Réparation et entretien des routes en béton de ciment

La réalisation de revêtements de chaussées en béton de ciment est une technique déjà centenaire. La grande longévité des routes en béton n’est plus à mettre en évidence. De nombreux anciens revêtements sont toujours en service actuellement et prouvent que, bien conçus et bien construits, ils peuvent durer plus de 50 ans. A l’époque, les conditions de circulation n’étaient pas comparables à celles d’aujourd’hui, les véhicules lourds étaient peu nombreux, les critères de confort, de planéité, de bruit de roulement ont également évolué, mais pourtant, ces routes existent encore et rendent de bons et loyaux services aux usagers, sans coûter très cher à leurs gestionnaires. La conception et la réalisation des routes en béton ont suivi de nombreuses évolutions techniques et les revêtements contemporains sont, aujourd’hui, toujours capables d’offrir une durabilité exceptionnelle mais avec un confort et une sécurité répondant aux critères les plus sévères exigés.

Toutefois, sauvegarder le patrimoine et gérer le réseau en bon père de famille demandent aux gestionnaires d’investir de plus en plus dans l’entretien, la réparation ou la réfection des routes existantes.

C’est pourquoi, il nous est paru intéressant d’éditer ce document. Il s’adresse aux maîtres d’ouvrages, auteurs de projet et entrepreneurs préoccupés par la gestion d’une route en béton. A côté d’une présentation synthétique de quelques procédés d’entretien et de réparation, une large place est consacrée aux relations de cause à effet entre les erreurs et leurs conséquences. Ce n’est, en effet, que sur la base de telles relations que sont possibles un diagnostic fondé des désordres et un choix judicieux des techniques de réparation.

Pour la rédaction de ce guide, le rapport RR CRIC 48-1978 a servi de fil conducteur. Celui-ci était issu d’un groupe de travail « entretien et réparation des revêtements en béton de ciment» animé, à l’époque, par M. R. De Paepe, Secrétaire général du Ministère des Travaux Publics et par M. K. Verhoeven, Ingénieur Civil au Centre National de Recherches Scientifiques et Techniques pour l’Industrie Cimentière.

Près de trente ans se sont écoulés depuis, et une mise à jour des techniques s’avérait donc indispensable.

Ce document comble cette lacune et doit encore évoluer au fil des expériences et chantiers vécus. Toute suggestion d’amélioration de son contenu sera donc la bienvenue.

Pour terminer, nous voudrions également remercier M. R. Buys (Robuco) et M. F. Fuchs pour leur aide et conseils à la rédaction de ce document.

INTRODUCTION

Un des avantages prépondérants des routes en béton de ciment est sans doute leur durabilité et l’entretien réduit qu’elles nécessitent, à condition toutefois d’être bien conçues et bien construites. A l’inverse, des erreurs de conception ou d’exécution peuvent conduire, parfois très rapidement, à des dégradations importantes devant alors être réparées à grands frais. Deux éléments sont donc indispensables à la réussite d’une route en béton : la qualité de conception et la qualité d’exécution. A l’heure où il est régulièrement question de qualité, ces deux aspects ne peuvent en aucun cas être négligés.

Cette réputation de durabilité unanimement reconnue pour les structures en béton, ne doit toutefois pas faire oublier au gestionnaire que le maintien d’un bon niveau de ser·vice à long terme est aussi conditionné par le soin avec lequel l’entretien va être assuré, aussi faible soit-il. Déceler à temps les premiers indices d’usure et de fatigue, et appliquer en temps opportun les techniques d’entretien adaptées à la gravité et à la vitesse d’évolution du défaut, constituent toujours des actions très rentables, y compris pour les chaussées à faible trafic. Toute forme de négligence peut déboucher sur des dégradations plus ou moins sérieuses auxquelles il ne pourra être remédié qu’au prix d’inte1″ventions relativement coûteuses.

Il est donc d’une importance primordiale qu’une coordination adéquate et programmée soit établie entre les différentes phases de la vie de chaque tronçon de route, car ces der1zières (conception, dimensionnement, construction, contrôle, entretien et réparation) sont indissolublement liées et ont toutes leur importance. Ceci est d’ailleurs vrai pour chaque type de réseau routier (autoroutes, routes régionales, communales ou rurales) qui chacun pose ses problèmes propres en matière de densité de circulation, de vitesse, de sécurité, de confort, de frais de construction, d’entretien et de réparation. C’est ce dernier élément qui constitue l’essentiel de la présente publication consacrée à l’entretien et aux réparations des routes en béton.

