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Comparaison entre les chaussées Comparaison entre les chaussées souples bitumineuses et les souples bitumineuses et les chaussées rigides en béton chaussées rigides en béton CONGRÈS BITUME QUÉBEC CONGRÈS BITUME QUÉBEC MARS 2005 MARS 2005 Par: Marc Proteau, ing Par: Marc Proteau, ing.

Comparison of the Structure Rutiere

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Page 1: Comparison of the Structure Rutiere

Comparaison entre les chaussées Comparaison entre les chaussées souples bitumineuses et les souples bitumineuses et les chaussées rigides en bétonchaussées rigides en béton

CONGRÈS BITUME QUÉBECCONGRÈS BITUME QUÉBEC

MARS 2005MARS 2005

Par: Marc Proteau, ingPar: Marc Proteau, ing.

Page 2: Comparison of the Structure Rutiere

Comparaison entre les chaussées Comparaison entre les chaussées souples bitumineuses et les souples bitumineuses et les chaussées rigides en bétonchaussées rigides en béton

CONTENU DE LA PRÉSENTATIONCONTENU DE LA PRÉSENTATION

Description des matériauxDescription des matériaux

Conception et dimensionnement des structures selon Conception et dimensionnement des structures selon leur comportement mécaniqueleur comportement mécanique

Exemple de structures autoroutièresExemple de structures autoroutières

Caractéristiques de surfaceCaractéristiques de surface

Scénarios dScénarios d ’entretien’entretien

Page 3: Comparison of the Structure Rutiere

Comparaison entre les chaussées Comparaison entre les chaussées souples bitumineuses et les souples bitumineuses et les chaussées rigides en bétonchaussées rigides en béton

CONTENU DE LA PRÉSENTATION (suite)CONTENU DE LA PRÉSENTATION (suite)

Comparaison économique:Comparaison économique:

coûts de constructioncoûts de construction

coûts dcoûts d ’entretien’entretien

Aspects environnementauxAspects environnementaux

Développement et évolution des structures Développement et évolution des structures bitumineusesbitumineuses

ConclusionConclusion

Page 4: Comparison of the Structure Rutiere

DESCRIPTION DES MATÉRIAUXDESCRIPTION DES MATÉRIAUX

LES ENROBÉS BITUMINEUX

DÉFINITION: DÉFINITION:

Mélange de liant hydrocarboné (bitume), de granulats Mélange de liant hydrocarboné (bitume), de granulats et/ou det/ou d ’additifs minéraux dosés, chauffés et ’additifs minéraux dosés, chauffés et mélangés dans une installation appelée centrale mélangés dans une installation appelée centrale dd ’enrobage. Ils sont ensuite transportés et mis en ’enrobage. Ils sont ensuite transportés et mis en œuvre sur chausséeœuvre sur chaussée.

Page 5: Comparison of the Structure Rutiere

DESCRIPTION DES MATÉRIAUXDESCRIPTION DES MATÉRIAUX

LES ENROBÉS BITUMINEUX

CLASSIFICATION:CLASSIFICATION:

Selon leur granularitéSelon leur granularité

••continue (dense)continue (dense)

••semi grenuesemi grenue

••grenuegrenue

••discontinuediscontinue

••drainantedrainante

Enrobés bitumineux 0-10 mmdense, semi-grenu, grenu et draînant

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

1 00

0 ,01 0 ,1 1 1 0 1 00

Ouverture de tamis (mm)

Pass

ant

(%)

Page 6: Comparison of the Structure Rutiere

DESCRIPTION DES MATÉRIAUXDESCRIPTION DES MATÉRIAUXLES ENROBÉS BITUMINEUX

Enrobé bitumineux grenu 0-10 mm, discontinu 2,5-5 mm

0

1 0

2 0

3 0

4 0

5 0

6 0

7 0

8 0

9 0

10 0

0 ,01 0 ,1 1 1 0 10 0

Ouverture de tamis (mm)

Pass

ant

(%)

