1 Les bétons compactés au rouleau - Principes, applications et nouveaux développements Richard...
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Les bétons compactés au rouleau -Les bétons compactés au rouleau -Principes, applications et nouveaux Principes, applications et nouveaux
développementsdéveloppements
Richard Gagné ing. Ph.D.Richard Gagné ing. Ph.D.CRIBCRIB
Université de SherbrookeUniversité de Sherbrooke
Département de génie civilDépartement de génie civil
2
ContenuContenu
IntroductionIntroduction HistoriqueHistorique Exemples d’applicationsExemples d’applications Principes de base de la technologie des BCRPrincipes de base de la technologie des BCR Propriétés fondamentales des BCRPropriétés fondamentales des BCR Principes de formulation des BCRPrincipes de formulation des BCR Quelques considérations économiquesQuelques considérations économiques Les défis à releverLes défis à relever ConclusionsConclusions
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IntroductionIntroduction
Qu’est-ce qu’un BCR ?Qu’est-ce qu’un BCR ? Le BCR est un Le BCR est un béton raidebéton raide d’affaissement nul d’affaissement nul Les BCR sont généralement fabriqués avec les Les BCR sont généralement fabriqués avec les
mêmes matériaux que ceux utilisés pour le mêmes matériaux que ceux utilisés pour le béton conventionnelbéton conventionnel
Gros granulats et granulats fins (attention à la Gros granulats et granulats fins (attention à la granulométrie)granulométrie)
Liant : ciment Portland, CV, FS, laitiers, etc.Liant : ciment Portland, CV, FS, laitiers, etc. Adjuvants : réducteur d’eau, retardateur, entraîneur Adjuvants : réducteur d’eau, retardateur, entraîneur
d’aird’air
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IntroductionIntroduction
Aspect typique Aspect typique d’un BCR pour d’un BCR pour
barragebarrage
Aspect typique Aspect typique d’un BCR pour d’un BCR pour
pavagepavage
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IntroductionIntroduction
La consistance très «sèche» du BCR La consistance très «sèche» du BCR requiert toujours l’application d’un effort requiert toujours l’application d’un effort de de compactagecompactage Rapprocher les particules du granulat pour Rapprocher les particules du granulat pour
permettre à la pâte de ciment de permettre à la pâte de ciment de combler les combler les vides granulairesvides granulaires
Un BCR bien formulé et bien compacté est Un BCR bien formulé et bien compacté est en mesure de développer des propriétés en mesure de développer des propriétés mécaniques mécaniques semblables à celles d’un semblables à celles d’un béton conventionnelbéton conventionnel fabriqué avec le fabriqué avec le même rapport E/Lmême rapport E/L
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IntroductionIntroduction
De par sa consistance particulière, le BCR est De par sa consistance particulière, le BCR est généralement mis en place et généralement mis en place et compactécompacté avec les avec les mêmes équipements généralement utilisés pour mêmes équipements généralement utilisés pour la construction routièrela construction routière Camions à benne basculanteCamions à benne basculante Niveleuse (barrage), épandeuse (pavages)Niveleuse (barrage), épandeuse (pavages) Rouleau compacteur (avec ou sans vibration)Rouleau compacteur (avec ou sans vibration)
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IntroductionIntroduction
Le BCR s’est développé selon deux axes Le BCR s’est développé selon deux axes différents:différents: BCR pour BCR pour barragesbarrages et ouvrages massifs et ouvrages massifs BCR pour BCR pour pavagespavages
La formulation, les méthodes de La formulation, les méthodes de construction et les méthodes de mise en construction et les méthodes de mise en places places diffèrent en fonction du type de diffèrent en fonction du type de BCRBCR
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HistoriqueHistorique
19351935: Premières : Premières utilisations du ciment pour utilisations du ciment pour la construction de routes la construction de routes (sol-ciment)(sol-ciment)
19601960: Premières : Premières utilisations du BCRutilisations du BCR Bétons très maigres, Bétons très maigres,
