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Conception et réalisation de revêtements en béton compacté au rouleau au Québec

Conception et réalisation de revêtements en béton compacté au rouleau au Québec Conception et réalisation de revêtements en BCR au Québec ii Le Comité Béton Compacté au Rouleau (BCR) de l’Association des constructeurs de routes et grands travaux du Québec (ACRGTQ), sous la supervision de messieurs Ronald Blackburn et Philippe Pinsonneault, a constaté la nécessité de synthétiser les connaissances actuelles sur les matériaux, la conception et la mise en œuvre de la technologie du BCR au Québec. L’Association canadienne du ciment (ACC) et l’Association béton Québec (ABQ) ont approuvé cette démarche et se sont jointes immédiatement au projet. La rédaction de ce document a été confiée au Centre de recherche interuniversitaire sur le béton de l’Université Laval. À la suggestion de l’ACC, un comité consultatif a été mis sur pied afin de répondre aux exigences particulières des différents intervenants impliqués dans le domaine du BCR au Québec. L’excellente synergie entre les membres du comité consultatif a permis de produire un document qui devrait répondre aux attentes de l’industrie du BCR au Québec. Rédacteurs Pierre Gauthier, ing. Ingénieur de recherche au Centre de recherche interuniversitaire sur le béton (CRIB) Département de génie civil de l’Université Laval Jacques Marchand, ing. Professeur au Département de génie civil de l’Université Laval Centre de recherche interuniversitaire sur le béton (CRIB) Mandataires Association des constructeurs de routes et grands travaux du Québec (ACRGTQ) Association canadienne du ciment (ACC) Association béton Québec (ABQ) Comité consultatif Ronald Blackburn, ing. Association des constructeurs de routes et grands travaux du Québec (ACRGTQ) Alain Desrosiers, T. Sc. A. Représentant de l’Association béton Québec (ABQ) Émile Hanna, ing. Représentant de l’Association des ingénieurs-conseils du Québec (AICQ) Marc-André Lavigne Association québécoise du transport et des routes (AQTR) Claude Lupien, ing. Représentant du Centre d’expertises et de recherche en infrastructures urbaines (CERIU) Richard Morin, ing. Laboratoire de la Ville de Montréal Daniel Vézina, ing. Ministère des Transports Conception et réalisation de revêtements en BCR au Québec iii TABLE DES MATIÈRES TABLE DES MATIÈRES Chapitre 1 – Introduction 1 Objectif et cadre d’application ….…………..………………………………………… 1 1.1 Définition et caractéristiques principales du BCR …………………………………… 1 1.2 Historique …………………………………………………………………………….. 4 1.3 Contenu ……………………………………………………………………………….. 6 1.4 Organigramme de réalisation d’un revêtement en BCR ……………………………... 7 1.5 Normes ………..……………………………………………………………………… 8 Chapitre 2 – Constituants 2 Généralités …………………………………………………………………………… 9 2.1 Liants ……………………….…………………….…………………………………… 9 2.1.1 Généralités ….....…………………...………………………………………….. 9 2.1.2 Ciments, ciments hydrauliques composés et ajouts cimentaires ……………….. 10 2.2 Eau ……………………………………………………………..……………………... 12 2.3 Granulats ……………………………………………………………………………… 12 2.4 Adjuvants ………..………….…………………………………………………………. 15 2.4.1 Généralités …………………….………………………………………………. 15 2.4.2 Réducteur d’eau ………..………………………………………………………. 16 2.4.3 Retardateur et accélérateur de prise ……...……………………………………. 16 2.4.4 Agent entraîneur d’air …………………………………………………………. 17 2.4.5 Nouveaux produits ……………………………………………………………. 18 Chapitre 3 – Propriétés du BCR 3 Généralités …………………………………………………………………………… 19 3.1 BCR à l’état frais …………….………………….…………………………………… 19 3.1.1 Généralités ….……………………...………………………………………….. 19 3.1.2 Maniabilité ...……………………………………………….………………….. 19 3.1.3 Masse volumique ………...……………………………..……………………... 23 3.1.4 Teneur en air ……...…………………………………………………………… 24 3.1.5 Ségrégation …………………………………………………………………….. 24 3.2 BCR à l’état durci ……………………………….