en pratique

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AUTEURS
Yves Charonnat
Consultant
Gilles Laurent
CETE de l’Ouest
Jean-Louis Nissoux
Ingénieur conseil
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La normalisation :
clé du progrès technique
Le cas de la norme NF P 98-170
chaussées en béton de ciment
Introduction
Satisfaire les exigences de libre circulation des personnes et
des biens, « maîtrise d’œuvre et entreprises de travaux publics »,
dans la Communauté européenne, implique, pour des travaux
donnés, les mêmes règles de travail pour tous les pays concernés.
La première nécessité consistait à établir une base commune
admise par tous.
Par nature cette base est en quelque sorte le «plus grand dénominateur commun» de tout ce qui se pratique dans l’ensemble des pays
européens, pour décrire et caractériser les matériaux et les ouvrages.
Il était également important de fixer le fil conducteur qui consiste à
respecter les prérogatives de chacun des acteurs : le maître d’œuvre
fixe les exigences pour l’ouvrage, en fonction des propriétés d’usage,
et l’entreprise s’organise pour exécuter les travaux. En conséquence,
les documents à rédiger se devaient d’être neutres vis-à-vis de l’un et
de l’autre des intervenants.
Les ouvrages et leur situation dans le milieu étant très diversifiés, les
documents à rédiger ne pouvaient être que des catalogues, les plus
exhaustifs possible, dans lesquels :
- Chaque « client » choisit les caractéristiques souhaitées pour l’ouvrage en fonction de sa conception et de son environnement.
- L’entreprise trouve les limites à respecter pour que l’exécution soit
conforme aux règles de l’art et aux propriétés d’usage.
Ces besoins et cette définition impliquaient de ce fait la rédaction
de normes européennes dans les trois domaines suivants :
- Le premier concerne les matériaux de construction et donc pour
les travaux qui nous intéressent, la norme « béton » (EN 206-1).
- Le deuxième se rapporte aux normes qui s’appliquent à un type
d’ouvrage particulier (les chaussées en béton par exemple –
NF EN 13877-1).
- Le troisième précise les exigences fonctionnelles de l’ouvrage et
les modes d’appréciation de ces exigences (NF EN 13877-2).
Ces normes forment le corpus normatif européen
Pour réaliser ce travail, tous les représentants des pays de la
Communauté européenne se sont réunis au sein de commissions et
chacun a pu exprimer les besoins de son pays et faire valoir les différentes expériences réalisées. Il en est ressorti que ces normes
devaient admettre qu’il puisse y avoir des ouvertures permettant
aux différents pays de valoriser leur expérience, à partir du moment
où elles ne sont pas contradictoires avec le texte européen et se rapportent à des pratiques reconnues et normalisées dans les pays
concernés. Ces clauses particulières sont alors introduites dans les
normes européennes, lorsqu’elles deviennent normes nationales,
sous l’appellation de « document d’application nationale » (DAN).
Il est important de rappeler que chaque Etat est tenu de publier les
normes européennes dans le corpus normatif national en précédant
leur désignation européenne (EN) par le sigle national (NF, en
France). De ce fait, il n’existe pas de norme européenne dans le corpus normatif français mais seulement des normes françaises dont
certaines sont issues de normes européennes reconnaissables à leur
préfixe EN.
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Enfin, certains pays peuvent avoir rédigé des normes pour autoriser
des pratiques très avancées par rapport aux autres pays européens.
Ces normes sont soit expérimentales (XP), soit homologuées (NF)
en fonction de leur contenu par rapport aux normes rédigées par les
commissions européennes.
Tout cet ensemble constitue le corpus normatif
de chaque Etat
Même si ces documents ont été rédigés à des époques différentes et
par diverses commissions, ils forment un ensemble cohérent. Cette
« pyramide » de documents normatifs permet de bien connaître les
conditions d’exécution d’un ouvrage dans un pays donné.
Le domaine des chaussées en béton n’a pas échappé à cette situation. La communauté technique française a travaillé pour construire
cette pyramide associant les nouvelles normes avec celles qui faisaient la spécificité française (normes exécution et normes « matériels », en particulier) et qui, de ce fait, ont été conservées.
A cet effet, la norme NF P 98-170 : Chaussées en béton de ciment,
exécution et contrôle a été révisée en fonction des nouvelles publications normatives d’origine européenne. Elle fait le lien indispensable entre la normalisation de base : constituants, essais, … et la
documentation technique qui décrit les règles de l’art, tout en gardant sa neutralité sur le choix des objectifs, prérogative du maître
d’œuvre, et sur celui des moyens, prérogative de l’entreprise.
Objectifs et principes des normes
Les objectifs des normes
Une norme est un document de référence permettant que « client »
et « prestataire » parlent sans ambiguïté un même langage et où chacun pourra exprimer ses besoins et son expérience. En conséquence, une norme doit être un document qui ne :
- favorise pas l’une des deux parties,
- fige pas l’évolution des techniques, et
- renchérit pas de façon inconsidérée, le produit concerné.
Une norme doit se satisfaire à elle-même c’est-à-dire, pour
le domaine visé, donner tous les éléments permettant de répondre au besoin de celui qui s’y réfère, éventuellement en s’appuyant sur d’autres normes, qui devront alors être citées en
références normatives.
Enfin, une norme doit permettre de redonner à chacun des partenaires la possibilité d’exercer ses connaissances et ses compétences
sans entraver les moyens d’action de l’autre partenaire.
Pour satisfaire ces règles, il est nécessaire qu’une norme respecte
deux règles de base :
- Se limiter strictement aux éléments qui concernent l’objet visé.
- Prévoir des objectifs en décrivant éventuellement les différents
moyens d’y arriver, sans en imposer un plus particulièrement.
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En revanche, dans le cas où la sécurité de l’usager peut être en
cause, elle doit prévoir les limites à respecter pour les caractéristiques concernées (Directive produits de construction, DPC).
Conçue ainsi, il ressort à l’évidence qu’une norme n’est pas l’élément décisionnel et que chaque acteur a sa responsabilité dans son
application. De ce fait, il s’avère bien souvent que faire référence à
une norme dans sa globalité, pour fixer des exigences, ne permet
absolument pas de préciser l’attente du client et les véritables stipulations pour l’ouvrage à réaliser. Il faut, le plus souvent, fixer le
choix parmi les différentes options présentées par ces normes.
Lorsque la demande est imprécise, il revient au titulaire du marché
de proposer des compléments, que le « client » doit ensuite confirmer. Lorsque le titulaire du marché considère que le choix fait dans
les éléments de la norme, n’est pas conforme aux conditions réelles
d’utilisation du produit, il doit en informer le client. Il est pour cela
considéré comme le « sachant » et une absence de réaction pourrait
lui être reprochée.
