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LES GIRATOIRES EN BETON ARME CONTINU CONCEPTION MISE EN UVRE

IR. RAOUL DUMONT Service Public de Wallonie

Direction des Routes de Mons

IR. CLAUDE PLOYAERT Febelcem

Rsum En Belgique, comme dans de nombreux pays europens, la gestion aux carrefours est de plus en plus souvent organise par des giratoires prioritaires, plus srs et plus fluides. En cas de trafic lourd et dense, les revtements y sont particulirement sollicits, tant par les efforts rsultant de la force centrifuge que par la surcharge apporte par les roues extrieures suite au dversement latral des vhicules. Les consquences de ces sollicitations sont : un ornirage du revtement, un glissement de la couche de roulement, un arrachement des granulats en surface, voire mme, un faenage par dfaut de portance de la chausse au droit du passage des roues extrieures des vhicules.

Au vu de ces constatations, la construction de giratoires en bton arm continu a t envisage. Les premiers giratoires ont t construits en 1995 et ceux-ci prsentent toujours un trs bon comportement. Il sagit, donc, dune technique prouve et qui mrite dtre applique plus grande chelle.

Ainsi, cet article prsente les particularits de conception et dexcution du bton arm continu dans les giratoires.

Samenvatting In Belgi, zoals in veel andere Europese landen, worden de kruispunten steeds vaker als voorrangrotondes ingericht. Deze verzekeren immers een veiligere en soepelere doorgang. Bij zwaar en druk verkeer wordt het wegdek er zwaar belast. Naast spanningen veroorzaakt door de middelpuntvliedende kracht, is er de extra belasting afkomstig van overhellende voertuigen waardoor grotere krachten inwerken op de buitenste wielen. De gevolgen van deze belastingen zijn : spoorvorming, afschuiving van de toplaag, afrukken van de granulaten aan het oppervlak, scheurvorming door gebrek aan draagkracht van de rijweg ter hoogte van de buitenste wielen van de voertuigen.

Met deze vaststellingen voor ogen werd besloten om rotondes te bouwen in doorgaand gewapend beton. De eerste rotondes dateren van 1995 en zijn nog steeds in bijzonder goede staat. Dit bewijst dat deze beproefde techniek gerust op grotere schaal kan toegepast worden.

Dit artikel behandelt de ontwerp- en uitvoeringsbijzonderheden van rotondes in doorgaand gewapend beton.

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1. Introduction

En Belgique, comme dans de nombreux pays europens, la gestion aux carrefours est de plus en plus souvent organise par des giratoires prioritaires, plus srs et plus fluides. En cas de trafic lourd et dense, les revtements y sont particulirement sollicits, tant par les efforts rsultant de la force centrifuge que par la surcharge apporte par les roues extrieures suite au dversement latral des vhicules. Les consquences de ces sollicitations sont : un ornirage du revtement, un glissement de la couche de roulement, un arrachement des granulats en surface, voire mme, un faenage par dfaut de portance de la chausse au droit du passage des roues extrieures des vhicules. Au vu de ces constatations, la construction de giratoires en bton arm continu a t envisage. Ces premiers giratoires ont t construits en 1995.

2. Pourquoi prvoir un revtement en bton et en bton arm continu

Deux raisons particulires justifient le choix dun revtement en bton pour les giratoires, savoir :

- la suppression du risque de dformation suite aux sollicitations dues aux vhicules lourds se dplaant allure modre ;

- llimination des phnomnes de glissement de la couche de roulement dus aux sollicitations de la force centrifuge.

Lors de la conception dun giratoire en dalles de bton, une attention particulire doit tre porte sur la position des joints de retrait et de construction. En effet, des dalles trop grandes ou prsentant des angles aigus peuvent rapidement conduire des fissure erratiques non dsires. Lauteur de projet dessinera donc soigneusement lemplacement de tous les joints lors de llaboration du projet de louvrage. Lorsque le giratoire est appel supporter un trafic plus important, les joints seront bien sr goujonns. L aussi, le positionnement des goujons lors de la mise en uvre du bton est fondamental pour viter le blocage des joints.

