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P U B L I É P A R B I T U M E Q U É B E C

IntroductIonAprès quelques années, les chaussées rigides, ou chaussées en béton, sont généralement recouvertes d’enrobés bitumineux afin d’assurer la sécurité des usagers du réseau routier. Le recouvrement des dalles de béton par des enrobés bitumineux fait partie de l’entretien du cycle de vie des chaussées rigides. Selon les différentes administrations routières, entre 1 à 6 % de leur réseau autoroutier est constitué de dalles de béton exposées1.

Ce bulletin explique comment préparer le support en béton adéquatement, précise les types d’enrobés bitumineux recommandés pour ce genre d’intervention et propose les techniques appropriées de mise en œuvre afin d’effectuer un recouvrement optimal.

1 ) MISE En contEXtELe mythe que toutes les chaussées en béton exposées durent 40 ans est tenace. Pourtant, au Québec, ce type de chaussée atteint très rarement une telle durée de vie. La durée maximale d’une dalle exposée est plutôt de l’ordre d’une vingtaine d’années, en faisant abstraction des déficiences d’adhérence apparaissant beaucoup plus tôt.

La durée de v ie d ’une chaussée r ig ide recouverte d’enrobés est beaucoup plus longue que celle d’une chaussée où les dalles demeurent exposées.

1 Les vérifications ont été faites auprès de l’Ontario, des États-Unis et de la France.2 Références nos 1 et 2. 3 Caractéristique de la surface d’une chaussée prenant en compte l’ensemble des irrégularités géométriques

susceptibles d’affecter le comportement dynamique des véhicules.

LE RECOUvREMENT dEs ChAUssÉEs EN BÉTON PAR L’UTILIsATION d’ENROBÉs BITUMINEUx

2 ) LES AVAntAGESIl existe plusieurs avantages à recouvrir les dalles de béton par des enrobés. Voici les principaux :

• corrige les déficiences d’adhérence2 ;

• améliore l’uni de surface3 ;

• diminue l’émission du bruit au contact pneu-chaussée ;

• réduit les coûts de l’épandage du sel en période hivernale.

De p lus , l e recouvrement des da l l e s de béton avec des enrobés permet un entretien simple et facile.

L’utilisation d’enrobés bitumineux diminue les coûts d’entretien de la chaussée rigide. La correction des déficiences de l’adhérence et l’amélioration de l’uni de surface augmentent la sécurité et le confort des usagers de la route. De plus, la régénération des caractéristiques de surface de roulement s’effectue de manière simple, rapide et économique grâce, entre autres, à une gamme élargie de choix de procédés d’entretien. Selon la sollicitation du trafic, les phases d’entretien à prévoir s’échelonnent sur 8 à 12 ans.

Les interventions de meulage et de rainurage servant à régénérer l’adhérence des dalles de béton diminuent la capacité structurale car ces interventions réduisent l’épaisseur totale de la dalle ainsi que le recouvrement des aciers d’armature. Quant au recouvrement par des enrobés, il permet de maintenir la capacité structurale de la chaussée rigide.

2

4 Référence n°2.5 Le coefficient de frottement transversal provient d’un essai anglais, soit le Sideway Force Coefficient, Routine

Investigation Machine - SCRIM.6 Méthode d’essai LC 21-102 Résistance au polissage des granulats : méthode par projection.7 Il est à noter que le CPP minimum spécifié dans la norme NQ 2560-114 est de 0,45 pour les granulats utilisés en

couche de surface. Cette valeur est de 0,50 pour la région de Montréal.8 Référence n°5.

La surface de roulement d’une chaussée doit répondre à divers critères de performance dont celui d’une adhérence minimale au contact pneu-chaussée. L’adhérence d’un revêtement correspond à sa capacité de mobiliser le frottement pneu-chaussée dans différentes conditions de sollicitation telles que le freinage, les accélérations, les virages, etc. Pour les chaussées où les vitesses de circulation sont élevées, l’adhérence caractérise donc la sécurité de la surface et un niveau acceptable doit être supérieur à 0,554 lors de la détermination du coefficient de frottement transversal ( CFT )5.

La notion d’adhérence repose sur des concepts de microtexture et de macrotexture des matériaux utilisés dans les matériaux de la couche de roulement.

