rn61 – route mons – tournai – section bury … · gewapend beton (overlay) over een lengte...
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RN61 – ROUTE MONS – TOURNAI – SECTION BURY BRAFFE
UNE MODESTE RÉNOVATION À LONGUE DURÉE DE VIE RAYMOND DEBROUX
Service Public de Wallonie – Direction générale « R outes et Bâtiments » ANDRE JASIENSKI
Fédération belge de l’Industrie cimentière
Résumé Parmi les nombreuses recherches et applications en matière de revêtements routiers en béton de ciment que la Direction des Routes de Mons a conduites depuis plusieurs décennies, il est une section de chaussée particulièrement remarquable, parce qu’après bientôt 40 ans d’existence, elle présente toujours et à très peu de frais d’entretien, toutes les caractéristiques de stabilité, de confort et de sécurité attendues. En 1968, l’état de la chaussée dont le revêtement était constitué soit d’un simple pavage, soit de dalles de béton de ciment, sans fondation, était particulièrement déplorable. En collaboration avec le Centre de recherches routières (CRR) et le Centre de recherches de l’industrie cimentière (CRIC), les conditions d’un chantier expérimental de rénovation par la pose d’un béton armé continu (overlay), sur une longueur de 3 km, ont été définies. L’ensemble de ce revêtement a été divisé en 6 sections, qui se différencient par les caractéristiques du ferraillage. En 1996, soit près de 30 ans après cette rénovation, après quelques réparations localisées, la chaussée, devenue la route régionale N50, a été recouverte d’un RUMG, revêtement ultra-mince grenu bitumineux, de 2 cm d’épaisseur. Cette communication décrit tous les aspects techniques de ce projet, dont la pertinence est examinée a posteriori à l’aide du logiciel de dimensionnement conçu ces dernières années au sein du Ministère de l’Equipement et des Transports de la Région wallonne.
Samenvatting Bij de vele onderzoekingen en toepassingen die de wegendirectie van Bergen al tientallen jaren op het gebied van wegverhardingen uitvoert, springt één wegvak bijzonder in het oog doordat het, bijna veertig jaar nadat het is (her)aangelegd, nog steeds zeer weinig onderhoudskosten geeft en alle verwachtingen op het vlak van stabiliteit, comfort en veiligheid blijft inlossen. In 1968 lag deze weg, die deels met straatkeien en deels met cementbetonplaten zonder fundering was verhard, er bijzonder slecht bij. In samenwerking met het Opzoekingscentrum voor de Wegenbouw (OCW) en het Centrum voor Onderzoek der Cementnijverheid (OCCN) werden toen de voorwaarden vastgelegd voor een experimentele renovatie met doorgaand gewapend beton (overlay) over een lengte van 3 km. De nieuwe verharding werd in zes deelvakken verdeeld, die van elkaar verschilden door de kenmerken van de wapening. In 1996, dus bijna dertig jaar na deze renovatie, werd de weg, die ondertussen gewestweg N50 was geworden, na enkele plaatselijke reparaties overlaagd met RUMG (een ultradunne, grofkorrelige asfalttoplaag) ter dikte van 2 cm. De hiernavolgende bijdrage beschrijft de technische aspecten van dit project, waarvan de deugdelijkheid getoetst werd met dimensioneringssoftware die het ministerie voor infrastructuur en vervoer (MET) van het Waalse Gewest de laatste jaren heeft ontworpen.
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1. Elaboration du projet C’est en 1968 qu’une délégation de techniciens belges effectuait une mission d’études aux
Etats-Unis, sous le haut patronage du Ministre des Travaux Publics.
Le but de cette mission était de parfaire les connaissances par l’étude des conditions
d’exécution des revêtements en béton armé continu.
Déjà en 1950, la première expérience belge en la matière avait été réalisée à Leuze, sur un
tronçon de la route nationale Bruxelles-Tournai.
Après la mission précitée, plusieurs chantiers expérimentaux ont été projetés et celui des
travaux de rénovation de la RN61 en 1969 en faisait partie.
