Béton compacté au rouleau

Le développement et l’utilisation du béton compacté au rouleau (BCR) au début des années 1970 ont provoqué un changement majeur dans les pratiques de construction des barrages en béton de masse et des écluses. Ce type de béton a été largement utilisé pour le remblai, les sous-couches et la construction de chaussées en béton. Il a également été utilisé pour la construction de barrages en béton à gravité en raison de la faible teneur en ciment et de l’incorporation de cendres volantes qui réduit la chaleur d’hydratation, par rapport aux méthodes traditionnelles de béton de masse. Le BCR a été largement accepté pour la construction de parkings commerciaux, d’installations de stockage industriel, de chaussées de stationnement, de zones de transfert de déchets, de ports à conteneurs, de zones de stockage de quais, de terminaux de camions et de fret, d’applications militaires où la rapidité de construction est essentielle, ainsi que pour les routes urbaines/rurales à faible volume et les bandes d’arrêt d’urgence.

Le BCR présente de nombreux avantages par rapport aux méthodes traditionnelles de bétonnage. Par exemple, la consommation de ciment est plus faible, les coffrages ne sont pas nécessaires en raison de la méthode de “pose en couches”, et le refroidissement des tuyaux n’est pas nécessaire en raison de la faible élévation de température. Le BCR permet de transporter le béton avec des camions à benne, de l’étaler avec des petits bulldozers ou des finisseurs en asphalte spécialement modifiés, et de le compacter avec des compacteurs vibrants. Ainsi, le coût de transport, de mise en place et de compactage du béton peut être considérablement réduit. L’expérience a montré que grâce au BCR, les barrages peuvent être achevés 1 à 2 ans plus tôt.

L’ACI 207.5R-89 définit le BCR comme un béton consolidé par des méthodes de compactage au rouleau. Il diffère principalement du béton traditionnel par ses exigences de consistance, car il doit supporter un rouleau lors du compactage. Le BCR est un béton sans affaissement dont les propriétés dépendent fortement des proportions du mélange, de la qualité du compactage et de l’épaisseur de la couche appliquée. Si la couche est trop fine, les taux de mise en place seront faibles, réduisant ainsi les avantages de l’utilisation du BCR, tandis que si elle est trop épaisse, le compactage peut s’avérer insuffisant, créant des couches horizontales plus poreuses, compromettant ainsi la résistance et la durabilité. Les épaisseurs de 15 à 90 cm sont généralement utilisées. Le compactage doit être effectué dans les 15 minutes suivant le mélange, mais au plus tard dans les 45 minutes. Il est essentiel de maintenir la surface bien humidifiée avec des produits de cure jusqu’à la mise en place de la couche suivante. L’adhérence entre les différentes couches peut être améliorée en réduisant le temps de coulée et/ou en augmentant la teneur en pâte des mélanges. Lorsqu’il est utilisé dans des applications de pavage et de remblayage, le BCR intègre souvent des agrégats de béton recyclé provenant des chaussées remplacées.

Le BCR est généralement dosé pour optimiser la teneur en eau de manière à obtenir la plus grande densité à sec. Contrairement au béton de masse traditionnel, le BCR ne repose pas sur l’approche traditionnelle de la minimisation du rapport eau/ciment pour maximiser la résistance du béton. Au lieu de cela, la quantité d’eau la mieux adaptée au fonctionnement d’un rouleau vibrant sur le mélange humide est considérée comme optimale. Pour tous les travaux de béton de masse, l’utilisation de ciment à faible dégagement de chaleur et d’adjuvants minéraux tels que les cendres volantes (Classe C ou Classe F), le calcaire, le laitier et la pouzzolane naturelle sont recommandés. La taille des agrégats grossiers a une influence significative sur le degré de compactage dans les petites couches. Cette influence est moins marquée dans les couches relativement plus épaisses, en particulier lorsque de gros compacteurs vibrants sont utilisés. Par conséquent, les agrégats de plus de 76 mm de diamètre sont rarement utilisés dans le BCR pour éviter des problèmes de répartition et de compactage des couches.