Discontinuitée

Haut

eur

du p

alie

r

UNE GRANULOMÉTRIE

EST DITE « DISCONTINUE »LORSQU’UNE CLASSEGRANULAIRE INTERMÉDIAIREN’EST PAS UTILISÉEDANS UN COMBINÉ

Page 7: Comparison of the Structure Rutiere

DESCRIPTION DES MATÉRIAUXDESCRIPTION DES MATÉRIAUX

LES ENROBÉS BITUMINEUX

CLASSIFICATION:CLASSIFICATION:Selon leur épaisseur dSelon leur épaisseur d ’utilisation’utilisation

••épaisépais

••mincemince

••très mincetrès mince

••ultra minceultra mince

Enrobé discontinu très minceEnrobé discontinu très mince

Page 8: Comparison of the Structure Rutiere

DESCRIPTION DES MATÉRIAUXDESCRIPTION DES MATÉRIAUX

LES ENROBÉS BITUMINEUX

CLASSIFICATION: (FUTURE)CLASSIFICATION: (FUTURE)

selon leurs performances mécaniquesselon leurs performances mécaniques••module élastiquemodule élastique

••résistance en fatiguerésistance en fatigue

••acoustiquesacoustiques

••adhérenceadhérence

••couleurcouleur

Mesure du module élastique sur enrobéMesure du module élastique sur enrobé

Page 9: Comparison of the Structure Rutiere

DESCRIPTION DES MATÉRIAUXDESCRIPTION DES MATÉRIAUX

CLASSIFICATION DES ENROBÉSSELON LEUR GRANULARITÉ

Typed’enrobés

Appellation Taux deposeKg/m²

Épaisseurmm

Utilisation

Dense EB-20, EB 14 165 et 130 70 et 55 Base et liaison

Dense EB-10S, EB-10C 120 et 60 50 et 25 Couche d’usure

Semi-grenu ESG-14 130 55 Liaison

Semi grenu ESG-10 120 50 Couche d’usure

Grenu EG-10, EGA-10 95 40 Couche d’usure

Page 10: Comparison of the Structure Rutiere

DESCRIPTION DES MATÉRIAUXDESCRIPTION DES MATÉRIAUX

CLASSIFICATION DES ENROBÉSSELON LEUR ÉPAISSEUR

Types d’enrobés Appellation Taux de poseKg/m²

Épaisseurmm

Utilisation

Grave bitume GB 0/20, GB 0/14 230 à 350 100 à 150 Couche d’assise

Béton bitumineuxépais

BBSG 0/14 50 à 100 Couche de liaison

Béton bitumineuxmince

B.B.M. 0/10 mm 90 à 115 25 à 50 Couche de roulement

Béton bitumineuxtrès mince

B.B.T.M. 0/10 mm 50 à 70 20 à 25 Couche de roulement

Béton bitumineuxultra mince

B.B.T.M. 0/5 mmB.B.U.M. 0/5 mm

25 à 50 < 20 Couche de roulement

Béton bitumineuxclouté

B.B.C. 0/10 mm 45 (mastic)8 (cloutage)

20 à 25 Couche de roulement

Béton bitumineuxdrainant

B.B. Dr. 0/10 mm 80 40 Couche de roulement

Page 11: Comparison of the Structure Rutiere

DESCRIPTION DES MATÉRIAUXDESCRIPTION DES MATÉRIAUX

LES BÉTONS DE CIMENT ROUTIERS

DÉFINITION:

Matériau mixte composé essentiellement d ’un mélange de liant à prise hydraulique (ciment), d’eau et d ’adjuvants auquel on ajoute des granulats fins et des gros granulats

Page 12: Comparison of the Structure Rutiere

DESCRIPTION DES MATÉRIAUXDESCRIPTION DES MATÉRIAUX

LES BÉTONS DE CIMENT ROUTIERS

CLASSIFICATION:

Selon leur utilisation technologique:

•Béton type IV (routier)

•Dalle courte

•Béton armé continu (BAC)

POSSIBILITÉS;

•Béton compacté au rouleau (BCR)

•Recouvrement « overlays »

Page 13: Comparison of the Structure Rutiere

CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT DES STRUCTURES SELON LEUR DES STRUCTURES SELON LEUR

COMPORTEMENT MÉCANIQUECOMPORTEMENT MÉCANIQUECONCEPTION DES CHAUSSÉES FLEXIBLES

PRINCIPE DE CONCEPTIONCouche de roulement au contact direct des agents climatiques et de la circulation.