La portée d’une norme
Les objectifs visés pour un produit ne sont pas toujours mesurables directement, comme la durabilité du béton. Dans ce cas, la
norme prévoit les conditions garantissant l’obtention de la propriété correspondante et le mode de contrôle du respect de ces
conditions.
Pour expliciter ces règles, nous pouvons prendre pour exemple la
norme béton appliquée à la réalisation d’une chaussée en sélectionnant le cas de la résistance mécanique et celui de la durabilité du
béton.
- La résistance mécanique est l’un des principaux paramètres
caractérisant le béton. L’ensemble des normes qui s’appliquent
(NF EN 206-1 et NF EN 13877-1) doit établir le « catalogue » des
essais permettant d’estimer les valeurs obtenues pour cette grandeur. Il revient au client de choisir la valeur souhaitée : désignation
d’une classe. Le « titulaire du marché » doit prendre toutes les dispositions qui sont supposées lui permettre d’atteindre la valeur
retenue (constituants, formulation, consistance, …). Ces dispositions doivent évidemment permettre de respecter les autres caractéristiques propres à cet ouvrage (résistance à l’usure, au gel,
compacité, durabilité).
- La durabilité est une caractéristique qui ne se mesure pas. En
revanche, le monde des spécialistes considère qu’elle peut être
garantie si on respecte une valeur maximale du rapport de la quantité d’eau efficace à la quantité de ciment (Eeff/C) selon les conditions d’environnement de l’ouvrage (humidité, gel, sels, …).
Le « client » choisit les conditions d’environnement à prendre
en compte (objectif), ce qui, selon les indications de la norme
(NF EN 206-1) fixe le rapport Eeff/C maximal. Le « titulaire du
marché » prend les dispositions (moyens) pour respecter cet objectif en décidant le dosage en ciment, en calculant la quantité d’eau
efficace à introduire dans le béton, en incorporant éventuellement
un adjuvant réducteur d’eau, etc. Il doit mettre en place un dispositif particulier pour s’assurer que ces paramètres de composition du
mélange sont bien respectés pendant toute la durée des travaux.
En conclusion, une norme n’est pas prescriptive sur les moyens d’atteindre les objectifs. Elle doit, en revanche, être le catalogue des
possibilités et, pour chacune d’elles, fixer les conditions de vérification permettant de s’assurer que l’objectif est réellement atteint.
La force d’une norme est d’être représentative des pratiques courantes, neutre vis-à-vis des partenaires et consensuelle pour les spécialistes du domaine.
Les compléments nationaux
Beaucoup de raisons existent pour qu’un ouvrage présentant des
caractéristiques données, soit réalisé différemment selon le lieu
d’exécution. C’est évidemment le cas des chaussées quelles que
soient les techniques pratiquées.
Les paramètres incontournables dans le domaine des chaussées
sont :
- les conditions climatiques,
- la disponibilité des constituants,
- le type de véhicules routiers en circulation,
- etc.
A ces paramètres naturels, il faut ajouter :
- le niveau d’exigence pour la sécurité et le confort des usagers,
- la technicité, la pratique et l’expérience des intervenants (maîtrise
d’œuvre et entreprise),
- l’aspect économique.
De plus, la Communauté européenne a admis dans ses principes, de ne pas interdire les pratiques locales ayant fait leurs
preuves.
A titre d’exemple, toujours dans le domaine du béton,
on admet en France, dans des conditions fixées par une norme (à
l’époque la XP P 18-305), qu’il est possible d’incorporer des
additions calcaires dans le béton et de les prendre en compte
pour réduire en conséquence la quantité de ciment. Cette pratique plus que trentenaire est utilisée avec satisfaction sur le territoire national. En revanche, d’autres pays, qui ne la pratiquent
pas, n’ont pas voulu, par manque d’expérience, l’accepter comme
technique courante. Elle ne figure donc pas dans la norme
européenne mais celle-ci autorise une adaptation nationale
en indiquant : « L’établissement de l’aptitude de l’emploi peut
se faire sur la base d’une norme nationale correspondante ou de
dispositions en vigueur là où le béton est utilisé, faisant spécifiquement référence à l’utilisation de l’addition dans le béton
conforme à l’EN 206-1 ».
Ces exceptions nationales sont présentées dans des documents
d’application nationale (DAN) et sont publiées de deux façons différentes :
- Le DAN peut être directement intégré dans la norme et réparti
dans le texte (cas de l’EN 206-1).
- Le DAN est placé en annexe (cas des cendres volantes pour le
béton).
En pratique, et cela correspond bien à la volonté des Européens
d’unifier leurs pratiques, il existe relativement peu de normes européennes ayant fait l’objet d’un DAN. En revanche, elles font l’objet
d’un avant-propos national précisant l’orientation générale de son
application dans le pays concerné.
Enfin, comme précédemment indiqué, les pays ont pu inclure dans
leur corpus normatif, des normes présentant des pratiques courantes ayant fait la preuve de leur validité soit sur le plan technique,
soit sur le plan économique mais sans remettre en cause la qualité
de l’ouvrage. C’est le cas de :
- La norme NF P 98-170 qui apporte un complément aux autres
normes sans aucun recouvrement. Elle décrit en particulier les
différentes opérations devant être réalisées pour l’exécution
des travaux (épreuves de convenance) et le programme des essais
de contrôle à réaliser par l’entreprise pendant l’exécution
des travaux.
- La norme XP P 18-545 Granulats qui propose un mode d’interprétation des contrôles de fabrication des granulats et reprend l’ensemble des normes sur les granulats quelle que soit leur utilisation.
Elle reprend, notamment, la norme d’origine européenne
NF EN 12620 Granulats pour chaussée en béton, en y introduisant
quelques différences. On peut noter que ces écarts ne sont pas significatifs sauf l’un d’entre eux : celui qui concerne la règle de compensation entre les résultats d’essais de dureté des gravillons
(Los Angeles - LA) et de résistance à l’usure (micro Deval en présence d’eau – MDE), règle non reconnue dans le corpus normatif
européen (tableau 1).
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La non-prise en compte de cette compensation LA - MDE, alors
qu’elle est justifiée en France par de nombreuses années d’expérience (annexe A informative de la norme NF P 98-170) condamnerait pour le béton, l’utilisation des granulats de certaines régions
françaises.
Dans ce cas précis, il est indispensable que le cahier des charges
de l’ouvrage précise, d’une part que la norme XP P 18-545
est applicable et d’autre part si l’annexe A de cette norme
s’applique également.