Le bton arm continu permet, quant lui : - par la prsence des armatures transversales, de reprendre la pousse au vide due

aux efforts radiaux ; - par la prsence des armatures longitudinales continues, de supprimer les joints de

retrait classiques ncessaires dans des revtements en bton non arm et donc dviter les charges en coin de dalle.

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Les effets de bord restent toutefois importants. Le dimensionnement de la structure et des armatures devra en tenir compte. Une solution peut consister en une surpaisseur de la fondation en bton maigre sur la partie extrieure de lanneau qui permet de renforcer la structure de la chausse dans sa zone la plus sollicite (figure 1).

Figure 1 : Exemple de profil en travers type

3. Ralisation des giratoires en bton arm continu

Toutes les rgles de lart propres au bton arm continu (BAC) classique sont, bien entendu, applicables galement aux giratoires. Les prescriptions des Cahiers des Charges-types en vigueur pour les revtements en bton arm continu doivent tre respectes.

Diffrents aspects seront abords : les coffrages, le ferraillage, le btonnage manuel ou la machine coffrages glissants ainsi que divers points particuliers.

3.1. Les coffrages

Si le btonnage est ralis au moyen dune machine coffrages glissants le revtement est btonn avant les lments linaires. Si le btonnage est ralis au moyen dune poutre vibrante, les lments linaires peuvent servir de coffrage tant lintrieur qu lextrieur de lanneau. Au droit des accs le coffrage est ralis au moyen dlments de madriers de 50 cm un mtre de longueur et de hauteur gale lpaisseur du bton mettre en uvre. Ces madriers sont, ventuellement, solidariss au moyen dattaches incruster dans le bois pour permettre le glissement parfait de la poutre vibrante (figure 2.). A lextrieur, ils sont contrebuts par un sable stabilis.

1 : Bton arm continu : 20 23 cm 2 : Bton bitumineux, type 3 : 5 cm 3 : Bton maigre : variable de 20 35 cm 4 : Sous-fondation : 40 cm

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Figure 2 : Coffrages fixes raliss au moyen de madriers au niveau des accs.

3.2. Le ferraillage

Selon le CCT RW 99, les armatures longitudinales et transversales sont places, en voirie, conformment aux principes schmatiss la figure 3 ci-aprs. Pour un giratoire, la disposition des armatures suit ces mmes prescriptions lexception des points noncs ci-aprs. Le ferraillage doit de plus tre conforme au tableau 1 ci-aprs .

Epaisseur du revtement (mm) 200 230 Diamtre nominal des armatures longitudinales (mm) 16 20 Diamtre nominal des armatures transversales (mm) 14 16 Ecartement (e) des axes des armatures longitudinales (mm) 130 180 Distance entre le nu suprieur des barres longitudinales et la surface du revtement fini (mm) 70 90 80 100 Hauteur du support (mm) 100 120

Tableau 1 : Prescriptions concernant le ferraillage

Pour un giratoire, larmature longitudinale doit suivre parfaitement la courbure du giratoire. Le recouvrement de ces armatures une longueur au moins gale 35 fois le diamtre nominal mais il est assez difficile de conserver un angle de recouvrement constant. (avec la perpendiculaire la tangente laxe de la voirie (le rayon)) ; il y a donc lieu de faire varier la longueur de recouvrement en fonction du rayon du cercle form par larmature longitudinale ou de diminuer la longueur de larmature longitudinale lintrieur de lanneau. Il est important, afin dviter une concentration de recouvrements de barres dans une mme section radiale, que ces recouvrements ne soient pas disposs tous sur un mme rayon.

Larmature transversale fait un angle de 60 avec l a tangente laxe de la voirie. Au niveau entre-distance des barres transversales, plusieurs configurations sont possibles. Une premire consiste afin dviter un espacement trop grand lextrieur de lanneau, de laisser un cartement de 70 cm entre deux transversales au 1/3 de la largeur de lanneau partir du bord extrieur. De plus, lors de la construction dun giratoire de plus de 20 m de rayon

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intrieur, une barre transversale complmentaire est mise en uvre sur le demi anneau extrieur afin dviter un changement brusque de section dacier. Ces armatures complmentaires sont dcales dun mtre. Une seconde consiste pratiquer un cartement (toujours orthogonal entre deux transversales) de maximum 70 cm lextrieur de lanneau et de minimum 20 cm lintrieur de lanneau. La longueur des barres transversales est donc, ventuellement, diminue lintrieur afin dobtenir cette entre-distance dau minimum 20 cm.