compactés au rouleaucompactés au rouleau Construction de barragesConstruction de barrages
La technologie des BCR La technologie des BCR pour barrages est pour barrages est maintenant éprouvéemaintenant éprouvée Des centaines de Des centaines de
barrages en BCR ont déjà barrages en BCR ont déjà été construits été construits
Horseshoe Bend Dam – Nouvelle ZélandeHorseshoe Bend Dam – Nouvelle Zélande
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HistoriqueHistorique
19701970: Premières utilisations : Premières utilisations des BCR pour la des BCR pour la construction de routesconstruction de routes Chemins forestiers en Chemins forestiers en
Colombie-BritanniqueColombie-Britannique La technologie des BCR La technologie des BCR
pour pavages est une pour pavages est une évolution de la technologie évolution de la technologie des BCR pour barragesdes BCR pour barrages Bétons sans affaissementBétons sans affaissement Faible volume de pâteFaible volume de pâte
Résistance à la Résistance à la compression généralement compression généralement comprise entre 40 MPa et comprise entre 40 MPa et 60 MPa60 MPa Technologie éprouvéeTechnologie éprouvée
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HistoriqueHistorique
Principales applications des BCR pour pavagesPrincipales applications des BCR pour pavages Industrie forestièreIndustrie forestière Secteur minierSecteur minier MunicipalMunicipal Pâtes et papierPâtes et papier Secteur agricoleSecteur agricole Aire de manutention, entreposage (solide / vrac)Aire de manutention, entreposage (solide / vrac) Quai de chargementQuai de chargement Stationnement pour l’industrie lourdeStationnement pour l’industrie lourde Compostage / recyclageCompostage / recyclage Dépôt de neige uséeDépôt de neige usée Fondation de routesFondation de routes
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Exemples d’applications - BarragesExemples d’applications - Barrages
AvantagesAvantages Faible contenu en matières Faible contenu en matières
cimentaires (<cimentaires (< 175 kg/m175 kg/m33)) Faible chaleur d’hydratationFaible chaleur d’hydratation Faible coût / mFaible coût / m33
Rapidité de mise en placeRapidité de mise en place Usines en continuUsines en continu ConvoyeursConvoyeurs
Technologie peu complexeTechnologie peu complexe Grande stabilité volumiqueGrande stabilité volumique
Barrage du Lac Robertson – Hydro-QuébecBarrage du Lac Robertson – Hydro-Québec
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Exemples d’applications - BarragesExemples d’applications - Barrages
AvantagesAvantages Par rapport à un ouvrage en terrePar rapport à un ouvrage en terre
Volume plus faibleVolume plus faible Meilleure résistance à l’érosionMeilleure résistance à l’érosion ImperméabilitéImperméabilité Possibilité de prévoir une centrale adjacente à Possibilité de prévoir une centrale adjacente à
l’ouvragel’ouvrage
Par rapport à un ouvrage en bétonPar rapport à un ouvrage en béton Moins de matières cimentairesMoins de matières cimentaires Rapidité de mise en placeRapidité de mise en place Pas ou peu de coffragesPas ou peu de coffrages
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Exemples d’applications - BarragesExemples d’applications - Barrages
InconvénientsInconvénients Qualité des parementsQualité des parements Difficulté d’entraîner de l’airDifficulté d’entraîner de l’air Coût de transport des matières cimentaires Coût de transport des matières cimentaires
en régions éloignéesen régions éloignées
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Barrage du Lac RobertsonBarrage du Lac Robertson
Exemples d’applications - BarragesExemples d’applications - Barrages
25 MPa à 91 jours25 MPa à 91 jours 75 kg/m75 kg/m33 ciment ciment
type 20type 20 75 kg/m75 kg/m33 CV type F CV type F E/L = 0,72E/L = 0,72 Vebe: 15sVebe: 15s Air entraînéAir entraîné 25 000 m25 000 m33
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Exemples d’applications - PavagesExemples d’applications - Pavages
AvantagesAvantages Faible contenu en matières cimentaires (<Faible contenu en matières cimentaires (< 300 kg/m300 kg/m33))
Faible coût / mFaible coût / m33
Propriétés mécaniques élevéesPropriétés mécaniques élevées Compression: > 40 MPaCompression: > 40 MPa Flexion: > 6 MPaFlexion: > 6 MPa
