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

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

2 Comparaison entre les chaussées souples bitumineuses et les chaussées rigides en béton CONTENU DE LA PRÉSENTATION Description des matériaux Conception et dimensionnement des structures selon leur comportement mécanique Exemple de structures autoroutières Caractéristiques de surface Scénarios d entretien

3 Comparaison entre les chaussées souples bitumineuses et les chaussées rigides en béton CONTENU DE LA PRÉSENTATION (suite) Comparaison économique: coûts de construction coûts d entretien Aspects environnementaux Développement et évolution des structures bitumineuses Conclusion

4 DESCRIPTION DES MATÉRIAUX LES ENROBÉS BITUMINEUX DÉFINITION: Mélange de liant hydrocarboné (bitume), de granulats et/ou d additifs minéraux dosés, chauffés et mélangés dans une installation appelée centrale d enrobage. Ils sont ensuite transportés et mis en œuvre sur chaussée.

5 DESCRIPTION DES MATÉRIAUX LES ENROBÉS BITUMINEUX CLASSIFICATION: Selon leur granularité continue (dense) semi grenue grenue discontinue drainante Passant (%) Enrobés bitumineux 0-10 mm dense, semi-grenu, grenu et draînant 0 0,01 0, Ouverture de tamis (mm)

6 DESCRIPTION DES MATÉRIAUX LES ENROBÉS BITUMINEUX Enrobé bitumineux grenu 0-10 mm, discontinu 2,5-5 mm UNE GRANULOMÉTRIE EST DITE «DISCONTINUE» LORSQU UNE CLASSE GRANULAIRE INTERMÉDIAIRE N EST PAS UTILISÉE DANS UN COMBINÉ Passant (%) Discontinuitée Hauteur du palier 0 0,01 0, Ouverture de tamis (mm)

7 DESCRIPTION DES MATÉRIAUX LES ENROBÉS BITUMINEUX CLASSIFICATION: Selon leur épaisseur d utilisation épais mince très mince ultra mince Enrobé discontinu très mince

8 DESCRIPTION DES MATÉRIAUX LES ENROBÉS BITUMINEUX CLASSIFICATION: (FUTURE) selon leurs performances mécaniques module élastique résistance en fatigue acoustiques adhérence couleur Mesure du module élastique sur enrobé

9 DESCRIPTION DES MATÉRIAUX CLASSIFICATION DES ENROBÉS SELON LEUR GRANULARITÉ Type d enrobés Appellation Taux de pose Kg/m² Épaisseur mm Utilisation Dense EB-20, EB et et 55 Base et liaison Dense EB-10S, EB-10C 120 et et 25 Couche d usure Semi-grenu ESG Liaison Semi grenu ESG Couche d usure Grenu EG-10, EGA Couche d usure

10 DESCRIPTION DES MATÉRIAUX CLASSIFICATION DES ENROBÉS SELON LEUR ÉPAISSEUR Types d enrobés Appellation Taux de pose Kg/m² Épaisseur mm Utilisation Grave bitume GB 0/20, GB 0/ à à 150 Couche d assise Béton bitumineux épais Béton bitumineux mince Béton bitumineux très mince Béton bitumineux ultra mince Béton bitumineux clouté Béton bitumineux drainant BBSG 0/14 50 à 100 Couche de liaison B.B.M. 0/10 mm 90 à à 50 Couche de roulement B.B.T.M. 0/10 mm 50 à à 25 Couche de roulement B.B.T.M. 0/5 mm 25 à 50 < 20 Couche de roulement B.B.U.M. 0/5 mm B.B.C. 0/10 mm 45 (mastic) 20 à 25 Couche de roulement 8 (cloutage) B.B. Dr. 0/10 mm Couche de roulement

11 DESCRIPTION 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

12 DESCRIPTION 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»

13 CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT DES STRUCTURES SELON LEUR COMPORTEMENT MÉCANIQUE CONCEPTION DES CHAUSSÉES FLEXIBLES PRINCIPE DE CONCEPTION Couche 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.

14 CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT DES STRUCTURES SELON LEUR COMPORTEMENT MÉCANIQUE DIMENSIONNEMENT DES STRUCTURES FLEXIBLES Les chaussées bitumineuses sont vérifiées par calcul, vis-àvis de: la rupture par fatigue à la base des couches bitumineuses l orniérage des couches non liées et du support

15 CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT DES STRUCTURES SELON LEUR COMPORTEMENT MÉCANIQUE CONCEPTION 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 assurés par une seule couche et un seul matériau.

16 CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT DES STRUCTURES SELON LEUR COMPORTEMENT 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.

17 CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT DES STRUCTURES SELON LEUR COMPORTEMENT MÉCANIQUE Exemple de structure autoroutière: 5700 poids lourds par jour - 30 ans DJMA

18 CARACTÉRISTIQUES DE SURFACE Texture: comparaison des techniques HS (mm) Bétons Enduits Enrobés Béton ciment Béton strié ES D>6 ES D=<6 Seuil minimal de HS BBSG BBM BBTM BBUM

19 CARACTÉRISTIQUES DE SURFACE Texture: aspect de différents revêtements Coupe d enrobés BB Epais BB Mince BBDr Texture de surface sur chaussées

20 CARACTÉRISTIQUES DE SURFACE Propriétés de surface - Bruit de roulement Base de données bruit: fiches Peu bruyants Intermédiaires Bruyants Extrait de la base de Strasbourg 1998

21 CARACTÉRISTIQUES 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

22 CARACTÉRISTIQUES DE SURFACE Adhérence Surface bitumineuse Surface en béton Hauteur au sable: 0.6 à 1.2 CFT à 60 km/h 50 à 80 Distance 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 Hauteur au sable: 0.2 à 0.4 CFT à 60 km/h 20 à 60 Distance 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

