéveloppement rapide des propriétés mécaniques Rapidité de mise en placeRapidité de mise en place

Usines en continuUsines en continu Utilisation de paveusesUtilisation de paveuses

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AvantagesAvantages Durabilité élevéeDurabilité élevée

Résistance à l’abrasionRésistance à l’abrasion Résistance au gelRésistance au gel Bien adapté aux lourdes Bien adapté aux lourdes

chargescharges Pas d’orniéragePas d’orniérage

Peu de main d’œuvrePeu de main d’œuvre Moins de dégagement Moins de dégagement

thermique que l’asphaltethermique que l’asphalte Confort des ouvriersConfort des ouvriers

Technologie peu complexeTechnologie peu complexe Grande stabilité volumiqueGrande stabilité volumique Peu ou pas de jointsPeu ou pas de joints


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InconvénientsInconvénients Qualité esthétique de la Qualité esthétique de la

surfacesurface Texture rugueuseTexture rugueuse Surface moins ferméeSurface moins fermée

Qualité de l’uniQualité de l’uni Surface onduléeSurface ondulée Défauts de planéitéDéfauts de planéité Pour trafic à basse vitesse Pour trafic à basse vitesse

uniquementuniquement Difficulté de réaliser des Difficulté de réaliser des

joints structurauxjoints structuraux Le transfert de charge est Le transfert de charge est

problématique problématique

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Papetterie DOMTAR - Aire d’entreposage du boisPapetterie DOMTAR - Aire d’entreposage du bois

87 000 m87 000 m22

300 kg/m300 kg/m33 ciment ciment 10SF10SF

E/L = 0,32E/L = 0,32 50 MPa à 7 jours50 MPa à 7 jours 2 couches de 2 couches de

150 mm150 mm

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Zone d’arrêt d’autobus – Ville de SherbrookeZone d’arrêt d’autobus – Ville de Sherbrooke

300 kg/m300 kg/m33 ciment ciment type 10SFtype 10SF

Vebe = 40 - 60 sVebe = 40 - 60 s E/L =0,32E/L =0,32 45 MPa à 7 jours45 MPa à 7 jours Air entraînéAir entraîné

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Aire d’entreposage des récoltes (silo horizontal) – Milieu agricoleAire d’entreposage des récoltes (silo horizontal) – Milieu agricole

Environ 40 MPa à 7 Environ 40 MPa à 7 joursjours

280 kg/m280 kg/m33 ciment type ciment type 10 avec CV10 avec CV

E/L = 0,40E/L = 0,40 Pavage complété en 4 Pavage complété en 4

heuresheures

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Principes de base de la technologie des BCRPrincipes de base de la technologie des BCR

Un BCR optimal devrait comporter à peu Un BCR optimal devrait comporter à peu près la quantité de pâte nécessaire pour près la quantité de pâte nécessaire pour remplir les vides du squelette granulaire et remplir les vides du squelette granulaire et pour obtenir la maniabilité désiréepour obtenir la maniabilité désirée Pas assez de pâtePas assez de pâte

Faibles propriétés mécaniquesFaibles propriétés mécaniques, maniabilité trop , maniabilité trop faible, durabilité plus faiblefaible, durabilité plus faible

Trop de pâteTrop de pâte Meilleures propriétés mécaniques, maniabilité trop Meilleures propriétés mécaniques, maniabilité trop

élevée, élevée, coût de production plus élevécoût de production plus élevé

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Les granulats occupent entre 80% et 85% du Les granulats occupent entre 80% et 85% du volume d’un BCR compactévolume d’un BCR compacté

Il est très important de bien choisir les granulatsIl est très important de bien choisir les granulats Maniabilité du BCR fraisManiabilité du BCR frais Propriétés mécaniquesPropriétés mécaniques Coûts de productionCoûts de production

Le choix de la courbe granulométrique est un Le choix de la courbe granulométrique est un élément clé de la formulation d’un BCRélément clé de la formulation d’un BCR