La fissuration transversale constituait le défaut le plus courant dans un ancien revêtement en béton. Suivant la conception moderne introduite il y a bientôt quarante ans, c’est-à-dire une forte réduction de la longueur des dalles, ce défaut a presque totalement disparu. Il est vrai que les joints sont devenus plus nombreux, mais les problèmes qu’ils posent ont été grandement simplifiés de par la réduction des mouvements hygrothermiques des dalles. Les matières de scellement sont donc moins sollicitées et leur entretien plus simple. Les problèmes posés par les joints peuvent d’ailleurs être totalement éliminés dans le cas de routes importantes par recours au béton armé continu.

Pour ces revêtements modernes, le problème des réparations ne se pose pratiquement plus, dans la mesure où la mise en œuvre et l’entretien sont réalisés de façon sérieuse et suivant les règles de l’art. Les réparations sporadiques qui seront encore éventuellement nécessaires se limiteront à des interventions qui, si elles sont faites à temps et judicieusement, ne seront que de faible ampleur.

La situation est cependant toute différente pour les routes plus anciennes qui ont été construites suivant des principes surannés et qui, n’ayant pas été conçues pour le trafic actuel, ne répondent plus aux normes de confort exigées par les usagers d’aujourd’hui. Ces revêtements ont souvent besoin de réparations urgentes parmi lesquelles il peut être cité : la réparation de dégradations aux joints, la stabilisation ou la remise à niveau par injection d’un coulis à base de ciment ou de résine sous le revêtement, l’amélioration des caractéristiques de surface, la rénovation générale de tout un tronçon déterminé.

Il va de soi que les principes et techniques de réparation décrits ci-après ne constituent pas des solutions universelles. Chaque tronçon routier possède des caractéristiques particulières, fonction du type de trafic qu’il supporte, du mode d’exécution et du climat, de sorte que toute comparaison doit être envisagée avec prudence.

1.ERREURS – CAUSES – CONSEQUENCES

1. 1 GENERALITES

Les principaux facteurs qui conditionnent le comportement d’une route sont les suivants: la conception y compris le drainage, l’exécution, le trafic, l’entretien, les réparations. Le drainage tend à maintenir constantes les qualités de l’assiette en régularisant les caractéristiques hydrologiques du sol de fondation. Pour être efficace, il devra donc s’étendre sur une épaisseur suffisante. Il a pour but d’éviter qu’une augmentation de la teneur en eau ne diminue la portance de l’assiette et ne provoque des déformations permanentes, nuisibles au bon comportement du revêtement. Il doit également garantir le sol contre l’action du gel.

Les erreurs de conception concernant la structure du corps de chaussée (fondation, épaisseur du revêtement) sortent du cadre de cette brochure; les dégâts qui en découlent sont d’une telle nature que leur élimination ne relève plus à proprement parler du domaine des réparations. Il faut alors soit démolir le tronçon concerné, soit confier au revêtement sous-dimensionné le rôle de couche de base pour un nouveau revêtement en béton. Les conséquences des erreurs de conception moins grossières qui concernent par exemple la disposition des joints et leur type ou des erreurs d’exécution dues à l’ignorance ou à la négligence, peuvent apparaître rapidement. Les effets quotidiens des mouvements de bombement, les dilatations et contractions d’origine thermique, la fréquence nécessaire des entretiens, déterminent d’ailleurs les paramètres du projet qui doivent être soigneusement pris en compte. Des défauts initialement bénins peuvent évoluer, sous l’influence conjuguée du trafic et des conditions atmosphériques, vers une situation plus grave qui nécessite alors une intervention d’envergure. Il faut donc savoir distinguer clairement les types de défauts susceptibles d’entraîner des dégâts à caractère évolutif.

La longévité de la route ne sera pas mise en péril si aucune évolution défavorable n’est à craindre (fissures dues au vent, microfissures, imperfections d’uni … ); par contre le confort, l’esthétique et même la sécurité peuvent en être affectés (écaillage, rugosité … ). Si au contraire, une évolution des dégâts est possible, des opérations d’entretien peu importantes réalisées à bon escient peuvent y parer et ce à faible coût et sans gêne notable pour la circulation.