Comme le montre la photo 1 datant de 1968, l’état de la chaussée dont le revêtement était
constitué soit d’un simple pavage en pavés de pierre naturelle, soit de dalles de béton de
ciment, sans fondation, était particulièrement déplorable. Il n’existe plus de photo d’époque
de la partie avec dalles de béton.
Photo 1 (1968)
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La RN61 est située sur l’itinéraire entre les villes de Mons et de Tournai.
C’est une région où l’exploitation de carrières de pierre calcaire, la présence de cimenteries,
de centrales à béton, de centrales d’enrobage pour la préparation de produits bitumineux
engendrent un charroi lourd intense sur le réseau routier.
Le milieu est également agricole, avec surcroît périodique de trafic lourd, notamment lors
des campagnes betteravières.
A cette époque, le réseau autoroutier était en construction et une voirie telle que la RN61
supportait la totalité du trafic dans sa zone de desserte et d’influence.
Selon les prévisions, ce réseau, et dans cette région, l’autoroute E42-A16, ne deviendrait
opérationnel qu’au cours de la décennie suivante et il était plus qu’urgent d’intervenir, afin
d’éviter une perte totale de viabilité de la RN61.
En 1968, en collaboration avec le Centre de recherches routières (CRR) et le Centre de
recherches de l’industrie cimentière (CRIC), les conditions d’un chantier expérimental de
rénovation par la pose d’un béton armé continu sur une longueur de 3 km ont été définies.
Profil en travers-type La technique de restauration retenue est celle de l’overlay, qui consiste à recharger la
chaussée existante d’un nouveau revêtement en béton, en évitant la démolition et le
RN61
E42-A16
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remplacement de la structure existante. Le pavage existant sert de fondation, avec
interposition d’une couches d’enrobés denses bitumineux de reprofilage de 4 cm d’épaisseur
minimale. Les élargissements reposent sur une couche de béton maigre armé de 30 cm
d’épaisseur.
Les 300 premiers mètres (côté Tournai) sont constitués de dalles en béton de ciment qui
serviront de fondation au nouveau revêtement, avec également interposition d’une couche
bitumineuse.
Le revêtement est un béton armé continu de 20 cm d’épaisseur, posé en 2 bandes de 3,5 m
de largeur. 2. Données techniques Ferraillage Toutes les barres du ferraillage sont à adhérence améliorée, avec une limité élastique de
l’acier supérieure ou égale à 50 kg/mm².
Avec une longueur exacte de 2857 m, le chantier a été divisé en 6 sections qui se
différencient par les caractéristiques du ferraillage :
Section 1
- treillis soudés en usine : barres longitudinales BL Ø 20 mm, espacées de El =15 cm
et barres transversales BT Ø 10 mm, espacées de Et = 31,5 cm.
- treillis étroits (4 treillis sur une largeur de 3,5 m)
- décalage des recouvrements longitudinaux permettant de réduire à 25 % le nombre
de barres se recouvrant dans une même section transversale
- supports en fil Ø 8 soudés aux armatures transversales
- poids total d’acier en kg/m² de revêtement : 18,6
Section 2
- treillis ligaturés : BL Ø 20, El = 15 cm, BT Ø 12, Et = 100 cm
- transversales obliques par rapport à l’axe de la chaussée
- poids total d’acier en kg/m² de revêtement : 17,4
Section 3
- treillis soudés en usine : BL Ø 20, El = 15 cm, BT Ø 10, Et = 31,5 cm
- treillis larges (2 treillis sur une largeur de 3,5 m)
- recouvrements longitudinaux suivant une oblique à 60° par rapport à l’axe de la
chaussée
- supports en fil Ø 8 soudés aux armatures transversales
- poids total d’acier en kg/m² de revêtement : 18,4
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Section 4
- treillis ligaturés : BL Ø 20, El = 15 cm, BT Ø 12, Et = 100 cm
- poids total d’acier en kg/m² de revêtement : 17,3
Section 5
- treillis soudés en usine : BL Ø 20, El = 15 cm, BT Ø 12, Et = 50 cm
- treillis large (2 treillis sur une largeur de 3,5 m)
- recouvrements longitudinaux suivant une oblique à 60° par rapport à l’axe de la
chaussée
- supports en fil Ø 8 soudés aux armatures transversales
- transversales obliques par rapport à l’axe de la chaussée
- poids total d’acier en kg/m² de revêtement : 18,7 Section 6
- treillis soudés en usine : BL Ø 20, El = 15 cm, BT Ø 10, Et = 40 cm
- treillis étroits (4 treillis sur une largeur de 3,5 m)
- décalage des recouvrements longitudinaux permettant de réduire à 25 % le nombre
de barres se recouvrant dans une même section transversale
- supports en fil Ø 8 soudés aux armatures transversales
- poids total d’acier en kg/m² de revêtement : 18,2
Il est à noter que, du fait de l’absence de tout recouvrement transversal, le poids d’acier par
m² de treillis ligaturé est toujours inférieur à celui des treillis soudés.