NF EN 12620 :
Granulats pour béton
XP P 18-545 :
Granulats : Eléments de définition,
conformité et codification
Norme rédigée par la Commission
européenne pour la normalisation
des granulats utilisés dans le béton
sans distinction du type d’ouvrage.
La commission française de
normalisation des granulats y a introduit
un avant-propos national pour
recommander certains essais et les
niveaux de performance à respecter
pour le domaine des chaussées en béton
(et parallèlement, de la même manière,
pour les autres ouvrages en béton)
Norme rédigée par la commission française.
Outre des règles générales
pour tous les granulats (définitions,
interprétation et exploitation des résultats
d’essais,…), elle comporte un chapitre
par type d’utilisation.
Le chapitre 9 concerne les chaussées
en béton et le chapitre 10 les autres ouvrages
en béton.
Les niveaux de performance retenus sont
conformes aux recommandations de l’avantpropos national de la norme NF EN 12620.
Quelques différences
Sable : pas de valeur précisée sur d
Sable : d = 0
Gravillons : D ≤ 63
Gravillons : pas de limite supérieure à D
Graves : pas de valeur minimale pour D
et définition précise de la grave
naturelle 0/8 mm
Graves : d = 0 et 4 ≤ D ≤ 45
Pas de compensation prévue
entre LA et MDE
Compensation possible de 5 points
entre LA et MDE
Rien sur la friabilité des sables
La friabilité des sables peut être une
spécification (doit être citée dans le cahier
des charges de l’ouvrage)
Nombre de classes pour chaque
caractéristique couvrant tout le domaine
du béton
Nombre de classes par caractéristique,
restreint à ce qui est utile au domaine concerné
(chaussées, ouvrages d’art, bâtiments, …)
Tableau 1
Comparaison des stipulations des deux normes granulats pour le domaine du béton
Les résultats des essais doivent permettre de montrer que les performances attendues sont atteintes mais également que leur régularité respecte les règles de l’art. Ces contrôles forment ce qui est
appelé, dans le jargon du management de la qualité, le contrôle
d’exécution ou contrôle intérieur.
Il est réalisé par l’entreprise qui peut éventuellement faire appel
à un laboratoire certifié (NF EN ISO/CEI 17025, par exemple).
En pratique, les normes « produits » doivent décrire les essais à réaliser pour :
- Donner à l’entreprise des informations sur la réalisation des travaux et pour déceler les éventuelles dérives qui peuvent se produire
tant dans la fabrication du béton que dans sa mise en place.
- Prouver au client que la qualité (1) du travail réalisé correspond à
ses exigences et lui donner les éléments lui permettant d’organiser
son contrôle de réception.
Les deux normes principales NF EN 206-1 et NF P 98-170 respectent scrupuleusement ce principe qui correspond d’ailleurs à
l’orientation retenue par la communauté scientifique : le contrôle
des moyens pendant l’exécution plutôt que le contrôle sur l’ouvrage
terminé.
La norme NF P 98-170, en particulier, préconise les contrôles permettant de suivre :
- les propriétés des constituants, essentiellement granulats et
ciment,
- le fonctionnement de la centrale de fabrication du béton : sonde de
mesure de la teneur en eau du sable, doseurs, malaxeur, … :
- les caractéristiques du béton frais et du béton durci : consistance,
teneur en air, masse volumique, résistance mécanique et évolution
de la consistance pendant le transport :
- le fonctionnement des matériels de mise en œuvre : vibreurs,
machine à coffrage glissant, système de guidage, … :
- les caractéristiques de la couche réalisée : géométrie, uni, épaisseur, rugosité de surface, position des pièces métalliques, forme des
joints, périodicité d’ouverture des joints, ….
Pour chacun des essais, la norme NF P 98-170 prévoit, selon la nature
de l’ouvrage réalisé et en fonction de l’avancement du chantier :
- le type d’essai,
- le nombre minimal d’essais (par unité de temps de travail ou par
surface unitaire de couche réalisée).
Elle propose, dans l’annexe G (informative), un exemple de bordereau d’essais relatifs au suivi des points dits sensibles [1].
/ Commentaires
Comme on peut le constater, les différences sont peu nombreuses ;
cependant, certaines peuvent être à l’origine de divergences d’interprétation et donc de conflits ultérieurs. La règle de compensation
entre LA et MDE, est le cas le plus typique. Cette règle est justifiée,
en France par l’interprétation des deux essais. On considère en effet
que chacun des essais peut être légèrement influencé par la caractéristique qu’il n’est pas censé mesurer (le LA par la résistance
à l’usure et le MDE par la résistance au choc) et qu’il n’est pas possible de distinguer formellement la résistance au choc d’une part
et la résistance à l’usure d’autre part, par l’un seulement de ces
deux essais.
Pour les travaux en France, il est indispensable que le cahier des
charges des travaux de l’ouvrage précise d’une part que la norme
XP P 18-545 et d’autre part que son annexe informative A sont
applicables pour les travaux visés.
La base du corpus normatif français
pour les chaussées en béton
Pour les chaussées en béton réalisées sur le territoire français, les
deux normes de base sont les suivantes :
- NF EN 206-1 Béton – Spécifications, performances, production et
conformité, d’avril 2004,
- NF P 98-170 Chaussées en béton de ciment - Exécution et contrôle,
d’avril 2006.
Ces deux normes respectent les principes de base de ce que doit être
une norme et les seules prescriptions qui peuvent y être précisées
correspondent à des nécessités permettant d’assurer la sécurité de
l’usager et la durabilité de l’ouvrage, comme le ferait une annexe Z
dans le cas du marquage CE.
Management de la qualité
Dans les concepts de management de la qualité, il n’est plus envisageable de fabriquer un produit sans pouvoir garantir les performances annoncées par le producteur. En conséquence, le fabricant
du produit (le béton, comme la route, sont des produits au sens de
la norme NF EN ISO 9001) doit pouvoir présenter au client des
résultats d’essais se rapportant aux caractéristiques visées, essais
qu’il a réalisés ou fait réaliser sous sa responsabilité.
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(1)
La qualité est le respect strict des exigences
(définition simplifiée tirée de la norme NF EN ISO 9000)
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La norme NF P 98-170 couvre l’ensemble du domaine des chaussées
en béton en s’appuyant sur les autres normes, lorsqu’elles existent,
en les complétant éventuellement. Son organisation permet de
suivre pas à pas le déroulement du chantier et précise pour cela les
autres normes servant de référence. Avec ses annexes informatives,
elle apporte les éléments de réponse aux questions que peut se
poser le maître d’ouvrage pour les spécifications à prescrire sur les
constituants du béton notamment et fixe pour l’entreprise les
limites raisonnables qu’il ne faut pas dépasser.