Choix du diamètre maximal du gros granulatsChoix du diamètre maximal du gros granulats Barrages : 40 à 80 mmBarrages : 40 à 80 mm Pavages : généralement 20 ou 25 mmPavages : généralement 20 ou 25 mm

Principes – Principes – Squelette granulaireSquelette granulaire

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Principes – Principes – Production et malaxageProduction et malaxage

Deux types d’unités de productionDeux types d’unités de production Usine stationnaire (premix)Usine stationnaire (premix) Usine en continu (pugmill)Usine en continu (pugmill)

Caractéristiques importantesCaractéristiques importantes FiabilitéFiabilité Taux de productionTaux de production Énergie de malaxageÉnergie de malaxage CalibrageCalibrage

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Principes – Principes – Production et malaxage (suite)Production et malaxage (suite)

Usine portative (pugmill)Usine portative (pugmill) Excellente productivitéExcellente productivité (80 à 150 m(80 à 150 m33/h)/h) Installation à proximité du site de constructionInstallation à proximité du site de construction

(délais de transports réduits)(délais de transports réduits)

Malaxage énergique en continuMalaxage énergique en continu Mélange homogèneMélange homogène Dosage fiable des constituantsDosage fiable des constituants Calibrage facileCalibrage facile

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Usine stationnaireUsine stationnaire Production moins importante Production moins importante (40 à 60 m(40 à 60 m33/h)/h)

La cuve ne doit être remplie qu’à 60%-70% de sa capacitéLa cuve ne doit être remplie qu’à 60%-70% de sa capacité

Dosage très fiableDosage très fiable

Peu de problèmes de calibragePeu de problèmes de calibrage

Temps de malaxage plus long que le béton Temps de malaxage plus long que le béton

conventionnelconventionnel

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Principes – Principes – TransportTransport

PavagePavage Transport à Transport à

l’aide de l’aide de camions à camions à benne benne basculantebasculante

Délai variable Délai variable selon mélange selon mélange et conditions et conditions ambiantesambiantes

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Principes – Principes – Transport (suite)Transport (suite)

BarrageBarrage Camions à benne Camions à benne

basculantebasculante ConvoyeursConvoyeurs

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Principes – Principes – Mise en placeMise en place

PavagesPavages Habituellement à l’aide d’une paveuseHabituellement à l’aide d’une paveuse

Couches de 125 à 175 mmCouches de 125 à 175 mm Capacité de 50 mCapacité de 50 m33 / heure / heure

Paveuse classique (asphalte)Paveuse classique (asphalte) Compactage 70% à 80%Compactage 70% à 80%

Paveuse haute performance (Type ABG Titan)Paveuse haute performance (Type ABG Titan) Compactage > 90%Compactage > 90%

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Principes – Principes – Mise en placeMise en place

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Principes - Principes - CompactageCompactage

Toutes les propriétés des BCR sont Toutes les propriétés des BCR sont étroitement liées au étroitement liées au degré de compactagedegré de compactage

Un BCR parfaitement compacté devrait avoir Un BCR parfaitement compacté devrait avoir une résistance à la compression une résistance à la compression comparable à celle d’un béton comparable à celle d’un béton conventionnel de même rapport E/Lconventionnel de même rapport E/L En pratique, il est difficile d’atteindre un En pratique, il est difficile d’atteindre un

compactage parfait (BCR pour pavages)compactage parfait (BCR pour pavages)

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Principes - Principes - Compactage (suite)Compactage (suite)

Rouleaux vibrateursRouleaux vibrateurs (en mode statique et en mode dynamique)(en mode statique et en mode dynamique)

Rouleau à pneus de caoutchoucRouleau à pneus de caoutchouc

(Meilleur fini de surface)(Meilleur fini de surface)

10 tonnes à cylindres d’acier10 tonnes à cylindres d’acier 1,5 tonnes à cylindres d’acier1,5 tonnes à cylindres d’acier

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Principes - Principes - Compactage (suite)Compactage (suite)