Figure 3 : Plan des armatures en voirie selon le CCT RW 99

Figure 4 : Dans le cas dun giratoire de plus de 20 m de

diamtre, des armatures transversales supplmentaires

sont places sur le demi anneau extrieur, celles-ci sont

dcales dun mtre

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Calcul de la longueur des armatures transversales

Dans un cercle de rayon R, la longueur dune corde k peut tre calcule par la formule :

)1()(2 fRRk = Qui scrit galement :

)2()2(2 fRfk = Avec f gale la flche. Ainsi, pour un giratoire de rayon intrieur Ri et de rayon extrieur Re, la longueur des armatures transversales qui font un angle de 60 av ec la tangente laxe peut tre calcule comme ci-aprs.

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Nous avons :

)3(3011

1

bad

tg+

=

Par (2), il peut tre dduit que : )4()2( 111 brbd i =

Or,

)5(7021

=

la

Avec l gal la largeur de lanneau en bton arm continu.

Par (3), (4) et (5), b1 est calcul en rsolvant lquation du second degr suivante : )6(030)2302()130( 212211221 =+++ atgrtgabtgb i

Connaissant b1, c1 est calcul. En effet :

)7(30cos1

11

c

ba +=

)8(30cos

111

bac

+=

Nous avons galement :

)9(3022

2

bad

tg

=

Par (2), il peut tre dduit que : )10()2( 222 brbd e =

Or,

)11(70212

==

laa

Et donc, par (9), (10) et (11), b2 est calcul en rsolvant lquation du second degr suivante :

)12(030)2302()130( 222222222 =+++ atgrtgabtgb e Connaissant b2, c2 est calcul. En effet :

)13(30cos2

22

c

ba =

)14(30cos

222

bac

=

La longueur des armatures transversales est donc gale :

)15(30cos30cos

221121

babaccLt

++

=+=

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En considrant un giratoire dont lanneau en bton arm continu un rayon intrieur de 10 m et un rayon extrieur de 20 m, nous avons donc : l = 10 m a1 = a2 = 4,93 m Re = 20 m re = 19,93 m Ri = 10 m ri = 10,07 m Nous obtenons b1 = 0,500 m et b2 = 0,189 m La longueur Lt des armatures transversales est donc de :

mLt 74,1130cos189,0930,4

30cos500,0930,4

=

++

=

Il peut donc tre not que dans un giratoires, la longueur des armatures transversales est lgrement suprieure celle en section droite. Dans le cas dune largeur de 10 m, 11,74 m

en giratoire et 11,39 m en section droite (30cos

14,010 = ) (voir figure 3).

Le calcul prcis nonc ci-avant permet donc de prvoir correctement la longueur des armatures transversales.

3.3. Le btonnage

3.3.1. Btonnage la poutre

Cette technique a le plus souvent t utilise compte tenu de la possibilit d'adapter une poutre vibrante la largeur de btonnage. Cette poutre glisse l'intrieur de l'anneau sur la bordure du semi-franchissable ou sur la bordure intrieure du rond-point. Afin de corriger les ventuelles dnivellations de ces bordures, la poutre vibrante prend appui sur la bordure par l'intermdiaire d'une poutre articule dune longueur de 2 m minimum. La hauteur de la poutre par rapport la bordure doit pouvoir tre rgle pour l'adapter la saillie impose la bordure.

Aprs mise en uvre et nivellement du bton par une grue (figure 5a), et avant le passage de la poutre vibrante (figure 5b), le bton est vibr au moyen d'aiguilles vibrantes (figure 5c) ; il est conseill de prvoir une aiguille vibrante par 1,50 m de largeur de btonnage.