Il faut donc faire rapidement un diagnostic des défauts et les mettre en relation avec toutes les informations disponibles ayant trait au tronçon concerné; disposant de toutes ces données, il est très souvent possible d’établir une relation de cause à effet entre les dégradations et les erreurs qui en constituent l’ origine. Une bonne tenue des réparations n’est possible que si ce raisonnement est mené à bonne fin ; l’ ordinogramme suivant illustre cette marche à suivre.

1.2 ERREURS DE CONCEPTION

1.2.1 COUCHE DE FORME ET FONDATION

Des contraintes exagérées et des ruptures peuvent se produire si le revêtement est trop mince eu égard à la qualité des couches inférieures, si la chaussée est de largeur insuffisante augmentant ainsi les charges en bords de dalles, suite à une augmentation imprévue du trafic ou encore si les caractéristiques de la couche de fondation ne sont pas compatibles avec celles du sol. Dans ce cas, il y a apparition dans le revêtement d’une fissuration sauvage importante dont la réparation ne peut même pas être envisagée. Moyennant certaines précautions, l’exécution d’un recouvrement est dans ce cas la seule solution possible. Le choix et la mise en œuvre de la fondation nécessitent donc une attention toute particulière. Les fondations non liées doivent être parfaitement compactées ; les fondations liées qui sont de loin préférables à cause de leur grande résistance à un effet de pompage éventuel, doivent être convenablement dimensionnées et résistantes à l’effet d’érosion.

Des tassements uniformes plus ou moins importants peuvent toujours survenir; ils mettent cependant rarement la tenue de la route en danger car l’effet de dalle répartit les charges tandis que le transfert des charges dans les joints facilite l’élimination des tassements.

Des tassements différentiels peuvent se présenter suite à un compactage insuffisant du sol ou de la fondation, à la présence de terrains hétérogènes et peu résistants, … Il y a lieu de maintenir en bon état le système d’étanchéité des joints. L’injection d’un coulis de ciment sous le revêtement permet de reprendre des différences de niveau à condition d’intervenir à temps. Le resurfaçage local au moyen d’enrobés bitumineux constitue une solution très simple mais dont la durabilité est faible à cause des mouvements des dalles. Les revêtements en béton armé continu apportent une solution idéale à ces problèmes de tassements pour les routes importantes.

Des phénomènes de pompage peuvent également apparaître. Ils sont la conséquence de l’absence de transfert de charges dans les joints transversaux, de la nature et de la mauvaise qualité (e.a. érodabilité) de la couche sous-jacente et de la présence d’eau sous la dalle. Ce pompage est causé par l’effet dynamique dû au passage des essieux sur les joints transversaux ; à chaque passage d’une charge roulante, de l’eau et des granulats fins se trouvant sous la dalle sont expulsés via un joint, une fissure, un coin ou un bord de dalle (fig. 1 et 2). L’extrémité amont de la dalle est ainsi progressivement mise en porte-à-faux ; des dénivellations apparaissent et des fissures complémentaires se forment suite à l’appui insuffisant de la dalle sur son assise.

Le pompage constitue une des causes principales de dégâts secondaires (épaufrures, fissures apparaissant à 1 ou 2 mètres du joint, fragmentation, etc … ). Les routes de conception ancienne, construites sans fondation, avec des joints de dilatation non goujonnés, sont celles qui ont le plus à souffrir de ce défaut. Ainsi, il y a lieu aujourd’hui de toujours prévoir un transfert de charges efficace dans les joints transversaux sauf pour des routes agricoles soumises à un trafic lourd de faible intensité et où le bruit engendré par un pompage ou un battement de dalles limité n’est pas gênant.

Un entretien convenable du scellement des joints réalisé régulièrement et à temps peut s’avérer très efficace contre le pompage : à cette occasion, il ne faut pas négliger de réaliser la même opération aux bords longitudinaux des dalles (fig. 2). Dans les cas graves, les dalles peuvent être stabilisées et remises à niveau par injection de coulis à base de ciment ou de résine. Il y a également lieu de toujours réaliser le marquage longitudinal de bord de chaussée à l’intérieur du revêtement en béton afin d’écarter le trafic lourd du bord de dalle.