La microtexture est primordiale pour l’adhérence du pneu au contact d’une surface sèche ainsi que d’une surface mouillée où les véhicules circulent à basse vitesse. La microtexture est liée à la nature des éléments de surface ainsi qu’à leur forme géométrique ( tableau 1 ). Les granulats doivent présenter des arêtes vives, capables de percer le film d’eau lorsque la surface est détrempée ( figure 1 ). C’est ainsi qu’un frottement élevé, particulièrement important dans les courbes à faible rayon, est garantie. Le maintien à long terme de la microtexture est principalement assuré par l’utilisation de granulats ayant une bonne résistance au polissage. À cette fin, il est recommandé que les granulats aient un coefficient de polissage par projection ( CPP )6 supérieur à 0,507 pour les chaussées à fort trafic et à vitesse élevée.

L’Union des syndicats de l’industrie routière française ( USIRF ) 8 donne les précisions suivantes concernant la microtexture : « la gamme des dimensions conventionnelles des aspérités composant le domaine de la microtexture est de 0 à 0,5 mm horizontalement et de 0 à 0,2 mm verticalement ; mais ce sont les plus petites aspérités, de dimension de quelques dizaines de micromètres qui assurent l’indentation de la gomme du pneu et permettent le développement des forces de frottement. L’état de la microtexture est essentiellement lié à l’état de surface des gravillons et dépend de leur nature pétrographique et de leur mode d’élaboration ».

Macrotexture

Microtexture

Figure 1textures de surface

3 ) L’AdHÉrEncE dES cHAuSSÉES

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3

TABLeAu 1Exemples de microtexture de quelques granulats du Québec9

Granite Grauwacke calcaire

L’échelle des photos est de 1 mm

La macrotexture, quant à elle, apporte un niveau d’adhérence sécuritaire pour une chaussée mouillée où les véhicules circulent à vitesse élevée. La macrotexture se caractérise par un espacement plus ou moins régulier des gros granulats ( figure 1 ), permettant ainsi un meilleur drainage grâce à l’évacuation accélérée de l’eau lors du contact pneu-chaussée ( figure 2 ). Une bonne macrotexture est d’autant plus importante lorsque la chaussée est large, de plus de deux voies, et est constituée de pentes longitudinales et transversales fortes. La macrotexture est mesurée à l’aide de l’essai de hauteur au sable ( Hsv ) 10. À titre d’exemple, un enrobé de surface ESG-10 détient une Hsv variant entre 0,7 à 1,0 mm. Une répartition granulaire grenue et discontinue bonifie la macrotexture d’un enrobé bitumineux.

Il est essentiel de créer une sur face opt ima le combinant la microtexture et la macrotexture afin de rencontrer les exigences d’adhérence, permettant a i n s i d ’ é l i m i n e r l e s risques de glissance et d’aquaplanage ( figure 2 e t t a b l e a u 2 ) . L e s caractéristiques définissant la macrotexture et la microtexture doivent être évaluées par le concepteur surtout pour les tracés à fort débit de circulation et ceux à vitesse élevée. Il est à noter qu’avec le temps, la macrotexture peut être modifiée par l e s p h é n o m è n e s d e colmatage et de ressuage des enrobés.

9 Ces photos ont été offertes par le MTQ.10 ASTM E965-96 ( 2006 ) — Standard Test Method for Measuring Pavement Macrotexture Depth Using

a Volumetric Technique.

Macrotexturedu revêtementet sculpturedu pneumatique

Évacuationde la lame d’eauÉvacuationde la lame d’eau

Microtexturedu revêtement

Rupture du filmd’eau résiduel

Figure 2Importance de la texture de surface au contact pneu-chaussée

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Finalement, le meilleur choix d’une texture de surface doit être adapté aux contraintes :• la vitesse de circulation ;• le niveau de trafic ;• l’efficacité du drainage superficiel ;• la présence de courbes à faible rayon ;• la réduction du bruit de roulement

souhaitée au contact pneu-chaussée ;• la présence d’arrêts.

L’adhérence des dal les de béton . La surface de roulement des dalles de béton doit être régénérée afin de conserver leurs performances initiales. Dès leur construction, les dalles doivent être texturées pour créer une macrotexture et atteindre une adhérence minimale. Au Québec, depuis les années 2000, la pratique consiste à rainurer longitudinalement le béton à l’état frais. Cette pratique diminue l’écoulement de l’eau de façon transversale, augmentant ainsi les risques d’aquaplanage pour les usagers du réseau. De plus, cette texture créé un phénomène de sillons pour les motocyclistes.