Cette norme a bénéficié des apports des constatations réalisées
durant les vingt dernières années sur les chantiers et des nouveaux
concepts organisationnels développés, en particulier au cours des
deux colloques organisés pour le domaine routier.
D.R.
Pourquoi une norme française « exécution » ?
Pour bien saisir le besoin d’une telle norme en France, il faut revenir au mode de contrôle de l’ouvrage tel que présenté au cours des
deux colloques réalisés sur ce sujet (Qualité en technique routière –
1972, et Maîtrise de la qualité – 1989). Ces deux colloques ont successivement démontré que :
- Seul le contrôle pendant l’exécution a une efficacité avérée, tant
du point de vue technique que du point de vue économique.
- Les essais pouvant permettre d’orienter le chantier doivent être
exécutés par celui qui réalise effectivement l’ouvrage afin que les
résultats soient rapidement utilisés pour infléchir, si nécessaire, la
conduite des travaux.
Chaussée en béton de ciment
Objet de la NF EN 206-1
La norme NF EN 206-1 concerne le matériau béton quels que
soient le type d’ouvrage à réaliser (bâtiment, travaux publics, …)
et le mode de construction de l’ouvrage (béton frais fabriqué
dans une usine spécialisée ou fabriqué sur chantier et éléments
préfabriqués).
Aboutissement de vingt années de travail, cette norme reprend les
très nombreuses avancées de tous les pays sur la connaissance du
matériau béton : ses propriétés et son évolution dans le temps.
Elle forme un ensemble cohérent avec les nouveaux codes de calcul
des ouvrages et définit les responsabilités des différents intervenants : le prescripteur pour la responsabilité des spécifications pour
le béton de l’ouvrage (performances), le fabricant du béton pour la
conformité de la production du béton (dosage et malaxage) et l’utilisateur pour la responsabilité de la mise en place du béton (définition de la consistance).
La commission française de normalisation a voulu que le DAN soit
intégré dans la partie européenne de la norme de façon à ne faire
qu’un seul document, ce qui en simplifie la lecture, montre directement les éléments complémentaires et permet une plus grande compréhension du texte. Argument complémentaire : il n’existe qu’une
seule norme sur le sujet dans le corpus normatif français.
Dans la désignation, la référence à la norme NF EN 206-1 concerne
toujours le document contenant à la fois la partie européenne et le
DAN français.
Objet de la NF P 98-170
Cette norme concerne l’exécution des couches de chaussée en
béton. Il n’y a pas de norme équivalente européenne. La première
version, assez en avance sur son temps (avril 1992), avait déjà une
structure proche des futures normes européennes. En effet, elle présentait ce que devaient être le contrôle d’exécution et le mode d’interprétation des résultats d’essais pour le domaine concerné. Son
plus gros défaut était d’être à la fois une norme et un « cours » sur
les chaussées en béton. Cette situation était liée au fait que c’était la
première norme du domaine des chaussées et qu’il n’existait pas ou
peu de guide technique.
La norme NF EN 13877 – 2 Chaussées en béton - Exigences fonctionnelles pour les chaussées en béton, décrit un mode de contrôle
des performances de l’ouvrage essentiellement basé sur des résultats d’essais réalisés sur des carottes prélevées dans la couche de
chaussée. A la demande de la France, il a été prévu un mode de
contrôle qui n’implique pas la réalisation de carottes dans l’ouvrage,
sous-entendu « Nous préférons le contrôle par le suivi en continu de
l’exécution du chantier ». C’est réellement l’objectif de la norme
française NF P 98-170. Elle décrit les différentes étapes à suivre
pour le déroulement du chantier. Parallèlement, elle indique le type
et le nombre des essais devant être réalisés par l’entreprise pour
assurer la confiance du client. Il n’en reste pas moins vrai que le
client peut réaliser une campagne de carottage mais avec pour réel
objectif l’établissement du « point zéro » moyen de l’ouvrage.
Schéma d’organisation des normes
Le tableau 2 montre comment s’imbriquent et se complètent les différentes normes pour le domaine des chaussées en béton en France.
Il est important de signaler que le projet de nouveau Code des marchés publics (juillet 2006) ne prévoit plus que la référence aux
normes homologuées soit automatique. Il convient donc que le
rédacteur du marché précise bien dans le règlement de la consultation ou dans le cahier des charges de l’ouvrage, si les spécifications
techniques s’appuient sur les normes (de préférence) ou sur des
performances d’exigences fonctionnelles.
Liens entre les fonctions assurées
par la chaussée et les stipulations des normes
Rappel sur la constitution de la chaussée en béton
« Les chaussées se présentent comme des structures multicouches… » ; c’est ainsi, entre autres, que se caractérisent les chaussées « modernes » comme l’indiquent les auteurs du guide technique
« Conception et dimensionnement des structures de chaussées » [2].
Pour faire le lien entre les stipulations des normes et les performances à atteindre pour que le comportement des chaussées respecte les objectifs, il faut bien comprendre comment chacune des
couches réagit sous l’action conjuguée du passage des véhicules routiers et des variations climatiques qui environnent l’ouvrage.