Couche de liaison en fonction de la couche de roulement et dont le rôle sera d ’assurer une protection des couches d ’assise.

Couche d ’assise qui résiste aux efforts exercés en surface de la chaussée et en assurant une diffusion suffisante pour qu ’il n ’y ait pas de déformation permanente du sol support sous l ’action du trafic.

Principe de fonctionnalité des couches.

Page 14: Comparison of the Structure Rutiere

CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT DES STRUCTURES SELON LEUR DES STRUCTURES SELON LEUR

COMPORTEMENT MÉCANIQUECOMPORTEMENT MÉCANIQUE

DIMENSIONNEMENT DES STRUCTURES FLEXIBLES

Les chaussées bitumineuses sont vérifiées par calcul, vis-à-vis de:

• la rupture par fatigue à la base des couches bitumineuses

• l ’orniérage des couches non liées et du support

Page 15: Comparison of the Structure Rutiere

CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT DES STRUCTURES SELON LEUR DES STRUCTURES SELON LEUR

COMPORTEMENT MÉCANIQUECOMPORTEMENT MÉCANIQUECONCEPTION DES CHAUSSÉES RIGIDES

PRINCIPE DE CONCEPTION:

Structure monocouche épaisse devant assurer simultanément les caractéristiques de surface pneumatiques - chaussée, ainsi que la répartition des efforts induits dus aux passages des véhicules.

Tous les rôles de la structure de chaussée doivent être Tous les rôles de la structure de chaussée doivent être assurés par une seule couche et un seul matériauassurés par une seule couche et un seul matériau.

Page 16: Comparison of the Structure Rutiere

CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT DES STRUCTURES SELON LEUR DES STRUCTURES SELON LEUR

COMPORTEMENT MÉCANIQUECOMPORTEMENT MÉCANIQUE

DIMENSIONNEMENT DES STRUCTURES RIGIDES

Les chaussées rigides sont vérifiées par calcul vis-à-vis de:

• La contrainte de traction à la base de la couche de béton et de la couche de forme traitée reste inférieure à une valeur admissible.

Page 17: Comparison of the Structure Rutiere

CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT DES CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT DES STRUCTURES SELON LEUR COMPORTEMENT STRUCTURES SELON LEUR COMPORTEMENT

MÉCANIQUEMÉCANIQUEExemple de structure autoroutière:5700 poids lourds par jour - 30 ans167 000 DJMA

Page 18: Comparison of the Structure Rutiere

CARACTÉRISTIQUES DE SURFACECARACTÉRISTIQUES DE SURFACE

00.5

11.5

22.5

33.5

44.5

5

Bétonciment

Bétonstrié

ES D>6 ESD=<6

BBSG BBM BBTM BBUM

Seuil minimal de HS

HS (mm)

Bétons Enduits Enrobés

Texture: comparaison des techniques

Page 19: Comparison of the Structure Rutiere

CARACTÉRISTIQUES DE SURFACECARACTÉRISTIQUES DE SURFACETexture: aspect de différents revêtements

BB Epais BB Mince BBDr

Coupe d’enrobés

Texture de surface sur chaussées

Page 20: Comparison of the Structure Rutiere

CARACTÉRISTIQUES DE SURFACECARACTÉRISTIQUES DE SURFACE

Propriétés de surface - Bruit de roulement

Peu bruyants BruyantsIntermédiaires

Extrait de la base de Strasbourg 1998

Base de données bruit: + 300 fiches

Page 21: Comparison of the Structure Rutiere

CARACTÉRISTIQUES DE SURFACECARACTÉRISTIQUES DE SURFACE

Bruit de roulement

Mesure de bruit à 100 km/h

Méthode NCAT

- Enrobé de référence 0 db

- Enrobés spéciaux -3 à 4 db

- Béton lisse + 3 db

- Béton rainuré + 3 à 5 db

Page 22: Comparison of the Structure Rutiere

CARACTÉRISTIQUES DE SURFACECARACTÉRISTIQUES DE SURFACE

Adhérence

Surface bitumineuse Surface en béton

Hauteur au sable: 0.6 à 1.2CFT à 60 km/h 50 à 80Distance d ’arrêt à 100 km/h sur surface mouillée vs surface sèche: augmentation de 40%Selon un article du journal la Presse du 4 novembre 2004.