Par le fait même, les dalles de béton dégagent plus de bruit au contact pneu-chaussée que les surfaces en enrobés. Le Techno Bitume n°6 explique le phénomène du bruit routier et p r é s e n t e u n e s o l u t i o n é c o n o m i q u e à cette problématique, soit la mise en œuvre d’enrobés phoniques, lesquels diminuent considérablement les problématiques sonores au contact pneu-chaussée.

Le concept de fonctionnalité des couches d’une chaussée implique que chaque couche dispose d’un rôle fondamental dans la performance globale d’une chaussée. Ce concept repose sur les notions suivantes :

• La répartition des charges. La présence de couches de fondations granulaires permet de répartir les charges du trafic au sol porteur. De plus, les fondations granulaires assurent une protection adéquate contre le gel dans la structure de chaussée ( figure 3 ).

• L’apport structural. Les couches de base et de liaison en enrobés ainsi que la dalle de béton reposent sur des couches granulaires. Cet te concept ion permet un appor t structural servant à résister aux contraintes induites lors de la circulation répétée des poids lourds.

4) LE concEPt dE FonctIonnALItÉ dES coucHES

Macrotexture tYPe De SurFace Microtexture SurFace DeS GranulatS MatÉriaux noteS

i Fine rugueuse enrobéeM-10

Texture idéale pour trafic léger

ii ouverte ou grossière Polie enrobé

uséGranulat avec un faible CPP

iii ouverte ou grossière rugueuse

enrobésetM-10 eSG-10eG-10

Texture idéale pour optimiser

l’adhérence

iV Fermée Polie Surfaceglissante

TABLeAu 2caractéristiques des surfaces de chaussée

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La chaussée en béton, une couche unique. Lorsque la dalle de béton est exposée, elle agit comme support structural, mais également à titre de couche de roulement. Cette exigence de conception présente donc peu d’options quant à la réalisation et à la régénération des caractéristiques des performances spécifiques d’une surface de roulement. De plus, cette technique nécessite de prévoir une surépaisseur lors de la conception des dalles de béton. Celle-ci est équivalente aux futurs procédés d’entretien impliquant des interventions de meulage et de rainurage. Les dalles de béton exigent donc un surcoût lors de leur construction initiale. En général, au Québec, les chaussées en béton sont conçues pour subir deux interventions de régénération avant d’être recouvertes d’enrobés.

La chaussée bitumineuse, un système multicouche. Les enrobés, selon leur formulation spécifique, peuvent être mis en œuvre en couches de base, de liaison et de roulement. La couche bitumineuse de surface est spécialement adaptée aux performances de sécurité et de confort des usagers. De plus, le nombre d’interventions à effectuer tout au long du cycle de vie d’une chaussée bitumineuse est modulable en fonction de l’évolution du trafic et ne nécessite aucune prévision de surépaisseur lors de sa conception/construction.

Zone de traction

couche deroulement (collée)

(collée)

(collée)

couchede liaison

couche de base

sol

couche defondation etsous-fondationgranulaire

E1 v1 v1 = 0,35

v2 = 0,35

v3 = 0,35

v = 0,35

200 40 60

E2 v2

E3 v3

Epƒ

(Et )

( Ez)

h2

h3

Axe neutre

80 100

µdeƒ

150

100

050

µdeƒ

h1

Essieu: 8200 Kg Pression: 570 kPa

Zone decompression

Figure 3distribution des contraintes dans une structure de chaussée bitumineuse

6

11 Référence n°4.12 La fragmentation par résonnance ou rubblization, est une technique de réhabilitation en place qui prévoit le cassage de la chaussée en béton.13 Le bulletin technique Techno-Bitume n°2 de Bitume Québec traite en détail des liants d’accrochage.14 Les fiches techniques des enrobés phoniques EP-6 et EP-10 de Bitume Québec donnent les spécifications de performance de ce type

d’enrobés. Le bulletin technique n°6 porte sur le bruit routier et décrit en détail les enrobés phoniques.15 La fiche technique ETM-10 de Bitume Québec donne les spécifications de performance de ce type d’enrobé.

Le tableau 3 résume les bonnes pratiques à suivre lors des travaux de recouvrement de dalles de béton. Les différentes interventions sont présentées selon le type de support, soit une chaussée :

• exposée de dalles courtes goujonnées ( DCG ) ou en béton armé continu ( BAC ) ;

• mixte ( béton et enrobés ).

5-1) La préparation du supportUn recouvrement des dalles de béton est envisageable uniquement lorsque le support est en bon état. Le support ne doit présenter aucun défaut structural ni aucune forte dépression longitudinale car les performances des techniques d’enrobés de faible épaisseur vont de pair avec un support adéquat.