……………………………………. 25 3.2.1 Généralités …...………………………..………………………………………. 25 3.2.2 Propriétés mécaniques …………………………………………………………. 26 3.2.2.1 Résistance à la compression ………...…………………………………. 26 3.2.2.2 Résistance à la flexion ……….…………………………………………. 28 Conception et réalisation de revêtements en BCR au Québec iv 3.2.2.3 Influence des constituants sur la résistance à la compression et à la flexion ..………………………………………….… ……………. 30 3.2.2.4 Module élastique ………………………………………………………. 35 3.2.2.5 Retrait ………………...………….……………………………………. 37 3.2.2.6 Comportement à la fatigue …………….………………………………. 37 3.2.3 Durabilité ……………………………...………………………………………. 38 3.2.3.1 Durabilité à la fissuration interne ...……………………………………. 39 3.2.3.2 Résistance au gel en présence de sels déglaçants ………...……………. 41 3.3 Caractéristiques de la surface ……...…………………………………………………. 43 3.3.1 Généralités …………….………………………………………………………. 43 3.3.2 Texture de la surface finie …………….………………………………………. 44 3.3.3 Uni de surface …………………………………………………………………. 45 Chapitre 4 – Formulation de mélanges de BCR 4 Généralités …….……………………………………………………………………… 47 4.1 Principes généraux …....……..………………….…………………………………… 47 4.2 Méthodes de formulation ……...…..……...………………………………………….. 48 4.2.1 Méthodes empiriques ...……..……………………………….………………….. 48 4.2.1.1 Méthode de formulation respectant des limites de maniabilité …….…. 48 4.2.1.2 Méthode de formulation selon des principes de géotechnique ………… 49 4.2.2 Méthode semi-empirique ..…………………………………………………….. 51 4.2.3 Méthode théorique ……….…...………….……………………………………. 57 Chapitre 5 – Conception de revêtements 5 Généralités …………………………………………………………………………… 63 5.1 Principes généraux de conception …….………….…………………………………… 64 5.2 Approches des méthodes de conception …...………………………………………….. 69 5.3 Méthodes de conception .….……...……………………………….………………….. 73 5.3.1 Le logiciel « Thickness design for concrete highway and street pavements » … 73 5.3.1.1 Critères de conception ………………………………………….……… 74 5.3.1.2 Facteurs de conception ..…...………………………………………….. 76 5.3.2 Le logiciel « Design of concrete airport pavement » ...………………………... 80 5.3.2.1 Facteurs de conception ………………..………………………………. 81 5.3.2.2 Facteurs influencant les contraintes ………………...…………………. 84 Chapitre 6 – Construction de revêtement en BCR 6 Généralités …...………………………………………………………………………… 89 6.1 Préparation de l’infrastructure et de la fondation granulaire …….….………………… 89 Conception et réalisation de revêtements en BCR au Québec v 6.2 Production du BCR ..………….…...……...………………………………………….. 90 6.2.1 Généralités ...……………………………………………….………………….. 90 6.2.2 Centrale fixe ……………………...……………………..……………………... 90 6.2.3 Centrale mobile …….……………...…………………………………………… 91 6.3 Transport du BCR …………………………………………………………………….. 95 6.4 Mise en place du BCR …….…………………….……………………………………. 95 6.4.1 Généralités …..…………….…………..………………………………………. 95 6.4.2 Équipements ………..…………………………………………………………. 97 6.4.2.1 Finisseur conventionnel ………...…...…………………………………. 97 6.4.2.2 Finisseur à haut pouvoir de compactage ………………………………. 99 6.5 Compactage du BCR …...………..…………………………………………………. 100 6.5.1 Généralités ...….……………..…………….……………………………………. 100 6.5.2 Équipements et séquence typique de compactage …………………..…………. 101 6.6 Techniques de construction …………………...………………………………………. 103 6.6.1 Compactage de la première bande ………….…………………………………. 103 6.6.2 Compactage d’un joint frais vertical …………………...………………………. 104 6.6.3 Compactage d’un joint froid vertical longitudinal …………..…………………. 105 6.6.4 Compactage d’un joint froid vertical transversal ………………………………. 106 6.6.5 Compactage d’un joint froid vertical d’un système bicouche …….……………. 108 6.6.6 Joint froid horizontal …...………………………………………………………. 108 6.6.7 Contrôle de la fissuration ………………………………………………………. 108 6.7 Mûrissement ……….…………………………………………………………………. 109 6.7.1 Généralités ……….……………………………………………………………. 109 6.7.2 Méthodes de mûrissement ……….