23 SCÉNARIOS D 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)

24 SCÉNARIOS D ENTRETIEN Guide technique - Conception et dimensionnement des structures de chaussées. SETRA-Lcpc SCÉNARIOS TYPES D ENTRETIEN POUR LES STRUCTURES AUTOROUTIÈRES ENROBÉ BÉTON ARMÉ CONTINU ANNÉE INTERVENTIONS ANNÉE INTERVENTIONS 5 Réfection des joints transversaux 5* Recouvrement en BBTM 9 Recouvrement de 6 cm enrobé 9 Recouvrement en BBTM 17 60% recouvrement en BBTM 40% recouvrement de 6 cm enrobé 25 40% recouvrement en BBTM 60% recouvrement de 6 cm enrobé 33 60% recouvrement en BBTM 40% recouvrement de 6cm enrobé 41 40% recouvrement en BBTM 60% recouvrement de 6cm enrobé 17 Recouvrement en BBTM 25 Planage + 15cm GB-BBTM sur 5% Recouvrement en BBTM cm GB-BBTM sur 95% BBTM sur 5% 41 40% recouvrement BBTM 60% recouvrement de 6cm enrobé * Si le traitement initial est un dénudage, l intervention de surface est retardée de 3 ans

25 SCÉNARIOS D ENTRETIEN Étude comparative Chaussée flexible vs rigide contexte québécois ÉTUDE COMPARATIVE CHAUSSÉE FLEXIBLE - RIGIDE Chaussée 2 X 3 voies, trafic DJMA, 5700 PL/jour, 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 cm EB-20 9 cm MG cm MG cm MG cm MG cm MG cm MG cm MG cm MG cm PÉRIODE Description $/m² Description $/m² Description $/m² Description $/m² D'ENTRETIEN Année 0 Construction 79,50 Construction 89,00 Construction 65,00 Construction 51,00 3 Marquage 1,15 Marquage 1,15 Marquage 0,60 Marquage 0,60 6 Marquage 1,25 Marquage 1,25 Marquage 0,65 Marquage 0,65 7 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

26 SCÉNARIOS D ENTRETIEN ÉTUDE COMPARATIVE CHAUSSÉE FLEXIBLE - RIGIDE Chaussée 2 X 3 voies, trafic DJMA, 5700 PL/jour, 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 cm EB-20 9 cm MG cm MG cm MG cm MG cm MG cm MG cm MG cm MG cm PÉRIODE Description $/m² Description $/m² Description $/m² Description $/m² D'ENTRETIEN Année 16 Joints T et L 5,30 Joints 3,85 17 Colmatage de 0,30 Colmatage de 0,30 Fissure Fissure 18 Marquage 1,75 Marquage 1,75 Marquage 0,80 Marquage 0,80 20 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% 10,00 23 Joints T et L 6,50 Joints 4,80 24 Marquage 2,15 Marquage 2,15 Marquage 0,95 Marquage 0,95 26 Marquage 2,35 Marquage 2,35 Marquage 1,05 Marquage 1,05 28 Colmatage de 0,40 Colmatage de 0,40 Fissure Fissure 29 Marquage 2,55 Marquage 2,55 Marquage 1,15 Marquage 1,15 30 TOTAL 140,40 147,05 99,62 100,77 DIFFÉRENTIEL 41% 48% 1% NOTE: Indexation des prix de 3% par année Date: 09-sept-04 Le resurfacage en enrobés est de 5 cm d'épaisseur

27 Autoroute 30, Direction Est

28 ASPECTS ENVIRONNEMENTAUX Comparaison de la consommation énergétique et de l émission de gaz à effet de serre STRUCTURES COMPARABLES : DJMA, 30 ANS CARACTÉRISTIQUES CHAUSSÉE BITUMINEUSE DALLE DE BÉTON BÉTON ARMÉ CONTINU Consommation énergétique Enrobé 600 MJ/tonne Béton dalle courte goujonnée 800 MJ/tonne BAC 1350 MJ/tonne Construction 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 1,80 Émission des GES (CO 2 eq) Enrobé 50 kg/tonne Béton dalle 140 kg/tonne BAC 220 kg/tonne Construction 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

29 DÉVELOPPEMENT ET ÉVOLUTION DES STRUCTURES BITUMINEUSES Chaussée souple optimisant le comportement rhéologique d enrobés spéciaux Structure moderne courante Durée de vie 30 ans Risque 5% 186 millions d Ecas PL/jour Structure avec enrobé à module de rigidité élevé Durée de vie 30 ans Risque 5% 185 millions d Ecas PL/jour

30 DÉVELOPPEMENT ET ÉVOLUTION DES STRUCTURES BITUMINEUSES Chaussée souple optimisant le comportement rhéologique d enrobés spéciaux Structure perpétuelle à longue durée de vie Durée de vie 30 ans Risque 5% 185 millions d Ecas PL/jour Structure tricouche Durée de vie 30 ans Risque 5% 73millions d Ecas PL/jour

31 DÉVELOPPEMENT ET ÉVOLUTION DES STRUCTURES BITUMINEUSES Chaussée souple optimisant le comportement rhéologique d enrobés spéciaux STRUCTURE DE TYPE «TRICOUCHE» Phase 1 Phase 2 Phase 3 Processus du mode de rupture d une structure tricouche

32 DÉVELOPPEMENT ET ÉVOLUTION DES 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

33 CONCLUSION 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

34 CONCLUSION 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?

35 CONSTRUCTION DJL INC.

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