La préparation du support inclut les étapes suivantes :

• réparation ponctuelle de la surface pour les endroits jugés nécessaires. La réparation avec des enrobés est souvent la technique choisie pour des raisons d’économie et d’efficacité ;

• réparation des joints et des fissures ;

• nettoyage du support ;

• ut i l i sa t ion d ’un taux suff i sant de l i ant d’accrochage.

5-2) Le système ant i - remontée de joints et de f issures Selon l’état du support, un procédé anti-remontée de joints et de fissures peut être inclus. L’insertion de membrane bitumineuse et celle d’enrobés spéciaux limitent le phénomène de remontée de joints et de fissures, et conséquemment, prolonge la durée de vie de la chaussée11 . De plus, cet ajout diminue l’infiltration d’eau. Trois options sont présentées dans le tableau 3, selon les besoins et les budgets.

Sans système d’anti-remontée de joints et de fissures, un trait de scie avec scellement aux droits des joints et des fissures peut être réalisé.

Lors d’une baisse de température, l’enrobé et le béton se contractent différemment puisque le coefficient de dilatation thermique du béton se situe autour de 10 x 10-6mm/mm/oC et celui des enrobés de 25 x 10-6mm/mm/oC. La contraction du béton est inférieure à l’enrobé mais lorsque les deux couches sont bien collées, l’enrobé absorbe cette différence sans se fissurer.

5-3) Le rechargement granulaireLe rechargement granulaire consiste à ajouter des matériaux granulaires non-traités sur la dalle de béton fragmentée ou non12. Cette approche améliore l’uni de surface et agit comme couche anti-remontée de fissures.

Il est à noter que le rechargement granulaire entraîne un rehaussement du profil et est préconisé en milieu rural.

5-4) La correction/rechargement à l’enrobéLe rechargement à l’enrobé corrige le profil de la chaussée. Cette technique est à préconiser en milieu urbain.

5-5) Le liant d’accrochageLorsque le support est prêt, il faut utiliser un liant d’accrochage afin de faire adhérer la nouvelle couche d’enrobés avec la surface de béton. Cette étape est cruciale et nécessite l’utilisation d’un taux élevé d’émulsion à base de bitume polymère13.

5-6) La sélection des enrobés de surfaceLa sollicitation du trafic que subira la couche de roulement guidera la sélection du type d’enrobés à utiliser. Voici des solutions à envisager et qui conviennent à tous les niveaux de sollicitation de trafic :

• les enrobés à chaud et tièdes ( EG-10 et ESG-10 ). La répartition granulaire de ces mélanges doit permettre une résistance adéquate à l’orniérage ;

• les enrobés phoniques ( EP-6 et EP-1014 ). Ces enrobés sont spécialement conçus pour diminuer le bruit au contact pneu-chaussée. Les enrobés phoniques représentent une solution économique pour pallier aux murs antibruit ;

• l’enrobé très mince ( ETM-1015 ). Cet enrobé permet de réaliser des couches de roulement très minces, soit entre 25 à 35 mm, comparativement aux autres enrobés de surface.

5) LE rEcouVrEMEnt dES cHAuSSÉES En BÉton

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ÉtaPeS De rÉaliSation

TYPE D’INTERVENTIONS POUR CHAUSSÉE EN BÉTON ET CHAUSSÉE MIXTE

DAllE EXPOSÉE ( DCG ET BAC ) CHAUSSÉE MIXTE

FraiSaGe De l’enrobÉ

N/ALorsque nécessaire pour les raccordements et les dégagements ( hauteur libre )

rÉParation Ponctuelle De la SurFace

Sciage, enlèvement du béton, compactage de la fondation granulaire et utilisation d’enrobés de base GB-20 ou ESG-14 ouBéton de réparation à prise rapide

Enrobé de correction EB-10CouEnrobé ESG-14 pour intervention en profondeur

rÉParation DeS jointS

Béton de réparation à prise rapide et regarnissage des joints

Béton de réparation à prise rapide et regarnissage des joints ( seulement lors de fraisage jusqu’au béton )

rÉParation DeS FiSSureS

Scellement des fissures ( seulement lors de fraisage jusqu’au béton )

nettoYaGe Du SuPPort

Jet d’eau sous pression ( lorsque requis ) ( seulement lors de fraisage jusqu’au béton )

SYStèMe anti-reMontÉe De jointS et De FiSSureS

• option 1 : Membrane bitumineuse• option 2 : Couche d’accrochage d’émulsion de bitume polymère de type CRS-1hP à un

taux de 1,0 l/m2 avec 45 kg/m² ( ou 20 mm d’épaisseur ) d’un enrobé fin 0 – 5 mm contenant environ 10 % de bitume polymère