……………………………………………. 109 6.7.3 Protection par temps chaud …….………………………………………………. 110 6.7.4 Protection par temps froid …….………………………………………………. 110 6.7.5 Protection de la surface …..……………………………………………………. 110 6.7.6 Remise en service ………...……………………………………………………. 111 Chapitre 7 – Contrôle de la qualité 7 Généralités ……...……………………………………………………………………… 113 7.1 Contrôle de la qualité préliminaire …….…..…….…………………………………… 113 7.1.1 Conformité des constituants ….…….………………………………………….. 113 7.1.2 Conformité du mélange de BCR ...…...…………………….………………….. 114 7.1.3 Conformité de la centrale ………………..……………………..………..….…. 114 7.1.4 Conformité des équipements de mise en œuvre ……………………….……… 115 7.1.5 Conformité de la mise en œuvre ..….………………………………………….. 115 7.2 Contrôle de la qualité au chantier …………..…………...……………………………. 116 7.3 Conformité du BCR ……………………………………….….………………………. 119 Conception et réalisation de revêtements en BCR au Québec vi Annexes Annexe A – Mode opératoire pour l’échantillonnage du BCR ………………………..… A-1 Annexe B – Mode opératoire pour la détermination de la maniabilité du BCR …….……. B-1 Annexe C – Mode opératoire pour la détermination de la masse volumique humide du BCR …………………………………… C-1 Annexe D – Mode opératoire pour la confection d’éprouvettes de BCR destinées aux essais de résistance à la compression consolidées à l’aide d’un marteau à percussion ……….……………………….… D-1 Annexe E – Mode opératoire pour la confection d’éprouvettes de BCR destinées aux essais de résistance à la flexion consolidées à l’aide d’un marteau à percussion .……..…………….….. E-1 Conception et réalisation de revêtements en BCR au Québec 1 Chapitre 1 Chapitre 1 – – Introduction Introduction 1 Objectif et cadre d’application L’objectif principal de ce document est de synthétiser les connaissances actuelles dans le domaine de la technologie des revêtements en béton compacté au rouleau (BCR). Il traite de l’ensemble des pratiques reconnues par l’industrie au Québec. On y discute également des différentes erreurs à éviter. À cette fin, des mises en garde sont formulées au fil du document au sujet, par exemple, de l’utilisation de différents types de matériaux dans la formulation de mélange de BCR, de la production et de la mise en œuvre du BCR. Cet ouvrage concerne uniquement la réalisation de revêtements en béton compacté au rouleau et ne traite pas de la construction de barrages et d’ouvrages massifs en béton en raison de leurs différences technologiques tant au point de vue de la sélection des matériaux, de la formulation des mélanges, des propriétés et de la mise en place du béton. Cet ouvrage concerne uniquement la réalisation de revêtements en béton compacté au rouleau et ne traite pas de la construction de barrages et d’ouvrages massifs en béton en raison de leurs différences technologiques tant au point de vue de la sélection des matériaux, de la formulation des mélanges, des propriétés et de la mise en place du béton. L’ouvrage s’adresse à tous ceux qui s’intéressent à la conception et à la réalisation de revêtements en béton compacté au rouleau en milieux industriels, agricoles ou urbains. Plus spécifiquement, les intervenants visés par cette publication sont les laboratoires, les firmes de génie-conseil, les ingénieurs municipaux, les propriétaires, les entrepreneurs, les producteurs et fournisseurs de béton et les conseillers techniques reliés à l’industrie du béton. 1.1 Définition et caractéristiques principales du BCR Le béton compacté au rouleau (BCR) est un béton sec (mélange d’eau, de ciment, de granulats, d’adjuvants et d’ajouts cimentaires si requis) qui nécessite l’apport d’une énergie de compactage externe pour être bien consolidé. Un mélange de BCR contient plus de granulats et moins de pâte que le béton plastique. Ce béton n’est pas armé et sa mise en place se fait sans coffrage. 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