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NF EN 206-1
Béton – Spécification, performances,
production et conformité
Catalogue présentant les éléments
qui concernent tous les bétons
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NF EN 13877-1
Chaussées en béton – Matériaux
NF EN 13877-2
Chaussées en béton – Exigences
fonctionnelles pour les chaussées en béton
Précise et complète la NF EN 206-1 sur Spécifications relatives aux produits
les constituants du béton de chaussées utilisés pour les chaussées en béton
Définit les caractéristiques de la couche
et propose un mode de contrôle
- caractéristiques des constituants,
- taille maximale des granulats
• produits de cure
- Etat des dalles
- caractéristiques des bétons,
- exigence de régularité sur la masse
volumique du béton frais
• retardateurs de surface
• produits de scellement des joints
- Classes de résistance en compression
ou en fendage sur carottes
• armatures et fers de liaison
- Tolérances sur l’épaisseur de la couche,
- différents types d’exposition et classes
correspondantes
- exigence sur la teneur maximale
en ions chlorures pour les bétons
armés
• goujons
- Définition de classes de contrôle de qualité
du béton en place
- modes de surveillance et de contrôle
du béton fabriqué
- catalogue de classes de résistance
en traction par flexion et fendage
- classes de résistance mécanique
en compression
NF P 98-170
Chaussées en béton – Exécution et contrôle
Précise et complète la NF EN 13877-1
pour les caractéristiques
des constituants et du béton
Introduit les actions complémentaires
relatives à la fabrication du béton
dans le cadre de l’exécution
d’une chaussée
Précise et complète la
NF EN 13877-1 et la NF EN 13877-2
pour les conditions d’emploi
des matériaux et produits
Précise et complète la NF EN 13877-1
pour les caractéristiques des constituants
et du béton
- réalisation d’une épreuve
de convenance de fabrication
et de transport,
• les goujons, marquage CE,
- choix des performances des granulats
en fonction du trafic
- contrôle des performances
des doseurs,
- choix des caractéristiques du ciment
- contrôle de l’efficacité du malaxeur,
- exigences sur la disposition et la forme
des joints,
- teneur en air occlus minimale
- consistance par l’affaissement,
- fréquence des essais pour la mesure
de la consistance,
-mode de contrôle des caractéristiques
de la couche de chaussée
- résistance mécanique par l’essai
de fendage ou l’essai de compression,
- fréquence des essais pour la mesure
de la résistance mécanique
• les fers de liaison
Introduit les actions
complémentaires relatives à
L’exécution de la couche
de chaussée
- déroulement de l’épreuve de convenance
de mise en oeuvre,
- exigences d’exécution pour le serrage,
la cure, le traitement de surface…
• les armatures
- classes d’exposition XF2 ou XF4
Tableau 2
Imbrication des principales normes relatives à la fabrication du béton et à l’exécution de la couche de chaussée
Pour acquérir les connaissances nécessaires sur le fonctionnement
des chaussées, concepteurs, constructeurs et exploitants les ont instrumentées et observées afin de proposer des modèles de conception en vue de les dimensionner et de prédire leur comportement à
long terme.
La première hypothèse à prendre en compte se rapporte à l’indépendance des couches au niveau des interfaces. Deux possibilités
sont envisageables :
- Les couches sont collées et, dans ce cas, les déformations sont identiques au niveau de l’interface,
- Les couches sont décollées et, dans ce cas, elles glissent l’une sur l’autre
sans transmettre de contrainte dans le plan de l’interface (figure 1).
Contraintes
Traction
Contraintes
Compression
Traction
Compression
Roulement
D’une façon générale, quel que soit le type de chaussée, les modèles
s’appuient sur :
- des matériaux « idéaux », continus, isotropes, parfaitement élastiques,…
- une géométrie des couches parfaite : régulière, surfaces sans aspérités ni déformation, …
Passage des charges et sollicitations mécaniques
/ Sollicitation
en fond de couche
Les chaussées en béton de ciment comportent depuis un peu plus de
quarante ans, pour les forts trafics, une couche de forme au-dessus
du sol support, une couche de fondation, souvent en matériau rigide
(béton maigre, grave traitée au liant hydraulique, GTLH), et un
revêtement en béton de ciment. Ce caractère multicouche de la
structure conduit à examiner le comportement sous charge de
chaque couche, en tenant compte simultanément du comportement
des interfaces.
/ Comportement
Fondation
Support
Figure 1
Transmission des contraintes à l’interface lorsque les couches sont collées
(à gauche) ou décollées (à droite)
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des interfaces
Des observations sur des chaussées en service ont montré
que les revêtements en béton rigide, se décollent progressivement
de la fondation à partir des joints « libres » : le pourtour des dalles.
Lorsque les joints transversaux ne sont pas « libres », c’est-à-dire
qu’ils comportent des dispositifs assurant le transfert de charge
(goujons, armatures continues), le décollement est moins
important, mais il subsiste toujours un joint libre à proximité
des charges : les limites latérales du revêtement. Ce sont les principales raisons pour lesquelles, en France, les chaussées
en béton sont dimensionnées, dans la plupart des cas,
« décollées ».
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Modélisation des chaussées en béton de ciment
Les structures les plus anciennes et les plus simples, accessibles aux modèles
mécaniques permettant la simulation plus ou moins détaillée du comportement sous charge, sont des bicouches : une couche de revêtement en béton
de ciment sur le sol support. Dès le début du 20e siècle, des modèles comportant une plaque mince (le béton) sur un massif élastique plus ou moins
élaboré (le sol), ont permis de simuler et de dimensionner les chaussées
rigides. Westergaard, Hogg, Boussinesq et d’autres sans doute, ont développé de tels modèles [2].
Avec l’augmentation du trafic poids lourds essentiellement et l’évolution des
charges (essieux), les chaussées sont devenues plus complexes et le nombre
de couches a augmenté. Les modèles mécaniques se sont adaptés et leur
capacité à simuler de plus en plus complètement les structures et les charges
actuelles, a suivi les progrès de l’informatique et de sa diffusion, permettant
un meilleur dimensionnement et, d’une certaine façon, une amélioration des
techniques de construction.
compression ; à l’inverse, dans le bas de la dalle et toujours dans le
plan horizontal, cette charge induit une sollicitation en traction.
L’objectif d’une étude de dimensionnement, est de retenir l’épaisseur juste suffisante pour que cette sollicitation soit inférieure à la
contrainte admissible pour le béton en place.
En France, il a été retenu de caractériser la résistance à la rupture
au premier chargement (résistance en traction) par l’essai de fendage sur cylindre, mais on a longtemps utilisé l’essai de flexion et
certains pays utilisent l’essai de compression. Les études de dimensionnement, prennent aussi en compte la variabilité des charges qui
circulent sur les chaussées, la variabilité des propriétés et de l’épaisseur de la couche, celle des propriétés et des épaisseurs des couches
inférieures, car l’étude de dimensionnement vérifie aussi que les
contraintes dans ces couches sont inférieures aux contraintes admissibles des matériaux qui les constituent.
Aujourd’hui, des progiciels comme ALIZÉ-LCPC, permettent une bonne simulation des structures de chaussée avec une informatique de bureau [3]. Ils
s’appuient sur des propriétés conventionnelles de matériaux standards définis par le corpus normatif. Quel que soit le matériau, le concepteur doit disposer d’une image moyenne de toutes leurs caractéristiques
mécaniques nécessaires au dimensionnement : résistance mécanique, comportement à la fatigue, module élastique, etc.
Malgré les progrès déjà réalisés, les modèles analytiques actuels n’appréhendent pas toute la complexité du comportement des matériaux utilisés et
de la superposition de couches. Pour ce qui concerne le béton de ciment, la
principale difficulté vient de ce que les modèles ci-dessus utilisent un massif
semi infini ; la géométrie réelle des dalles et les effets de bords qui en résultent, très importants dans le cas de matériaux rigides, ne peuvent être pris
en compte qu’indirectement au travers de coefficients dont les valeurs ellesmêmes dépendent du type de structures.