Joint longitudinal Il est prévu de bétonner le revêtement en 2 bandes de 3,5m de large.
Le cahier des charges impose un joint longitudinal à emboîtement, avec barres d’ancrage à
adhérence améliorée de 15 mm de diamètre, de 600 mm de longueur et espacées de 75 cm.
Afin d’éviter de percer les coffrages, des barres pliées à 90° furent ligaturées sous la nappe
d’armatures lors du bétonnage de la première bande.
La partie pliée des barres était enveloppée d’une feuille de polyéthylène afin de faciliter le
dégagement après décoffrage.
Joints transversaux Les seuls joints transversaux sont des joints de reprise verticaux et perpendiculaires à l’axe
de la route, au droit desquels l’armature longitudinale est doublée sur 75 cm de part et
d’autre par des armatures de mêmes caractéristiques
Niveau de la nappe d’armatures
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Le cahier spécial des charges prescrivait que les armatures principales devaient être placées
au tiers supérieur de la dalle, et dans un même plan parallèle à la surface du revêtement.
Les tolérances admises étaient de 0 cm vers le haut et de 2 cm vers le bas.
En pratique, cette exigence revenait à situer le nu supérieur de l’armature entre 60 et 80 mm
sous la surface de revêtement.
Béton Le ciment utilisé est un ciment Portland P400.
Le sable est un sable de rivière.
Les pierrailles sont soit des granulats de porphyre (fractions 2/8 et 8/22), soit calcaire
(22/40).
Sur 300 m cependant, la fraction calcaire fut remplacée par une fraction 22/40 de porphyre.
Traitement de surface La surface du béton frais est traitée par striage, sauf sur une longueur de 300m où le striage
est remplacé par un grenaillage réalisé à l’initiative du Centre de Recherches routières.
Le calibre utilisé est soit du 16/22, soit du 12/16 mm.
Dispositifs d’extrémité La section expérimentale en béton armé continu étant isolée, des dispositifs spéciaux
permettant d’absorber les dilatations aux extrémités ont été prévus, avec mise en
concurrence de 2 techniques différentes.
Ces joints sont constitués essentiellement de profilés élastiques larges.
Au droit des joints, le transfert des charges est assuré par des sous-dalles en béton armé,
marges de 2 m et de 20 cm d’épaisseur.
Au-delà des joints d’extrémité, deux dalles de béton légèrement armées, longues de 8 m,
séparées par un joint de dilatation goujonné, assurent, par frottement sur la fondation, la
reprise des efforts de compression longitudinaux transmis par les profilés élastiques.
D’un côté, le joint élastique est constitué essentiellement d’une feuille de néoprène, de 5 cm
d’épaisseur et de 50 cm de marge, fixée dans le béton armé continu par des ancrages de
14 mm de diamètre tous les 25 cm.
Le néoprène étant peu compressible, il est essentiel que les mouvements d’extrémité, dus à
la dilatation du béton puissent être absorbés par accrochage sur la fondation et/ou transmis
au premier joint de dilatation conventionnel, au-delà du revêtement continu.
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A l’autre extrémité, le joint, constitué d’un profilé élastique, renforcé par une tôle métallique
et ancré dans le béton armé par des goujons, permet d’absorber des mouvements de 5 cm
d’amplitude totale.