Hauteur au sable: 0.2 à 0.4CFT à 60 km/h 20 à 60Distance d ’arrêt à 100 km/h sur surface mouillée vs surface sèche: augmentation de 100% à 125%36% des surfaces autoroutières québécoises sont sur le seuil d ’adhérence minimal

Page 23: Comparison of the Structure Rutiere

SCÉNARIOS DSCÉNARIOS D ’ENTRETIEN’ENTRETIEN

Choisir une stratégie d ’investissement et d’entretien c’est définir les moyens pour maintenir dans le temps, le niveau de service qui a été fixé comme objectif sur une partie homogène du réseau routier.

Parmi les objectifs de service , notons spécifiquement:

- La sécurité:- l ’adhérence CFT (60 km/h) > 0,55

HS > 0,60 mm- régularité du profil- efficacité du marquage de la chaussée- efficacité des fondants

- Le confort de conduite:- bruit de roulement- visuel (couleur du revêtement)

Page 24: Comparison of the Structure Rutiere

SCÉNARIOS DSCÉNARIOS D ’ENTRETIEN’ENTRETIENGuide technique - Conception et dimensionnement des structures de chaussées. SETRA-Lcpc

SCÉNARIOS TYPES D’ENTRETIENPOUR LES STRUCTURES AUTOROUTIÈRES

ENROBÉ BÉTON ARMÉ CONTINUANNÉE INTERVENTIONS ANNÉE INTERVENTIONS

5 Réfection des joints transversaux

5* Recouvrement en BBTM9 Recouvrement de 6 cm enrobé 9 Recouvrement en BBTM17 60% recouvrement en BBTM

40% recouvrement de 6 cmenrobé

17 Recouvrement en BBTM

25 40% recouvrement en BBTM60% recouvrement de 6 cmenrobé

25 Planage + 15cm GB-BBTM sur 5%Recouvrement en BBTM

33 60% recouvrement en BBTM40% recouvrement de 6cmenrobé

33 15 cm GB-BBTM sur 95%BBTM sur 5%

41 40% recouvrement en BBTM60% recouvrement de 6cmenrobé

41 40% recouvrement BBTM60% recouvrement de 6cm enrobé

* Si le traitement initial est un dénudage, l ’intervention de surface est retardée de 3 ans

Page 25: Comparison of the Structure Rutiere

SCÉNARIOS DSCÉNARIOS D ’ENTRETIEN’ENTRETIENÉtude comparative

Chaussée flexible vs rigide contexte québécois

ÉTUDE COMPARATIVE CHAUSSÉE FLEXIBLE - RIGIDE

Chaussée 2 X 3 voies, trafic 167000 DJMA, 5700 PL/jour, 170 000 m² STRUCTURE RIGIDE (178 millions ÉCAS) STRUCTURE FLEXIBLE (137 millions ÉCAS) Dalle courte Béton armé Béton bitumineux Béton bitumineux joints goujonnés continu structure épaisse renforcement différé Couche Épais. Couche Épais. Couche Épais. Couche Épais.

STRUCTURE Dalle Béton 27 cm BAC 25 cm ESG-10 5 cm ESG-10 5 cm C. drainante 10 cm C. drainante 10 cm ESG-14 6 cm ESG-14 6 cm EB-20 22 cm EB-20 9 cm

MG-20 20 cm MG-20 20 cm MG-20 20 cm MG-20 20 cmMG-56 30 cm MG-56 30 cm MG-56 30 cm MG-56 30 cm

PÉRIODE Description $/m² Description $/m² Description $/m² Description $/m²D'ENTRETIEN

Année0 Construction 79,50 Construction 89,00 Construction 65,00 Construction 51,003 Marquage 1,15 Marquage 1,15 Marquage 0,60 Marquage 0,606 Marquage 1,25 Marquage 1,25 Marquage 0,65 Marquage 0,657 Joints T et L 4,10 Joints 3,00 Colmatage de 0,12 Colmatage de 0,12 Fissure Fissure