Un bon contrôle du compactage au chantier est Un bon contrôle du compactage au chantier est essentielessentiel Un compactage déficient (< 97%) peut diminuer très Un compactage déficient (< 97%) peut diminuer très

significativement les caractéristiques d’un BCR pour significativement les caractéristiques d’un BCR pour pavagepavage

Contrôle de la compacité in situContrôle de la compacité in situ NucléodensimètreNucléodensimètre

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Principes - Principes - MûrissementMûrissement

Pendant la mise en place, il est important de Pendant la mise en place, il est important de maintenir l’humidité superficielle des surfaces maintenir l’humidité superficielle des surfaces exposéesexposées Retardateur d’évaporationRetardateur d’évaporation Vaporisation d’eau en bruineVaporisation d’eau en bruine

Ville de Montréal Ville de Montréal

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Principes - Principes - Mûrissement (suite)Mûrissement (suite)

Application d’un Application d’un

produit de cure produit de cure

pigmenté blanc pigmenté blanc

immédiatement immédiatement

après le après le

compactage final compactage final

du BCRdu BCR

Ville de Montréal

Ville de Montréal

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Principes - Principes - JointsJoints

Joints sciés pour le contrôle du retraitJoints sciés pour le contrôle du retrait Réalisés le lendemain matin de chaque journée de Réalisés le lendemain matin de chaque journée de

bétonnagebétonnage Sciage sur 1/4 de l’épaisseurSciage sur 1/4 de l’épaisseur Espacement de 10 à 20 mEspacement de 10 à 20 m


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Propriétés fondamentales - Propriétés fondamentales - ManiabilitéManiabilité

La maniabilité (temps de consolidation La maniabilité (temps de consolidation Vebe) est une propriété très importante du Vebe) est une propriété très importante du BCRBCR

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Propriétés fondamentales – Propriétés fondamentales – Maniabilité (suite)Maniabilité (suite)

La qualité du BCR en place est étroitement La qualité du BCR en place est étroitement liée à la maniabilité du BCR fraisliée à la maniabilité du BCR frais

Les techniques de mise en place exigent Les techniques de mise en place exigent que le temps Vebe soit compris à que le temps Vebe soit compris à l’intérieur de certaines plages optimalesl’intérieur de certaines plages optimales

Barrages: 10 à 20 secondes (approche « béton »)Barrages: 10 à 20 secondes (approche « béton ») Pavages: 30 à 90 secondesPavages: 30 à 90 secondes

La maniabilité est principalement fonction La maniabilité est principalement fonction du dosage en pâtedu dosage en pâte

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Propriétés fondamentales – Propriétés fondamentales – Maniabilité (suite)Maniabilité (suite)

Consistance Consistance trop «humide»trop «humide» Remontée d’eau en surfaceRemontée d’eau en surface Déformation excessive sous le Déformation excessive sous le

poids des équipements de mise poids des équipements de mise en place (uni de mauvaise en place (uni de mauvaise qualité)qualité)

Consistance Consistance trop «sèche»trop «sèche» Risque de ségrégationRisque de ségrégation Diminution de l’adhérence entre Diminution de l’adhérence entre

les couchesles couches Surface mal «fermée»Surface mal «fermée»

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Propriétés fondamentales – Propriétés fondamentales – Prop. mécaniquesProp. mécaniques

PavagesPavages Les propriétés mécaniques doivent être Les propriétés mécaniques doivent être

suffisantes pour résister aux charges suffisantes pour résister aux charges structurales, à l’abrasion et au gel-dégel structurales, à l’abrasion et au gel-dégel

Prise en compte de la charge de servicePrise en compte de la charge de service Prise en compte de l’épaisseurPrise en compte de l’épaisseur Prise en compte des conditions climatiquesPrise en compte des conditions climatiques

Résistance à la compression : 40 MPa à 70 MPaRésistance à la compression : 40 MPa à 70 MPa Résistance à la flexion : 6 MPa à 8 MPa à 7 jours Résistance à la flexion : 6 MPa à 8 MPa à 7 jours

Attention au contrôle de la compacité au chantier !Attention au contrôle de la compacité au chantier !