Il travaille soit en traction, soit en compression, autour d’une position neutre, correspondant à
ses dimensions nominales. Les efforts maximaux horizontaux transmis par ce joint sont de
1,7 T/m.
3. Exécution des travaux Chantier La centrale de malaxage a une capacité horaire de 40m³ de béton placé et vibré.
La mise en œuvre de béton, en une seule couche au travers de la nappe d’armatures, est
réalisée entre coffrages fixes à l’aide d’un train classique composé de :
- un répartiteur transversal
- une vibro-finisseuse
- une finisseuse oblique
- une machine de striage transversal et de pulvérisation automatique du produit de
cure.
Les travaux ont été réalisés de juin à octobre 1969 et l’avancement maximal journalier du
bétonnage fut de 300 m, soit 230 m³ de béton placé et vibré.
Sur les 300 m où le striage fut remplacé par un grenaillage, l’épandage des grenailles fut
effectué au jet de pelle.
Sur une des 2 bandes, les grenailles humides furent préenrobées de ciment.
Deux méthodes d’enchâssement des grenailles furent comparées : la dame en bois et le
passage à grande vitesse de la vibro-finisseuse avec lisseuse relevée.
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Transport des armatures transversales Contrôle et suivi du chantier De nombreux tests et contrôles ont été effectués durant les travaux, notamment :
- Pour le ciment : détermination du poids et de la surface spécifiques, essais sur
mortier plastique, analyse chimique des constituants
- Pour le sable : module de finesse, équivalent de sable, teneur en eau, courbes
granulométriques
- Pour les granulats : courbes granulométriques, teneur en eau
- Pour le béton frais : affaissements slump et VB, rapport Eau/ciment (généralement
compris entre 0,437 et 0,476)
- Pour l’avancement des travaux : relevé précis des quantités réalisées
quotidiennement, emplacement des joints de fin de journée, enregistrement des
températures de l’air pendant toute la durée du chantier
- Sur le revêtement terminé : relevés des fissures et établissement des histogrammes
de répartition
4. Rénovation de surface En 1996, soit près de 30 ans après la rénovation par overlay en béton armé continu, les
épaufrures localisées les plus significatives ont été réparées et la chaussée, devenue la
route régionale N50, a été recouverte d’un RUMG, revêtement bitumineux ultra-mince grenu,
de 2 cm d’épaisseur.
Durant les années précédentes, c’est l’ensemble de la N50 qui, progressivement, avait été
restaurée par la mise en œuvre d’un nouveau revêtement en béton armé continu.
En temps opportun, au cours de ces chantiers, les joints d’extrémité de la section
expérimentale Barry-Bury ont été démontés et la continuité totale du béton a pu être
réalisée.
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Photo N50 (2008) 5. Dimensionnement En collaboration avec FEBELCEM, Fédération belge de l’Industrie cimentière, et le Centre
de recherches routières, le MET, Ministère wallon de l’Equipement et des Transports a
développé, ces dernières années, un nouveau logiciel de dimensionnement applicables aux
chaussées rigides, semi-rigides et souples.
Cet outil permet également d’aborder les projets de renforcement par les techniques
d’overlay et d’inlay, avec revêtements en béton de ciment ou en enrobé bitumineux.
Un des aspects de ce logiciel a été présenté lors de la 8th International Conference on
Concrete Pavements qui s’est tenue à Colorado Springs en août 2005 (1).
Il est apparu intéressant de tester la pertinence de la solution de l’overlay en BAC retenue en
1969 à l’aide du logiciel de dimensionnement développé près de 40 ans plus tard.
Ce test s’appuie sur les hypothèses suivantes :
Pour le trafic :
- 1000 camions par jour.
- 300 jours ouvrables pour une année.
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- 3 % de taux de croissance annuel.
- durée de service de 40 ans.
- 3 essieux en moyenne par poids lourd.
Pour le climat de la région de Tournai :
- Température moyenne de 10,1°C.
- Indice de gel de 179 en °C.jours.
- Sol de fondation supposé non gélif.