Charge
Les praticiens savent que les matériaux utilisés sur chantiers ont un comportement plus complexe ; par exemple, la densité, la résistance ou
l’élasticité d’un matériau ne sont pas homogènes dans une couche, que
ce soit en épaisseur ou en plan ; l’élasticité elle-même n’est pas linéaire,
et la plupart des matériaux, même non liés, comportent des discontinuités plus ou moins importantes. Depuis plus d’une trentaine d’années, des
modèles sont développés pour prendre en compte toutes ces « complexités » de façon aussi réaliste que possible. Il s’agit des modèles aux
éléments finis tels que ceux mis en œuvre avec le logiciel CÉSAR-LCPC [4].
Leur capacité à rendre compte et à simuler les matériaux et les ouvrages
réels nécessite à la fois des capacités de calculs importantes dépassant
largement celles de l’informatique de bureau classique, et des développements théoriques nombreux permettant de caractériser chaque propriété de chaque matériau et de chaque interface introduits dans le
modèle. Cela explique que ces outils soient beaucoup moins diffusés que
les précédents.
En ce qui concerne les chaussées rigides et en France, un modèle mixte a été
développé associant une dalle circulaire, Fremont, puis rectangulaire,
Peyronne, modélisée par des éléments finis, à un support modélisé par un
massif de Burminster [5,6]. Le programme Dalle a été rapidement abandonné, car les couches support sont souvent elles-mêmes en matériaux
rigides mal modélisés par le massif de Burminster.
Seules les chaussées comportant un revêtement en béton armé
continu (BAC) sur une fondation en grave bitume, sont dimensionnées avec l’option « collage » entre les deux couches ; cette structure
a fait l’objet d’une fiche expérimentale au catalogue des structures
[8]. Les premières sections expérimentales sont en service depuis
environ 5 ans. Les mesures et observations récentes montrent dans
tous les cas que le collage est encore effectif. Il faut donc reconnaître
que l’hypothèse du collage, au moins pour la durée observée et pour
le trafic supporté, est avérée. Cette hypothèse permet de prendre en
compte la reprise d’une partie des sollicitations en fond de couche
par la couche inférieure et donc de réduire en conséquence l’épaisseur de la couche supérieure.
/ Comportement
sous charge
Sous charge, la couche de béton fléchit et se déforme en coupelle ;
la figure 2 montre comment le modèle de Westergaard simule ce
phénomène dans le cas d’une charge unique sur une dalle sans bord.
Il résulte de cette déformation que le haut de la dalle se comprime
sous la charge, induisant dans le plan horizontal une sollicitation de
Compression
Plaque de béton
Traction
Figure 2
Déformation d’une plaque mince sous charge, dans le modèle de Westergaard
Pour éviter de faire une étude de dimensionnement à chaque chantier, la plupart des pays européens ont mis en place des catalogues
de structures types. En France, le catalogue des structures types de
chaussées neuves a été mis en place dès 1971 par la direction des
Routes, pour le réseau national ; la dernière version actuellement en
vigueur, date de 1998 [7].
/ Les
stipulations de la norme
La contrainte admissible pour le béton se traduit par le choix de la
catégorie de la résistance caractéristique. La norme NF P 98-170
prévoit cinq catégories de résistance (classées de 2 à 6) mais ne
précise pas le trafic correspondant ni le choix des essais qui sont
laissés à l’appréciation du rédacteur du marché. Le cahier des
charges y ajoute le plus souvent une résistance minimale stricte. Le
catalogue de la direction des Routes se fonde sur le béton de ciment
de catégorie 5 (paragraphe 5.1.3 de la norme NF P 98-170 (2)),
pour la couche de roulement et un béton de catégorie 2 ou 3 pour
la fondation.
(2)
Les paragraphes et les annexes cités en référence sont ceux de la norme NF P 98-170.
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D’autres maîtres d’ouvrage ont fait quelquefois des choix différents
de catégorie de béton en fonction des épaisseurs de dalles retenues.
Par exemple, dans le domaine des aéroports, les études de dimensionnement sont réalisées avec des bétons de catégorie 6 pour les
couches de roulement [10].
Le fait que la résistance mécanique soit définie conventionnellement sur éprouvettes confectionnées, conformément à la norme
concernée (NF EN 12390-2), il importe que dans l’ouvrage il soit
vérifié que le béton en place est compacté à refus.
Cette pente relativement faible, environ 3 fois moins que pour
les matériaux bitumineux, constitue à la fois un avantage et un
inconvénient.
C’est un avantage, car une faible épaisseur supplémentaire réduit
la contrainte de traction en fond de couche et se traduit donc par
une augmentation significative du trafic potentiel.
A contrario, c’est un inconvénient, car une réduction d’épaisseur
du même ordre, entraîne une réduction tout aussi significative
du trafic potentiel.
/ Stipulations
Par exemple, en première approximation, la contrainte en bas de
couche est proportionnelle à la charge et inversement proportionnelle au cube de l’épaisseur. Toutes choses égales par ailleurs, une
réduction d’épaisseur de 1 cm sur une dalle de 20 cm, augmente la
contrainte de 16 % et divise le trafic potentiel par environ 10…
Même si les méthodes actuelles de dimensionnement prennent en
compte la dispersion d’épaisseur de la couche de béton mise en
place sur chantier, il y a nécessité à respecter à la fois l’épaisseur
moyenne demandée qui figure dans le catalogue notamment, mais
aussi à limiter la dispersion de l’épaisseur. Les épaisseurs des structures en béton du catalogue ont été calculées pour une dispersion
ayant un écart type de 1 cm, c’est-à-dire que dans le cas ci-dessus
d’une dalle de 20 cm, 97,5 % des épaisseurs de la couche doivent
être supérieurs à 18 cm. Cela passe, bien sûr, par une très bonne maîtrise du répandage du béton, c’est-à-dire le respect des épaisseurs et
de l’uni de la couche de fondation, et d’une façon générale de toutes
les couches inférieures.
relatives à la résistance mécanique
Pour atteindre et garantir le respect de la valeur retenue pour
le chantier, plusieurs dispositions sont prévues dans la norme
NF P 98-170.
1 – La réalisation d’une étude de formulation ou la présentation de
résultats obtenus sur un chantier précédent de même nature.
2 – La définition statistique de la valeur à respecter : résistance
caractéristique à 28 jours. Bien que ne garantissant pas le respect
d’une valeur seuil, elle permet de limiter le nombre de résultats se
trouvant en dessous de cette valeur (référence à NF EN 206-1).