Développement rapide des propriétés mécaniquesDéveloppement rapide des propriétés mécaniques Rapidité de mise en placeRapidité de mise en place
Usines en continuUsines en continu Utilisation de paveusesUtilisation de paveuses
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AvantagesAvantages Durabilité élevéeDurabilité élevée
Résistance à l’abrasionRésistance à l’abrasion Résistance au gelRésistance au gel Bien adapté aux lourdes Bien adapté aux lourdes
chargescharges Pas d’orniéragePas d’orniérage
Peu de main d’œuvrePeu de main d’œuvre Moins de dégagement Moins de dégagement
thermique que l’asphaltethermique que l’asphalte Confort des ouvriersConfort des ouvriers
Technologie peu complexeTechnologie peu complexe Grande stabilité volumiqueGrande stabilité volumique Peu ou pas de jointsPeu ou pas de joints
Exemples d’applications - PavagesExemples d’applications - Pavages
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Exemples d’applications - PavagesExemples d’applications - Pavages
InconvénientsInconvénients Qualité esthétique de la Qualité esthétique de la
surfacesurface Texture rugueuseTexture rugueuse Surface moins ferméeSurface moins fermée
Qualité de l’uniQualité de l’uni Surface onduléeSurface ondulée Défauts de planéitéDéfauts de planéité Pour trafic à basse vitesse Pour trafic à basse vitesse
uniquementuniquement Difficulté de réaliser des Difficulté de réaliser des
joints structurauxjoints structuraux Le transfert de charge est Le transfert de charge est
problématique problématique
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Exemples d’applications - PavagesExemples d’applications - Pavages
Papetterie DOMTAR - Aire d’entreposage du boisPapetterie DOMTAR - Aire d’entreposage du bois
87 000 m87 000 m22
300 kg/m300 kg/m33 ciment ciment 10SF10SF
E/L = 0,32E/L = 0,32 50 MPa à 7 jours50 MPa à 7 jours 2 couches de 2 couches de
150 mm150 mm
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Exemples d’applications - PavagesExemples d’applications - Pavages
Zone d’arrêt d’autobus – Ville de SherbrookeZone d’arrêt d’autobus – Ville de Sherbrooke
300 kg/m300 kg/m33 ciment ciment type 10SFtype 10SF
Vebe = 40 - 60 sVebe = 40 - 60 s E/L =0,32E/L =0,32 45 MPa à 7 jours45 MPa à 7 jours Air entraînéAir entraîné
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Exemples d’applications - PavagesExemples d’applications - Pavages
Aire d’entreposage des récoltes (silo horizontal) – Milieu agricoleAire d’entreposage des récoltes (silo horizontal) – Milieu agricole
Environ 40 MPa à 7 Environ 40 MPa à 7 joursjours
280 kg/m280 kg/m33 ciment type ciment type 10 avec CV10 avec CV
E/L = 0,40E/L = 0,40 Pavage complété en 4 Pavage complété en 4
heuresheures
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Principes de base de la technologie des BCRPrincipes de base de la technologie des BCR
Un BCR optimal devrait comporter à peu Un BCR optimal devrait comporter à peu près la quantité de pâte nécessaire pour près la quantité de pâte nécessaire pour remplir les vides du squelette granulaire et remplir les vides du squelette granulaire et pour obtenir la maniabilité désiréepour obtenir la maniabilité désirée Pas assez de pâtePas assez de pâte
Faibles propriétés mécaniquesFaibles propriétés mécaniques, maniabilité trop , maniabilité trop faible, durabilité plus faiblefaible, durabilité plus faible
Trop de pâteTrop de pâte Meilleures propriétés mécaniques, maniabilité trop Meilleures propriétés mécaniques, maniabilité trop
élevée, élevée, coût de production plus élevécoût de production plus élevé
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Les granulats occupent entre 80% et 85% du Les granulats occupent entre 80% et 85% du volume d’un BCR compactévolume d’un BCR compacté
Il est très important de bien choisir les granulatsIl est très important de bien choisir les granulats Maniabilité du BCR fraisManiabilité du BCR frais Propriétés mécaniquesPropriétés mécaniques Coûts de productionCoûts de production
Le choix de la courbe granulométrique est un Le choix de la courbe granulométrique est un élément clé de la formulation d’un BCRélément clé de la formulation d’un BCR