1.2.2 CONCEPTION DES REVETEMENTS EN BETON

Anciennement et jusque dans les années soixante, les revêtements ont été réalisés suivant une conception dépassée, en particulier sur le réseau secondaire, mais aussi sur le réseau primaire. Ces revêtements étaient constitués de dalles relativement longues de 10 à 15 mètres, séparées par des joints de dilatation non goujonnés et posées sur une fondation non liée. Cette conception aboutissait à plus ou moins brève échéance à certains défauts qui ont conféré parfois une mauvaise réputation à ce type de chaussées, notamment en matière de confort et d’uni :

• fissuration au tiers central des dalles par l’ action conjuguée des contraintes thermiques et des contraintes dues au trafic (fig . 3) ;
• soulèvement de dalles par flambage en période de forte chaleur (fig. 4).

Aujourd’hui, la conception des chaussées en béton a permis de pallier ce type de défaut dans une large mesure. Pour les chaussées en dalles de béton non armées :

• la suppression quasi généralisée des joints de dilatation en faveur des joints de retrait et la réduction de la longueur des dalles à 5 mètres au maximum ;
• à partir d’un certain niveau de trafic, l’application de fondations liées et non érodables et la mise en place de dispositifs de transfert de charges par goujonnage des joints transversaux et ancrage des joints longitudinaux de flexion.

Pour les routes à trafic élevé, les autoroutes, les routes régionales importantes, la technique des revêtements en béton armé continu a été largement appliquée en Belgique depuis le début des années septante. Cette technique dont l’objectif est de maîtriser la fissuration de retrait par l’ adjonction d’une armature longitudinale a permis de supprimer tous les joints de retrait. Le pourcentage d’armature est calculé de telle façon que les fissures transversales de retrait se répartissent de manière homogène et que leur ouverture reste toujours inférieure à 0,3 mm. Actuellement, et sur base de l’expérience, il est recommandé de prévoir un taux d’acier de minimum 0,75 % de la section du béton.

1 .2.3 DISPOSITION ET CONSTRUCTION DES JOINTS

Les dégâts qui relèvent de cette catégorie peuvent être répertoriés comme suit.

• Fissures provoquées par la présence d’un élément étranger dans la route (taque d’égout, avaloir, … ); la cause en est souvent le rétrécissement important que cet élément représente dans la section transversale de la dalle et qui y provoque des concentrations de contraintes ou alors, cet élément fixe empêche le retrait libre de la dalle (retrait empêché). La solution à ce problème est simple (fig . 5) : il suffit de localiser les éléments perturbateurs en bout de dalle ou de réaliser une amorce de fissuration supplémentaire à leur niveau ; l’ouverture de fissures éventuelles est aussi évitée en prévoyant quelques armatures en pourtour de l’élément étranger et en entourant l’ élément par une Fourrure compressible.

• Fissures provoquées par le Fait que les dalles ne sont pas de Formes carrées ou rectangulaires (avec un rapport dimensionnel entre la longueur et la largeur compris entre 1 et 1,5) ; la cause en est la fragilité des angles aigus sous trafic (fig. 6).

• Soulèvement d’un revêtement souple au raccord avec un revêtement de béton si on n’a pas prévu de joints de dilatation ou de culées d’ancrage.
• Effet de poussée au vide dans des courbes de Faible rayon en l’absence de joints de dilatation de part et d’autre de ces zones ; l’emploi de deux ou trois joints de dilatation (avec fourrure compressible de 2 cm d’épaisseur) à l’entrée et à la sortie de tels virages supprime un tel inconvénient.

1.3 ERREURS D’EXECUTION

1.3.1 QUALITE, COMPACTAGE ET FINITION DU BETON

Une mauvaise qualité du béton est normalement imputable à un facteur E/C (eau/ciment) trop élevé; ceci provient généralement d’une mauvaise granularité, d’un surdosage en sable, d’une ouvrabilité trop forte, d’une teneur en ciment trop faible ou d’un serrage inadéquat. Lors de la mise en œuvre du béton, un surplus d’eau est ainsi ramené à la surface du revêtement dont la porosité est dès lors plus forte que dans la masse : ceci risque d’entraîner un écaillage généralisé plus ou

moins profond, la formation de fissures de retrait, des épaufrures aux bords des dalles, une résistance insuffisante, etc …

D’autres causes possibles de mauvaise qualité du béton peuvent encore être citées, comme la forte teneur en fines du granulat, l’utilisation d’un sable de mauvaise granularité (sable fin- module de finesse trop faible ou sable de concassage – forme des grains), la présence d’impuretés dans les granulats, l’utilisation de pierres plates, la ségrégation ou la dessiccation durant le transport, etc …

Une attention toute particulière doit être portée à la protection du béton frais au moment de la finition de la surface de la route.