Pour la structure existante :
- Le pavage fortement déformé par endroits est assimilé à un enrobé bitumineux de
10 cm d’épaisseur, et de module égal à 600 N/mm².
- La sous-fondation sous la pavage a une épaisseur de 20 cm et est de type 1, càd
constituée de sable ou de cendrées, les 10 cm supérieurs pouvant être un mélange
discontinu de pierres et de sable.
- Le sol d’assise est un sable limoneux.
Les performances de 5 structures ont été calculées :
- 3 avec un overlay en béton de ciment : béton armé continu, dalles goujonnées et
dalles non goujonnées (épaisseur de 20 cm sur un reprofilage en enrobé bitumineux
de 4 cm).
- 2 avec un overlay en enrobé bitumineux : couche de roulement de 5 cm sur couches
de base d’épaisseurs soit de 12 cm (épaisseur nominale courante), soit de 19 cm
(même épaisseur totale que le revêtement en béton de ciment sur couche de
reprofilage).
Le tableau ci-dessous donne l’estimation des performances de chaque structure globale,
sachant que le nombre total de poids lourds durant la durée de vie de 40 ans sera de
2,26.107
Type d’overlay Epaisseur en cm
Probabilité de rupture (%)
après 40 années
Pour une probabilité de rupture de 50 %
Nombre d’années
Nombre de poids lourds
Béton armé continu 20 + 4 0 > 40 1,83.1010
Dalles goujonnées 20 +4 2,9 > 40 8,34.107
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Dalles non goujonnées 20 + 4 100 3 1,02.106
Enrobé bitumineux 5 + 12 100 5 1,85.106
Enrobé bitumineux 5 + 19 44,2 > 40 2,50.107
De ces données, le projet de renforcement au moyen d’un overlay en béton armé continu
apparaît donc bien comme étant celui qui, pendant la durée de vie de 40 ans, doit permettre
de garantir une chaussée sans signe de rupture.
C’est très précisément le résultat très positif qui peut être aujourd’hui constaté.
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6. Conclusions Le modeste chantier de la restauration de la RN61, réalisé il y aura bientôt 40 ans, témoigne
incontestablement de la pertinence du choix de la technique de renforcement par un overlay
en béton armé continu, particulièrement lorsque la présence du charroi lourd est significative.
Les observations in situ, tout comme les tests menés à l’aide du logiciel de dimensionnement
sont d’indéniables arguments qui confortent cette approche.
L’investissement de base d’un overlay est certes plus important a priori que celui d’une
intervention plus légère.
Il importe cependant de rappeler les aspects positifs fondamentaux de la technique de
l’overlay :
- la démolition de la chaussée existante est évitée, ce qui se traduit favorablement en
termes de coût et de rapidité d’exécution ;
- la revalorisation de l’ancienne structure comme fondation participe à une saine
économie sur l’emploi de matériaux neufs ;
- la nouvelle chaussée retrouve une capacité structurelle qui permet de la cataloguer
parmi les chaussées à longue, voire à très longue durée de vie.
Les divers projets de ferraillage retenus en 1969 se sont largement décantés et ont
débouché sur une forte simplification technologique.
Ainsi, les treillis soudés ne se fabriquent plus et le réseau d’armatures du béton armé continu
est systématiquement constitué en place par dépôt et assemblage des armatures
longitudinales sur supports transversaux.
Enfin, même si les documents de l’époque n’en parlent pas, il est utile de rappeler quelques
précautions complémentaires indispensables pour mener à bien un renforcement par
overlay.
On peut citer notamment :
- les mesures préalables de portance résiduelle de la chaussée afin de collecter les
meilleures données pour le dimensionnement ;
- si la chaussée est constituée de dalles de béton, la stabilisation de celles-ci ;
- le bon état et, au besoin, l’amélioration des dispositifs de drainage du corps de
chaussée.
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7. Références (1) A method introducing deteriorating bond at the intefaces and declining load transfer at the
joints in the existing design methods for concrete pavements – A. Jasienski and F. Van
Cauwelaert – 8th ICCP – Colorado Springs – August 2005.