La raclette lisseuse permet de faire disparatre les petites dnivellations dues aux arrts de la poutre (figure 5d).

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3.3.2. Btonnage la machine coffrages glissants

Cette technique de btonnage prsente plusieurs difficults. Il faut disposer d'une machine pouvant btonner sur 8 voire mme 9 ou 10 m de largeur pour les giratoires de grande dimension. Les amorces des voies d'entre et de sortie sont difficilement ralises dans la mme phase. Si le giratoire se btonne en une seule journe, le nettoyage de la machine en fin de btonnage doit s'excuter sur le revtement non entirement durci et la machine est bloque sur le giratoire pendant quelques jours, le temps ncessaire au bton pour atteindre une rsistance suffisante pour tre circul.

a b

c d Figure 5 : Btonnage la poutre

Figure 6 : Btonnage la machine coffrages glissants

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3.3.3. Quelques mesures particulires

Le btonnage en une phase et une journe

La fermeture du btonnage de lanneau se ralisant sur un bton non encore durci, il y a lieu de prvoir une passerelle pour permettre la finition du joint sans marcher dans le bton. De plus, si le btonnage est suprieur 150 m, deux quipes sont ncessaires, elles se relaieront aprs 10 heures de travail.

Figure 7 : Fermeture du giratoire sur bton non durci

Le btonnage en une phase et deux journes

Lorsque le btonnage dpasse 150 m, il peut tre envisag de raliser un joint de fin de journe. Ce joint est excuter au droit d'un des lots des voiries d'accs afin d'viter, tout comme pour le joint de dbut de btonnage, les sollicitations plus importantes au droit des zones d'entre et de sortie.

Le btonnage en deux phases

Si pour des raisons de circulation, le carrefour ne peut tre isol, le btonnage en deux phases peut tre envisag. Les mouvements aux extrmits dus au retrait et aux variations de temprature restent, en gnral, limits. Ainsi, aucune prcaution ne doit tre prise ce niveau sauf pour des giratoires rayon extrme mais dans ce cas, il ny a normalement pas de problme de circulation ou encore si le temps qui spare les deux phases de btonnage est trs long (un an voire plus). Dans ce cas, les deux extrmits du revtement doivent alors tre charges (par exemple, par du sable humide) pour viter les mouvements d'extrmits; le chargement prconis s'effectue sur toute la largeur du revtement, sur une paisseur minimum de 50 cm et une longueur de 15 m. En cas de manque de place, cette longueur peut tre rduite pour autant que l'paisseur du chargement soit augmente. Une poutre (ou cule) d'ancrage peut remplacer le chargement.

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Figure 8 : Btonnage en 2 phases distinctes

Un aspect important est la longueur des barres longitudinales en attentes. Il y a intrt faire varier la longueur de celles-ci afin dviter une concentration importante de recouvrements dans une mme section radiale. Une solution consiste prolonger les barres longitudinales alternativement de 1, 2, 3, 4 et 5 m (figure 9)

Figure 9 : Exemple de variation de la longueur des armatures longitudinales dans un joint de construction afin dviter une concentration importante de recouvrements dans un mme axe

Le btonnage des amorces

Afin d'viter un coin de dalle dans la zone d'accs particulirement sollicite, les amorces des entres et sorties en bton sont coffres, ferrailles et btonnes en mme temps que l'anneau. Lamorce doit tre tel que la dimension du plus petit ct soit dau moins 1 m.

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Le btonnage des accs

Les accs un carrefour giratoire constituent toujours des zones particulirement sollicites (freinage, acclration, efforts tangentiels). Il est donc aussi souhaitable de raliser le revtement des accs en bton. Dans ce cas il y a lieu d'ancrer l'accs l'anneau pour assurer la continuit du revtement en bton. Lancrage est ralis avec des barres de 16 mm de diamtre et de 1 m de longueur place tous les 40 cm mi-hauteur du joint de construction. Ensuite, les joints transversaux sont raliss, ceux-ci sont classiquement goujonns. Les dalles sont non armes ou armes si celles-ci sont de forme complexe. Dans le cas de dalles armes, larmature est gnralement un treillis 10 mm 150 x 150 et est place dans le tiers suprieur de la dalle en bton (figure 10).