3 – Le choix d’un matériel adapté à la difficulté d’atteindre la valeur
et sa régularité, dont on vérifie la capacité au moment d’une
épreuve de convenance.
4 – La définition de la méthode d’essais devant être réalisée pour
le contrôle des caractéristiques du béton adapté au niveau de
performance.
Ces stipulations permettent de « garantir » le niveau de performance et la régularité de fabrication.
/ Stipulations
relatives à la densité du béton en place
/ Les
stipulations de la norme
Pour respecter la densité du béton en place, les dispositions suivantes ont été retenues dans la norme NF P 98-170 :
– la définition de tolérances sur la densité du béton frais (référence
à NF EN 13877-1 et NF EN 13877-2),
- le choix du matériel adapté à l’épaisseur de la couche à réaliser
dont on vérifie la capacité au moment d’une épreuve de convenance
(7.2. et référence à NF P 98-734),
– la définition de la méthode d’essais devant être réalisés pour le
contrôle d’exécution (5.2.4. et référence à NF EN 13877-2).
/ Stipulations
Support du trafic et durée de vie de la chaussée
/ Stipulations
/ Fatigue
de la structure
De tous les matériaux de chaussées, le béton et d’une façon générale
les matériaux traités aux liants hydrauliques, ont une résistance à la
fatigue qui ne dépend pratiquement pas de la température, et dont
la courbe représentative en fonction du nombre de chargements est
la moins pentue (figure 3).
Rapport (en %) entre
- la contrainte appliquée et
- la contrainte ade rupture
relatives à l’épaisseur de la couche
Pour respecter l’épaisseur définie dans le catalogue des structures,
les dispositions suivantes ont été retenues dans la norme
NF P 98-170 :
– la définition de tolérances d’exécution (référence à NF EN 13877-2
et paragraphe 8.2.2),
– le choix du matériel (moyen de répandage et dispositif de guidage) adapté à la couche à réaliser dont on vérifie la capacité au
moment d’une épreuve de convenance (paragraphes 6.4 et 7.2 et
référence à la norme NF P 98-734),
- la définition des méthodes d’essais devant être réalisés pour le
contrôle d’exécution : épaisseur, uni… (paragraphe 9.3.2).
Adhérence des véhicules
et caractéristiques du béton de surface
100
80
relatives à la résistance du béton en place
Pour satisfaire la conformité de l’ouvrage au modèle, on retrouve
les mêmes stipulations que dans le cas précédent : résistance
mécanique et densité du béton en place. Il faut cependant signaler qu’un défaut de résistance mécanique ou de densité du béton
en place est beaucoup plus pénalisant pour la durabilité de la
couche (rupture en fatigue) que pour la tenue de la couche lors
du passage d’une charge. De tels défauts se traduiront systématiquement par une réduction de la durée de vie de la couche en
fonction de l’écart réel.
approximation linéaire
/ Usure
60
40
20
1
100
101
102
103
104
105
106
107
108
109
1010
de la surface
Dans la plupart des pays utilisant couramment les chaussées en
béton, les véhicules circulent directement sur le revêtement en
béton de ciment. Dans les années soixante et soixante-dix, les pays
industriels se sont préoccupés des caractéristiques antidérapantes
des revêtements en béton. On a commencé par strier le béton frais
au balai à poils fins, puis à gros poils ou au râteau. L’efficacité immédiate était bonne à très bonne, mais la durabilité insuffisante sur les
routes à fort trafic de poids lourds.
Nombre de chargements à la rupture
Figure 3
Exemple de courbe de fatigue du béton de chaussée
La pente retenue pour l’approximation linéaire est de -1/16
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Cette faible durabilité résulte du fait que ces striages sont réalisés
essentiellement dans le mortier de surface du béton : l’effet de
« peau » induit par le coffrage, modifie la répartition des gros granulats à la surface qui se trouve, de ce fait, enrichie en mortier.
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La principale différence avec les structures dites « souples », réside
dans le double rôle que tient le revêtement en béton de ciment : à la
fois couche de base et couche de roulement. Tant que les trafics
étaient modérés et que les conditions de sécurité des usagers étaient
satisfaites, on a cherché et obtenu des compromis acceptables entre
résistance du matériau et caractéristiques antidérapantes, avec une
seule formulation de béton. Depuis une vingtaine d’années, on
cherche à séparer les deux fonctions, soit en réalisant le revêtement
avec deux formules de béton mises en place simultanément, soit en
prévoyant dès la construction la pose d’une couche de roulement
mince en matériau bitumineux.
L’insuffisance de résistance du mortier et les exigences croissantes en
matière de rugosité du revêtement, ont fait évoluer les traitements de
surface du béton frais afin de faire participer les gravillons du béton.
Le dénudage a pour objectif de créer une macrorugosité durable en
éliminant une partie du mortier de surface pour faire ressortir des
gravillons ayant de bonnes caractéristiques de CPA (aujourd’hui
essai PSV).Toutefois, les études ont conduit à constater qu’une usure
trop lente des gravillons favorise le polissage des grains. Il importe
donc de trouver le bon compromis entre vitesse d’usure et polissage
des gravillons. Il faut toutefois garder à l’esprit que le mortier constitue toujours une part importante de la surface de roulement, ce qui
nécessite encore des caractéristiques de dureté du sable suffisante
pour lui conférer une microrugosité adaptée aux besoins de sécurité.
Enfin, d’autres paramètres interviennent dans la recherche du compromis pour répondre aux besoins de plus en plus souvent exprimés : caractéristiques architecturales, réduction du bruit de roulement, amélioration des propriétés photométriques, … La norme,
dans son annexe informative A, indique les caractéristiques optimales des granulats pour assurer la sécurité de l’usager.
En conclusion dans tous les cas où la circulation se fait directement
sur un béton de ciment, la vitesse d’usure est inversement proportionnelle à la résistance du béton (figure 4) [11].
Profondeur d'usure calculée (mm) pour 40 min d’essai
de la couche de roulement, ce qui implique la réalisation d’une cure
soignée du béton.
/ Stipulations
relatives au sable du béton
Pour satisfaire les besoins de microrugosité de la surface, la norme
NF P 98-170 prévoit les caractéristiques minimales (ou maximales
selon le type de caractéristique) des sables du béton, notamment la
friabilité (annexe A et référence à XP P 18-545).