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Résistance à la compression (pavage)Résistance à la compression (pavage)

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3

4

5

6

7

8

9

40 60 80

Résistance à la compression (MPa)

Mod

ule

de r

uptu

re (

MP

a)

BCRBéton Usuel

Résistance à la flexion (pavage)Résistance à la flexion (pavage)

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Comportement structural d’une chaussée en BCRComportement structural d’une chaussée en BCR Quai de déchargement de la neige de la Ville de MontréalQuai de déchargement de la neige de la Ville de Montréal

Environ 70 000 camions par saison hivernaleEnviron 70 000 camions par saison hivernale Dalle de 225 mm – Superficie : 21 000 mDalle de 225 mm – Superficie : 21 000 m22

Compression : 40 MPa , Flexion : 5 – 6 MPa (7 jours)Compression : 40 MPa , Flexion : 5 – 6 MPa (7 jours) Mesures au FWDMesures au FWD

Charge de 40 kNCharge de 40 kN Plaque de 300 mmPlaque de 300 mm

Ville de Montréal Ville de MontréalVille de Montréal

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Les défis à releverLes défis à relever

Amélioration de la texture de surfaceAmélioration de la texture de surface Demande pour une surface plus « fermée »Demande pour une surface plus « fermée »

Diminution du diamètre maximal du granulatDiminution du diamètre maximal du granulat Utilisation d’air entraînéUtilisation d’air entraîné Rouleaux avec pneus de caoutchoucRouleaux avec pneus de caoutchouc

Amélioration de l’uniAmélioration de l’uni Nécessaire pour une circulation à haute Nécessaire pour une circulation à haute

vitessevitesse Actuellement, les défauts de planéité limitent Actuellement, les défauts de planéité limitent

les pavages en BCR aux applications les pavages en BCR aux applications industriellesindustrielles

Possibilité d’un recouvrement mince en asphaltePossibilité d’un recouvrement mince en asphalte

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Les défis à releverLes défis à relever

Développer une technologie pour Développer une technologie pour améliorer le transfert de chargeaméliorer le transfert de charge Au niveau des jointsAu niveau des joints Au niveau des fissures les plus ouvertesAu niveau des fissures les plus ouvertes


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ConclusionsConclusions

La technologie des BCR est éprouvée et de plus La technologie des BCR est éprouvée et de plus en plus utiliséeen plus utilisée Barrages, pavagesBarrages, pavages

Les BCR sont particulièrement bien adaptés pour Les BCR sont particulièrement bien adaptés pour la construction de pavages très sollicitésla construction de pavages très sollicités

Durée de vie plus longue que celle d’un pavage en Durée de vie plus longue que celle d’un pavage en asphalteasphalte

Plus économique qu’un pavage conventionnel en bétonPlus économique qu’un pavage conventionnel en béton Rapidité de constructionRapidité de construction Coûts d’entretient plus faibles (par rapport à l’asphalte)Coûts d’entretient plus faibles (par rapport à l’asphalte)

Actuellement, technologie limitée aux pavages Actuellement, technologie limitée aux pavages pour véhicules à basse vitessepour véhicules à basse vitesse

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ConclusionsConclusions

Les BCR sont des matériaux hautement Les BCR sont des matériaux hautement optimisésoptimisés Propriétés mécaniques élevées pour un dosage en Propriétés mécaniques élevées pour un dosage en

ciment donnéciment donné Rapport flexion / compression élevé Rapport flexion / compression élevé

Les BCR peuvent être produits sans Les BCR peuvent être produits sans adjuvants de haute technologieadjuvants de haute technologie

Technologies de production et de mise en Technologies de production et de mise en place simples et rapidesplace simples et rapides

Peuvent contenir de forts dosages en ajouts Peuvent contenir de forts dosages en ajouts minérauxminéraux

1 les bétons compactés au rouleau - principes, applications et nouveaux développements richard...

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