Si l'on ne dispose pas d'une poutre vibrante largeur variable, un des cts de l'accs doit tre coffr afin de permettre Ia poutre de surplomber le coffrage dans la zone rtrcie. Par contre, si la mise en uvre est ralise avec une poutre largeur variable, le btonnage peut se raliser entre lments linaires.

L'accs au carrefour giratoire peut ventuellement tre accentu par une modification de la couleur du bton.

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Figure 10 : Schma de principe au niveau des dalles daccs : dalles armes, dalles non armes, joints ancrs, joints goujonns,

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Figure 11 : Btonnage des amorces

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Figure 12 : Les dalles daccs sont armes et ancres au giratoire

La protection des avaloirs

Les avaloirs ventuels doivent tre protgs pour viter que du bton ou de la laitance, dans le cas dun dnudage de la surface du bton, ne pntre dans le systme d'coulement des eaux.

Dans le cas dun btonnage la poutre vibrante, la mise niveau du coffrage doit tre ralise au moyen d'une planche colle sur le bord de l'avaloir pour assurer la continuit du chemin de roulement.

Figure 13 : Protection des avaloirs

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Lapprovisionnement du bton

Que le btonnage soit ralis en une ou deux phases, la place disponible l'extrieur de l'anneau ne permet pas souvent la circulation des grues et des camions d'approvisionnement de bton, c'est pourquoi cet approvisionnement s'effectue parfois par l'lot central. Un passage dans l'armature doit tre laiss ouvert. Ce passage est referm en fin de btonnage et la grue reste dans l'lot pour achever le btonnage ne pourra en sortir qu'aprs quelques jours.

Figure 14 : Approvisionnement du bton par llot central

Le joint de dbut de journe doit tre coffr pour assurer sa planit et son orthogonalit. Ce joint doit tre immdiatement nettoy afin d'viter le travail ultrieur au marteau pic qui pourrait fissurer le bton.

Intgration dun giratoire au milieu dune chausse en bton arm continu existante

Il est de plus en pus frquent de vouloir insrer un giratoire au niveau dun carrefour existant mais dont la chausse principale est dj existante et au moyen dun revtement en bton arm continu. Lintgration du giratoire va donc interrompre la continuit des armatures longitudinales. Afin dviter les mouvements importants dus au retrait et aux variations de temprature des extrmits du revtement interrompu, celles-ci doivent tre charges. Le chargement prconis s'effectue sur toute la largeur du revtement, sur une paisseur minimale de 50 cm et une longueur de 15 m. En cas de manque de place, cette longueur peut tre rduite pour autant que l'paisseur du chargement soit augmente. Le revtement sera ensuite ancr au nouveau giratoire en bton arm continu.

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4. Conclusions

Depuis, le premier giratoire en bton arm continu, ralis dans le Hainaut occidental fin mai 95, lextrmit de la N52, au croisement des accs aux carrires CCB et un zoning industriel, ce ne sont pas moins de 80 anneaux en bton arm continu qui ont t raliss en Wallonie et en Flandre. En fonction des difficults ou des contraintes rencontres sur chacun des chantiers, la technique de mise en uvre a t affine.

Les giratoires en bton offrent en tout cas :

- une rsistance efficace aux sollicitations ; - des solutions varies telles que des dalles en bton ou du bton arm continu, le

travail en faibles ou grands rayons de courbure, un choix multiple de textures ou de couleurs, une intgration tout type denvironnement ;

- une excution rapide et un entretien rduit.

Dans tous les cas, les giratoires en bton demandent une tude pralable dtaille et une excution soigne, tenant compte des contraintes locales. Il reste l encore des amliorations apporter, notamment :

- l'accs l'lot central pour l'approvisionnement du bton ; - le droulement correct du plastique pour viter les plis ct intrieur ; - le remplacement des barres par des torons dans les anneaux de petit diamtre ; - le btonnage des anneaux larges en deux anneaux concentriques, qui permettrait le

btonnage au moyen de machines coffrages glissants courantes.