• Pulvériser à lamps at an quantité suffisante un produit de cure (curing compound) de bonne qua lité est extrêmement important afin d’éviter l’apparition de fissures de retrait, de fissures dues au vent et une diminution importante de la qualité du béton en surface (fig. 8). Une autre possibilité est la pose d’une membrane plastique.

• Le béton frais doit être protégé contre les précipitations afin de conserver sa texture superficielle ; de plus, une pluie intense peut provoquer des affaissements de bords du béton posé entre
  • coffrages glissants. L’action des sels de déneigement peut provoquer un écaillage plus ou moins important lorsque le béton est poreux en surface par suite d’ un manque de protection, de l’utilisation d’un excès d’eau de gâchage, de l’arrosage de la surface du béton frais, du replâtrage de petites zones (surtout près des joints) au moyen de mortier (fig. 9). De façon générale, les replâtrages superficiels à l’eau ou au mortier destinés à cacher des défauts de mise en œuvre doivent être rigoureusement interdits !

Le gel du béton non encore durci peut également fortement affecter la qualité de celui-ci. L’eau pure et libre se congèle à ooc avec une augmentation de volume de 9 %. Tout comme les tuyauteries éclatent sous l’action du gel par l’expansion de leur contenu, le béton est détruit par l’augmentation du volume de l’eau gelée. Deux cas sont à distinguer :

• quand l’eau gèle lorsque le béton n’a pas encore fait sa prise (béton frais) ;
• la dilatation peut être facilement reprise par le béton encore plastique ;
• dans ce cas, le béton s’élève hors du coffrage et par conséquent, après durcissement, la qualité du béton est très mauvaise car le béton est insuffisamment serré (compacté) ;
• quand l’eau gèle lorsque le béton a fait prise mais est encore très jeune ;
• la résistance développée est trop faible pour que le béton puisse reprendre les contraintes de traction provoquées par le gel en formation et la différence de température entre la surface et l’intérieur ;
• la surface va immanquablement s’écailler (fig. l 0).

1.3.2 DEFAUTS AUX JOINTS

Les dégâts cités ci-après sont directement liés à la construction des joints. Les dégâts consécutifs à un entretien tardif ou inadéquat de ces derniers peuvent également y être associés.

• Joints de dilatation : de par leur conception même, ces joints peuvent être à l’origine de nombreuses dégradations :

• soulèvement d’une dalle par suite de l’inclinaison de la fourrure ; le goujonnage de celle-ci est indispensable même sur les routes à faible trafic (fig. 11 a) ;
• éclatement ou écrasement du béton aux abords du joint lorsque la fourrure ne s’étend pas jusqu’au bord du revêtement ou ne repose pas sur la couche sousjacente (fig. 11 b et 12) ;
• formation de fissures erratiques au-dessus de la fourrure si une coiffe ne la surmonte pas (fig.11 c) ou si la gorge, par meulage, n’a pas été sciée à temps ;
• formation de fissures dans le béton au bout des goujons s’ils ne sont pas munis de capuchons remplis de graisse (fig. 11 d);
• blocage des mouvements du joint si les goujons ne sont pas placés correctement;
• éclatement des lèvres du joint à cause de la présence de corps durs dans la saignée lorsque l’entretien laisse à désirer (fig. 11 e);

épaufrures des lèvres du joint ou expulsion de la matière de scellement lorsque la saignée est trop étroite.

• Joints de retrait: la conception même et l’exécution mécanisée de ce type de joint a pratiquement éliminé la possibilité de défauts typiques à leur endroit. Ceux qui malgré tout apparaissent encore parfois relèvent des causes possibles suivantes :
• épaufrures des lèvres du joint dues à un sciage prématuré (béton encore trop frais) ;
• sciage tardif de l’amorce de fissuration ;
• sciage trop peu profond (il est recommandé de scier au moins 1/3 de l’épaisseur de la dalle);
• dans le cas de joints non sciés, manque de soin lors du lissage des lèvres à l’endroit où la fourrure a été introduite dans le béton frais ou fourrure trop peu enfoncée ;

• blocage du joint à cause de l’utilisation de goujons non enduits, mal situés ou posés sur des berceaux soudés aux goujons (fig. 13).