Choix du diamètre maximal du gros granulatsChoix du diamètre maximal du gros granulats Barrages : 40 à 80 mmBarrages : 40 à 80 mm Pavages : généralement 20 ou 25 mmPavages : généralement 20 ou 25 mm
Principes – Principes – Squelette granulaireSquelette granulaire
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Principes – Principes – Production et malaxageProduction et malaxage
Deux types d’unités de productionDeux types d’unités de production Usine stationnaire (premix)Usine stationnaire (premix) Usine en continu (pugmill)Usine en continu (pugmill)
Caractéristiques importantesCaractéristiques importantes FiabilitéFiabilité Taux de productionTaux de production Énergie de malaxageÉnergie de malaxage CalibrageCalibrage
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Principes – Principes – Production et malaxage (suite)Production et malaxage (suite)
Usine portative (pugmill)Usine portative (pugmill) Excellente productivitéExcellente productivité (80 à 150 m(80 à 150 m33/h)/h) Installation à proximité du site de constructionInstallation à proximité du site de construction
(délais de transports réduits)(délais de transports réduits)
Malaxage énergique en continuMalaxage énergique en continu Mélange homogèneMélange homogène Dosage fiable des constituantsDosage fiable des constituants Calibrage facileCalibrage facile
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Principes – Principes – Production et malaxage (suite)Production et malaxage (suite)
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Principes – Principes – Production et malaxage (suite)Production et malaxage (suite)
Usine stationnaireUsine stationnaire Production moins importante Production moins importante (40 à 60 m(40 à 60 m33/h)/h)
La cuve ne doit être remplie qu’à 60%-70% de sa capacitéLa cuve ne doit être remplie qu’à 60%-70% de sa capacité
Dosage très fiableDosage très fiable
Peu de problèmes de calibragePeu de problèmes de calibrage
Temps de malaxage plus long que le béton Temps de malaxage plus long que le béton
conventionnelconventionnel
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Principes – Principes – TransportTransport
PavagePavage Transport à Transport à
l’aide de l’aide de camions à camions à benne benne basculantebasculante
Délai variable Délai variable selon mélange selon mélange et conditions et conditions ambiantesambiantes
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Principes – Principes – Transport (suite)Transport (suite)
BarrageBarrage Camions à benne Camions à benne
basculantebasculante ConvoyeursConvoyeurs
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Principes – Principes – Mise en placeMise en place
PavagesPavages Habituellement à l’aide d’une paveuseHabituellement à l’aide d’une paveuse
Couches de 125 à 175 mmCouches de 125 à 175 mm Capacité de 50 mCapacité de 50 m33 / heure / heure
Paveuse classique (asphalte)Paveuse classique (asphalte) Compactage 70% à 80%Compactage 70% à 80%
Paveuse haute performance (Type ABG Titan)Paveuse haute performance (Type ABG Titan) Compactage > 90%Compactage > 90%
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Principes – Principes – Mise en placeMise en place
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Principes - Principes - CompactageCompactage
Toutes les propriétés des BCR sont Toutes les propriétés des BCR sont étroitement liées au étroitement liées au degré de compactagedegré de compactage
Un BCR parfaitement compacté devrait avoir Un BCR parfaitement compacté devrait avoir une résistance à la compression une résistance à la compression comparable à celle d’un béton comparable à celle d’un béton conventionnel de même rapport E/Lconventionnel de même rapport E/L En pratique, il est difficile d’atteindre un En pratique, il est difficile d’atteindre un
compactage parfait (BCR pour pavages)compactage parfait (BCR pour pavages)
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Principes - Principes - Compactage (suite)Compactage (suite)
Rouleaux vibrateursRouleaux vibrateurs (en mode statique et en mode dynamique)(en mode statique et en mode dynamique)
Rouleau à pneus de caoutchoucRouleau à pneus de caoutchouc
(Meilleur fini de surface)(Meilleur fini de surface)
10 tonnes à cylindres d’acier10 tonnes à cylindres d’acier 1,5 tonnes à cylindres d’acier1,5 tonnes à cylindres d’acier