10 Marquage 1,40 Marquage 1,40 Marquage 0,65 Marquage 0,65 Meulage 6,70 Meulage 6,70 Resurfacage 9,75 Renforc. 10 cm 16,00 Resurfacage 8,90

12 Réparation 2% 2,60 Réparation 2% 3,00 Marquage 1,50 Marquage 1,50 Marquage 0,70 Marquage 0,70

15 Marquage 1,65 Marquage 1,65 Marquage 0,75 Marquage 0,75

Page 26: Comparison of the Structure Rutiere

SCÉNARIOS DSCÉNARIOS D ’ENTRETIEN’ENTRETIEN

ÉTUDE COMPARATIVE CHAUSSÉE FLEXIBLE - RIGIDE

Chaussée 2 X 3 voies, trafic 167000 DJMA, 5700 PL/jour, 170 000 m² STRUCTURE RIGIDE (178 millions ÉCAS) STRUCTURE FLEXIBLE (137 millions ÉCAS) Dalle courte Béton armé Béton bitumineux Béton bitumineux joints goujonnés continu structure épaisse renforcement différé Couche Épais. Couche Épais. Couche Épais. Couche Épais.

STRUCTURE Dalle Béton 27 cm BAC 25 cm ESG-10 5 cm ESG-10 5 cm C. drainante 10 cm C. drainante 10 cm ESG-14 6 cm ESG-14 6 cm EB-20 22 cm EB-20 9 cm

MG-20 20 cm MG-20 20 cm MG-20 20 cm MG-20 20 cmMG-56 30 cm MG-56 30 cm MG-56 30 cm MG-56 30 cm

PÉRIODE Description $/m² Description $/m² Description $/m² Description $/m²D'ENTRETIEN

Année16 Joints T et L 5,30 Joints 3,8517 Colmatage de 0,30 Colmatage de 0,30 Fissure Fissure

18 Marquage 1,75 Marquage 1,75 Marquage 0,80 Marquage 0,8020 Meulage 9,00 Meulage 9,00 Planage 3,20 Planage 3,20 Resurfacage 12,65 Resurfacage 12,65 Marquage 1,95 Marquage 1,95 Marquage 0,90 Marquage 0,90

22 Réparation 5% 9,00 Réparation 5% 10,0023 Joints T et L 6,50 Joints 4,8024 Marquage 2,15 Marquage 2,15 Marquage 0,95 Marquage 0,9526 Marquage 2,35 Marquage 2,35 Marquage 1,05 Marquage 1,0528 Colmatage de 0,40 Colmatage de 0,40 Fissure Fissure

29 Marquage 2,55 Marquage 2,55 Marquage 1,15 Marquage 1,1530

TOTAL 140,40 147,05 99,62 100,77DIFFÉRENTIEL 41% 48% 1%

NOTE: Indexation des prix de 3% par année Date: 09-sept-04Le resurfacage en enrobés est de 5 cm d'épaisseur

Page 27: Comparison of the Structure Rutiere

Autoroute 30, Direction Est

Page 28: Comparison of the Structure Rutiere

ASPECTS ENVIRONNEMENTAUXASPECTS ENVIRONNEMENTAUXComparaison de la consommation énergétique et de l ’émission de gaz à effet de serre