Il n’existe pas de méthodologie de laboratoire unanimement acceptée pour simuler les conditions sur le terrain lors de la préparation des échantillons de laboratoire. L’ASTM C 1176 est utilisée pour la fabrication d’éprouvettes cylindriques en béton lorsque les procédures standard de compactage et de vibration interne, telles que décrites dans la pratique ASTM C 31, ne sont pas réalisables. Cette pratique est utilisée au lieu du tassement ou de la vibration interne, qui ne peut pas convenablement consolider le béton de cette consistance. Les principaux critères de performances du BCR peuvent être décrits comme suit :

Résistance du béton : Lorsque le volume de pâte dépasse le volume de vides entre les agrégats, la résistance à la compression qui en résulte dépend du rapport eau/ciment, comme le prédit la règle d’Abram. Lorsque la pâte de ciment peut ne pas remplir les vides entre les agrégats, la règle d’Abram ne s’applique pas et la résistance devient souvent fonction de la teneur en humidité.

Module d’élasticité et distribution de Poisson : Le module d’élasticité du béton est un paramètre mécanique très important reflétant la capacité du BCR à se déformer élastiquement. Elle est définie comme la pente de la courbe contrainte-déformation dans la limite proportionnelle d’un matériau. Comme pour le béton traditionnel, le module d’élasticité du BCR est fonction du volume et du type d’agrégats, du degré d’hydratation et du rapport eau/ciment. Les contraintes thermiques générées par la chaleur d’hydratation sont proportionnelles au module d’élasticité du béton. Par conséquent, les conceptions de mélange de béton à faible module élastique sont les plus attrayantes.

Fluage : Le fluage du béton est défini comme la déformation d’une structure sous une charge soutenue. Fondamentalement, une pression ou une contrainte à long terme sur le béton peut le faire changer de forme. Cette déformation se produit généralement dans le sens de la force appliquée. Le RCC avec un fluage élevé est normalement associé à un béton avec une résistance à la compression plus faible et un module d’élasticité plus faible. La déformation à long terme du BCR dépend de la quantité et du type d’agrégats, du rapport eau-ciment, de l’âge du chargement et de la durée du chargement. Le béton maigre avec de grandes quantités de fines présente également un fluage élevé.

Propriétés thermiques : Comme pour le béton de masse conventionnel, l’élévation de la température adiabatique, c’est-à-dire sans gain ni perte de chaleur, est fonction de la quantité et du type de matériau cimentaire utilisé en BCR. La chaleur spécifique, la conductivité et le coefficient de dilatation thermique dépendent du type d’agrégats incorporés dans le mélange.

Durabilité : Le coefficient de perméabilité du BCR est un paramètre critique pour la performance à long terme des barrages, en particulier lorsqu’aucune membrane imperméable n’est utilisée à la face du barrage en amont. La teneur en humidité du béton ne doit pas dépasser le point de saturation critique dans le BCR sans air entraîné pour résister à l’action des intempéries, sinon la résistance aux cycles de gel-dégel serait médiocre.

Bien que les adjuvants chimiques puissent présenter une efficacité limitée dans les mélanges BCR de consistance sèche, il est d’usage d’utiliser des adjuvants réducteurs d’eau et entraîneurs d’air pour une meilleure maniabilité. De plus, l’incorporation d’adjuvants retardateurs de prise pourrait être particulièrement intéressante pour prolonger le temps écoulé avant le durcissement du béton et réduire le risque de joints froids lors des mises en place ultérieures.

Les références:

• ACI 207.1-R05, “Guide to Mass Concrete”, American Concrete Institute, 2005.”
• ASTM C 1176 / C1176 M - 08, “Pratique standard pour la fabrication de béton compacté au rouleau dans des moules cylindriques à l’aide d’une table vibrante.”
• ASTM C31 / C31M – 12, “Pratique standard pour la fabrication et la cure d’éprouvettes de béton sur le terrain”