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Principes - Principes - Compactage (suite)Compactage (suite)
Un bon contrôle du compactage au chantier est Un bon contrôle du compactage au chantier est essentielessentiel Un compactage déficient (< 97%) peut diminuer très Un compactage déficient (< 97%) peut diminuer très
significativement les caractéristiques d’un BCR pour significativement les caractéristiques d’un BCR pour pavagepavage
Contrôle de la compacité in situContrôle de la compacité in situ NucléodensimètreNucléodensimètre
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Principes - Principes - MûrissementMûrissement
Pendant la mise en place, il est important de Pendant la mise en place, il est important de maintenir l’humidité superficielle des surfaces maintenir l’humidité superficielle des surfaces exposéesexposées Retardateur d’évaporationRetardateur d’évaporation Vaporisation d’eau en bruineVaporisation d’eau en bruine
Ville de Montréal Ville de Montréal
39
Principes - Principes - Mûrissement (suite)Mûrissement (suite)
Application d’un Application d’un
produit de cure produit de cure
pigmenté blanc pigmenté blanc
immédiatement immédiatement
après le après le
compactage final compactage final
du BCRdu BCR
Ville de Montréal
Ville de Montréal
40
Principes - Principes - JointsJoints
Joints sciés pour le contrôle du retraitJoints sciés pour le contrôle du retrait Réalisés le lendemain matin de chaque journée de Réalisés le lendemain matin de chaque journée de
bétonnagebétonnage Sciage sur 1/4 de l’épaisseurSciage sur 1/4 de l’épaisseur Espacement de 10 à 20 mEspacement de 10 à 20 m
Ville de Montréal Ville de Montréal
41
Propriétés fondamentales - Propriétés fondamentales - ManiabilitéManiabilité
La maniabilité (temps de consolidation La maniabilité (temps de consolidation Vebe) est une propriété très importante du Vebe) est une propriété très importante du BCRBCR
42
Propriétés fondamentales – Propriétés fondamentales – Maniabilité (suite)Maniabilité (suite)
La qualité du BCR en place est étroitement La qualité du BCR en place est étroitement liée à la maniabilité du BCR fraisliée à la maniabilité du BCR frais
Les techniques de mise en place exigent Les techniques de mise en place exigent que le temps Vebe soit compris à que le temps Vebe soit compris à l’intérieur de certaines plages optimalesl’intérieur de certaines plages optimales
Barrages: 10 à 20 secondes (approche « béton »)Barrages: 10 à 20 secondes (approche « béton ») Pavages: 30 à 90 secondesPavages: 30 à 90 secondes
La maniabilité est principalement fonction La maniabilité est principalement fonction du dosage en pâtedu dosage en pâte
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Propriétés fondamentales – Propriétés fondamentales – Maniabilité (suite)Maniabilité (suite)
Consistance Consistance trop «humide»trop «humide» Remontée d’eau en surfaceRemontée d’eau en surface Déformation excessive sous le Déformation excessive sous le
poids des équipements de mise poids des équipements de mise en place (uni de mauvaise en place (uni de mauvaise qualité)qualité)
Consistance Consistance trop «sèche»trop «sèche» Risque de ségrégationRisque de ségrégation Diminution de l’adhérence entre Diminution de l’adhérence entre
les couchesles couches Surface mal «fermée»Surface mal «fermée»
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Propriétés fondamentales – Propriétés fondamentales – Prop. mécaniquesProp. mécaniques
PavagesPavages Les propriétés mécaniques doivent être Les propriétés mécaniques doivent être
suffisantes pour résister aux charges suffisantes pour résister aux charges structurales, à l’abrasion et au gel-dégel structurales, à l’abrasion et au gel-dégel
Prise en compte de la charge de servicePrise en compte de la charge de service Prise en compte de l’épaisseurPrise en compte de l’épaisseur Prise en compte des conditions climatiquesPrise en compte des conditions climatiques
Résistance à la compression : 40 MPa à 70 MPaRésistance à la compression : 40 MPa à 70 MPa Résistance à la flexion : 6 MPa à 8 MPa à 7 jours Résistance à la flexion : 6 MPa à 8 MPa à 7 jours
Attention au contrôle de la compacité au chantier !Attention au contrôle de la compacité au chantier !