• option 3 : Couche d’accrochage d’émulsion de bitume polymère de type CRS-1hP à un taux de 1,0 l/m2 avec 95 kg/m² ( ou 40 mm d’épaisseur ) d’un enrobé avec fibres et riche en liant

PrÉ-FiSSuration Possibilité de trait de scie et de pontage aux droits des joints et des fissures

recharGeMent Granulaire( Milieu rural )

• Ajout de matériaux granulaires de type MG-20 afin de corriger le profil de la chaussée et d’éviter la remontée de fissures dans la couche de surface

• Possibilité de fragmenter la dalle

correction/recharGeMent à l’enrobÉ ( Milieu urbain )

• Couche d’accrochage d’émulsion de bitume polymère de type CRS-1hP à un taux de 1,0 l/m2 • Enrobé 10 mm à 120 kg/m² ou 50 mm d’épaisseur (EC-10). Liant de type PG 64-28 ou PG 70-28• Enrobé structurant sur le rechargement granulaire

liant D’accrochaGe

Le type de liant d’accrochage à utiliser lors du recouvrement d’un support en béton est une émulsion de bitume polymère de type CRS-1hP à un taux de 1,0 l/m²

couche De rouleMent

• trafic élevé ( interventions de 9 à 10 ans ), 60 à 100 kg/m² ( 25 à 40 mm ) d’ETM-10, d’EP-6 ou d’EP-10 ( formulation discontinue avec granulats 100 % concassés, CPP ≥ 0,50 et liant polymère de grade PG « H » ≥ 70 )

• trafic élevé : 100 à 120 kg/m² ( 40 à 50 mm ) d’ESG-10 ou d’EG-10 ( granulats 100 % concassés, CPP ≥ 0,50 et liant polymère de grade PG « H » ≥ 70 )

note : Voir les fiches techniques des enrobés spéciaux de Bitume Québec pour les spécifications de performance des EP-6, EP-10 et ETM-10

entretien

• Colmater les fissures le plus rapidement possible• Renouveler la couche de roulement tous les 8 à 12 ans• Maintenir un CFT ≥ 0,50, selon le trafic et selon les critères de performance établis

par le gestionnaire

TABLeAu 3Bonnes pratiques de recouvrement de dalles de béton

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461, boulevard Saint-Joseph, bureau 213, Sainte-Julie ( Québec ) J3E 1W8Téléphone : 450 922-2618 Télécopieur : 450 922-3788 contact@bitumequebec.ca www.bitumequebec.ca

rÉFÉrEncES

1 ) Ministère des transports du Québec ( juin 2000 ). Comportement de chaussées de béton de ciment de 1994 à 1999. Info-DLC, vol. 5, no 6, Québec.

2 ) Ministère des transports du Québec ( juin 2007 ). Adhérence des chaussées en béton de ciment. Info-DLC, vol . 12, no3. Québec.

3 ) Proteau, Marc et Yvan Paquin ( mars 2004 ). L e r e c o u v r e m e n t d e s chaussées en béton de ciment par l’utilisation d’enrobés bitumineux. Concepts et solutions. Bitume Québec. Québec.

4 ) St-Laurent, Denis et Guy Bergeron ( mars 2000 ). I n t e r v e n t i o n s p o u r r é d u i r e l a f i s s u r a t i o n d e s c h a u s s é e s . RILEM. 4 th Internat ional Conference on Ref lect ive Cracking in Pavements – Research in Practice: Ottawa, Ontario.

5 ) Union des syndicats de l’industrie routière française (USIRF) (2003) . Les enrobés bitumineux, tome 1. France.

Mise en garde : Les informations présentées dans ce bulletin sont réalisées à titre d’information par les mandataires de Bitume Québec en toute bonne foi et au meilleur de leur connaissance. Ces informations ne doivent en aucun cas se substituer à l’opinion d’un professionnel du domaine des enrobés et elles ne sauraient lier leurs auteurs, l’association et ses mandataires.

Mars 2014ISBN 978-2-923714-23-3

CONCLUsION

Il exIste plusIeurs avantages à recouvrIr les dalles de béton par des enrobés bItumIneux, maIs les prIncIpaux demeurent de prolonger la durée de vIe de la chaussée de façon économIque tout en augmentant le nIveau d’adhérence et la sécurIté des usagers du réseau.