STRUCTURES COMPARABLES : 210 000 DJMA, 30 ANS

CARACTÉRISTIQUES CHAUSSÉEBITUMINEUSE

DALLE DEBÉTON

BÉTON ARMÉCONTINU

Consommation énergétiqueEnrobéBéton dalle courte goujonnéeBAC

600 MJ/tonne800 MJ/tonne

1350 MJ/tonneConstruction chaussée 480 MJ/m² 690 MJ/m² 940 MJ/m²

Construction et entretien 610 MJ/m² 820 MJ/m² 1100 MJ/m²

RATIO comparatif 1,0 1,35 1,80Émission des GES (CO2 eq)EnrobéBéton dalleBAC

50 kg/tonne140 kg/tonne

220 kg/tonneConstruction chaussée 40 kg/m² 125 kg/m² 150 kg/m²

Construction et entretien 55 kg/m² 135 kg/m² 165 kg/m²

RATIO comparatif 1,0 2,45 3,0

Données tirées de la présentation de Pierre Dorchies, Journée du bitume 2004

Page 29: Comparison of the Structure Rutiere

DÉVELOPPEMENT ET ÉVOLUTIONDÉVELOPPEMENT ET ÉVOLUTIONDES STRUCTURES BITUMINEUSESDES STRUCTURES BITUMINEUSES

Chaussée souple optimisant le comportementrhéologique d ’enrobés spéciaux

Structure moderne couranteDurée de vie 30 ansRisque 5%186 millions d ’Ecas5 760 PL/jour

Structure avec enrobé à module de rigidité élevéDurée de vie 30 ansRisque 5%185 millions d ’Ecas5 720 PL/jour

Page 30: Comparison of the Structure Rutiere

DÉVELOPPEMENT ET ÉVOLUTIONDÉVELOPPEMENT ET ÉVOLUTIONDES STRUCTURES BITUMINEUSESDES STRUCTURES BITUMINEUSES

Chaussée souple optimisant le comportementrhéologique d ’enrobés spéciaux

Structure perpétuelle à longue durée de vieStructure tricoucheDurée de vie 30 ansRisque 5%73millions d ’Ecas2 251 PL/jour

Durée de vie 30 ansRisque 5%185 millions d ’Ecas5 720 PL/jour

Page 31: Comparison of the Structure Rutiere

DÉVELOPPEMENT ET ÉVOLUTIONDÉVELOPPEMENT ET ÉVOLUTIONDES STRUCTURES BITUMINEUSESDES STRUCTURES BITUMINEUSES

Chaussée souple optimisant le comportement rhéologique d ’enrobés spéciaux

Phase 1 Phase 2 Phase 3

Processus du mode de rupture d ’une structure tricouche

STRUCTURE DE TYPE « TRICOUCHE »

Page 32: Comparison of the Structure Rutiere

DÉVELOPPEMENT ET ÉVOLUTIONDÉVELOPPEMENT ET ÉVOLUTIONDES STRUCTURES BITUMINEUSESDES STRUCTURES BITUMINEUSES

AXE DE RECHERCHE

- Approfondissement du comportement rhéologique des enrobés bitumineux

- module de rigidité- résistance en fatigue

- Étude du comportement à basse température des enrobés en fonction de leur rigidité (module)

- Utilisation de bitume plus dur pour enrobé structurant- Développement d ’une méthodologie de calcul de

dimensionnement intégrant le comportement rhéologique des matériaux

- Étude mécanique des chaussées flexibles- Intégration des techniques de recyclage en réfection majeure

des chaussées

Page 33: Comparison of the Structure Rutiere

CONCLUSIONCONCLUSION

Les enrobés bitumineux offrent des possibilités d ’adaptation ainsi que de développement aux limites sans cesse repoussées

Contrairement au béton de ciment, matériau usuel dans le domaine de la construction, les enrobés bitumineux sont destinés, exclusivement à la réalisation de chaussées confortables et sécuritaires

Les structures bitumineuses modernes sont et seront toujours les structures de chaussée à privilégier quel que soit le niveau de trafic

Le choix d ’une chaussée bitumineuse assure:

- des économies appréciables

- une très grande flexibilité d ’entretien

- un niveau de confort et de sécurité inégalé

Page 34: Comparison of the Structure Rutiere

CONCLUSIONCONCLUSION

Les structures bitumineuses sont les plus respectueuses de l ’environnement;

Beaucoup de possibilités d ’avancement technologique sont assurées dans le domaine des chaussées flexibles:

- rhéologie des matériaux;

- comportement mécanique des chaussées souples

- recyclage et développement durable

Ainsi, pourquoi n ’avons nous pas le privilège de réaliser la réfection du réseau autoroutier fortement circulé ?

POURQUOI ?

Page 35: Comparison of the Structure Rutiere

CONSTRUCTION DJL INC.