50
Propriétés fondamentales – Propriétés fondamentales – Prop. mécaniquesProp. mécaniques
Résistance à la compression (pavage)Résistance à la compression (pavage)
51
Propriétés fondamentales – Propriétés fondamentales – Prop. mécaniquesProp. mécaniques
3
4
5
6
7
8
9
40 60 80
Résistance à la compression (MPa)
Mod
ule
de r
uptu
re (
MP
a)
BCRBéton Usuel
Résistance à la flexion (pavage)Résistance à la flexion (pavage)
52
Propriétés fondamentales – Propriétés fondamentales – Prop. mécaniquesProp. mécaniques
Comportement structural d’une chaussée en BCRComportement structural d’une chaussée en BCR Quai de déchargement de la neige de la Ville de MontréalQuai de déchargement de la neige de la Ville de Montréal
Environ 70 000 camions par saison hivernaleEnviron 70 000 camions par saison hivernale Dalle de 225 mm – Superficie : 21 000 mDalle de 225 mm – Superficie : 21 000 m22
Compression : 40 MPa , Flexion : 5 – 6 MPa (7 jours)Compression : 40 MPa , Flexion : 5 – 6 MPa (7 jours) Mesures au FWDMesures au FWD
Charge de 40 kNCharge de 40 kN Plaque de 300 mmPlaque de 300 mm
Ville de Montréal Ville de MontréalVille de Montréal
63
Les défis à releverLes défis à relever
Amélioration de la texture de surfaceAmélioration de la texture de surface Demande pour une surface plus « fermée »Demande pour une surface plus « fermée »
Diminution du diamètre maximal du granulatDiminution du diamètre maximal du granulat Utilisation d’air entraînéUtilisation d’air entraîné Rouleaux avec pneus de caoutchoucRouleaux avec pneus de caoutchouc
Amélioration de l’uniAmélioration de l’uni Nécessaire pour une circulation à haute Nécessaire pour une circulation à haute
vitessevitesse Actuellement, les défauts de planéité limitent Actuellement, les défauts de planéité limitent
les pavages en BCR aux applications les pavages en BCR aux applications industriellesindustrielles
Possibilité d’un recouvrement mince en asphaltePossibilité d’un recouvrement mince en asphalte
64
Les défis à releverLes défis à relever
Développer une technologie pour Développer une technologie pour améliorer le transfert de chargeaméliorer le transfert de charge Au niveau des jointsAu niveau des joints Au niveau des fissures les plus ouvertesAu niveau des fissures les plus ouvertes
Ville de Montréal Ville de Montréal
65
ConclusionsConclusions
La technologie des BCR est éprouvée et de plus La technologie des BCR est éprouvée et de plus en plus utiliséeen plus utilisée Barrages, pavagesBarrages, pavages
Les BCR sont particulièrement bien adaptés pour Les BCR sont particulièrement bien adaptés pour la construction de pavages très sollicitésla construction de pavages très sollicités
Durée de vie plus longue que celle d’un pavage en Durée de vie plus longue que celle d’un pavage en asphalteasphalte
Plus économique qu’un pavage conventionnel en bétonPlus économique qu’un pavage conventionnel en béton Rapidité de constructionRapidité de construction Coûts d’entretient plus faibles (par rapport à l’asphalte)Coûts d’entretient plus faibles (par rapport à l’asphalte)
Actuellement, technologie limitée aux pavages Actuellement, technologie limitée aux pavages pour véhicules à basse vitessepour véhicules à basse vitesse
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ConclusionsConclusions
Les BCR sont des matériaux hautement Les BCR sont des matériaux hautement optimisésoptimisés Propriétés mécaniques élevées pour un dosage en Propriétés mécaniques élevées pour un dosage en
ciment donnéciment donné Rapport flexion / compression élevé Rapport flexion / compression élevé
Les BCR peuvent être produits sans Les BCR peuvent être produits sans adjuvants de haute technologieadjuvants de haute technologie
Technologies de production et de mise en Technologies de production et de mise en place simples et rapidesplace simples et rapides
Peuvent contenir de forts dosages en ajouts Peuvent contenir de forts dosages en ajouts minérauxminéraux