/ Stipulations
relatives aux granulats du béton
Pour satisfaire les besoins de résistance à l’usure de la surface, la
norme NF P 98-170 prévoit les caractéristiques minimales (ou maximales selon le type de caractéristiques) des granulats constituant le
squelette du béton (annexe A et référence à XP P 18-545) en fonction du trafic supporté. La norme précise également les méthodes
de mesure de la rugosité de surface après striage ou dénudage
(paragraphe 9.3.5).
/ Stipulations
relatives à la classe de gravillons « durs »
dans la composition du béton
Pour satisfaire les besoins de résistance à l’usure de la surface, la
norme NF P 98-170 admet l’incorporation dans la composition du
béton d’une quantité de 450 kg de gravillons « durs » par mètre
cube de béton (annexe A). Cette possibilité implique une homogénéisation très poussée des constituants. La norme renvoie pour
cela à la norme NF P 98-730 et à l’épreuve de convenance de fabrication (paragraphe 7.1). Le traitement de surface du béton frais
est alors le dénudage. La mesure du résultat obtenu est spécifiée
(paragraphe 9.3.5).
/ Stipulations
relatives à la cure du béton frais
La dessiccation du béton est une cause de fragilité de la surface
(farinage) et donc d’une mauvaise tenue dans le temps du mortier de surface et de la matrice enserrant les gravillons durs. Les
stipulations pour la cure du béton sont précisées (paragraphe
6.5), sa bonne réalisation est vérifiée lors de l’épreuve de convenance (paragraphe 7.2) et son maintien en état est indiqué dans
l’annexe E. La quantité de produit répandue et le moment d’application relèvent des règles de l’art. La norme prévoit également que la cure du béton doit être assurée après le dénudage du
béton (paragraphe 4.3.2).
7
Résistance au gel et composition du béton
6
5
/ Comportement
4
GL : granulats légers
GL
3
2
GL
r = 0,91
1
10
20
30
40
50
50
du béton au gel
Lors de la prise, il se développe dans la masse du béton formé, un
réseau de capillaires qui naturellement est rempli d’eau (excès
d’eau par rapport à la quantité qui sera liée au ciment par l’hydratation [12]). Lors du gel, cette eau se transformera en glace et provoquera, en gonflant, des dégradations internes et en surface du
béton. Il faut donc créer, en plus du réseau existant, un second
réseau qui se comportera comme un ensemble de vases d’extension
de cette eau libre présente dans les capillaires.
Résistance en compression du béton (MPa)
Figure 4
Profondeur d’usure en fonction de la résistance en compression du béton
/ Les
stipulations de la norme
De la description faite sur le comportement à l’usure de la chaussée, on peut en conclure qu’il faut une résistance suffisante mais
pas nécessairement la plus élevée possible. Il faut donc maîtriser
cette résistance. En dehors du recouvrement par une couche d’enrobé, deux techniques sont aujourd’hui pratiquées : striage ou
dénudage du béton frais. C’est la nature du granulat qui impose le
choix de la technique. Lorsque la carrière retenue ne possède pas
de gravillons de bonnes caractéristiques vis-à-vis de l’usure sous
trafic, la norme définit la quantité minimale de gravillons « durs »
devant entrer dans la composition du béton. Enfin, également pour
garantir la résistance du béton en surface, il faut souligner la nécessité d’une bonne hydratation du ciment dans la partie superficielle
La protection des bétons hydrauliques passe par l’utilisation d’un
adjuvant appelé entraîneur d’air, qui favorise la formation de très
fines bulles d’air (entre 10 et 100 μ m) lors du malaxage du
mélange. Ces bulles se positionnent en grande partie sur le réseau
des pores du mélange qu’elles interrompent ; elles n’empêchent
pas les échanges d’eau avec l’extérieur du béton, notamment
sous forme de vapeur, mais elles constituent des « vases d’expansion » lors de la formation de la glace, réduisant ainsi la pression
qui en résulte.
De nombreuses études ont montré que ce réseau de «vases d’expansion» est adapté lorsque la demi-distance moyenne entre les bulles,
dénommée facteur d’espacement :⎯ L, est inférieure à la longueur
définie par la norme relative au gel des bétons (de l’ordre de 0,25 mm).
En général, les procédures de certifications des entraîneurs d’air,
vérifient que pour une teneur en air entraîné supérieure à 4 % en
volume (40 litres d’air dans 1 m3 de béton), le facteur d’espacement
remplit les conditions d’efficacité fixées par la norme.
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Les effets du gel dans les chaussées
Dans le domaine des routes, la sensibilité des matériaux au gel, la « gélivité »,
recouvre plusieurs phénomènes :
• la fracturation due aux chocs thermiques,
• le gonflement des sols,
• la gélifraction des matériaux liés poreux et humides.
1. Quasiment tous les matériaux sont sensibles à une très brusque baisse de
température : plus leur coefficient de dilatation est élevé plus une baisse
rapide de la température provoque des microfissurations ou fissuration de
surface. Ce phénomène est rare sous nos climats sauf peut être en altitude ou
dans certains territoires d’Outre-mer.
2. Les matériaux non liés, spécialement les sols fins, sont le siège d’un gonflement lorsque le gel les pénètre et y séjourne. En effet, ces matériaux sont
souvent humides et l’eau qu’ils contiennent migre sous forme de vapeur vers
le front de gel, ou elle se condense et gèle. Le volume de la partie du matériau gelé augmente ainsi pendant tout le temps que dure le gel. Au dégel, la
glace redevient liquide, mais l’eau n’a pas le temps de quitter la zone qui
avait gelé. Le sol se trouve alors saturé d’eau et devient une véritable
« bouillie » sans aucune portance.
Toute circulation à ce moment, entraîne la ruine rapide de la chaussée que l’on
tente de protéger par la pose de barrières de dégel. C’est contre ce phénomène qu’il faut lutter soit en s’assurant que le support de chaussée n’est pas
gélif, soit en interposant une ou plusieurs couches de matériaux non gélifs.
Dans ce dernier cas il faut s’assurer que l’épaisseur du corps de chaussée est
supérieure à la profondeur de pénétration du front de gel lors d’hivers rigoureux (le gel « pénètre » par la surface supérieure).
3. La quasi totalité des matériaux de chaussée fabriqués avec un mélange
granulaire et un liant, sont poreux et une partie de leur porosité est dite
« ouverte » car elle est accessible à l’eau (eau résiduelle de gâchage, pluie,
humidité ambiante, etc.). Le béton hydraulique est de ceux-là. Rares sont les
matériaux poreux qui résistent « naturellement » au gonflement de l’eau qui
se transforme en glace dans les pores « ouverts », lorsque le gel les pénètre.
En effet, pour cela, il faut que les diamètres des pores aient une répartition
statistique binomiale, et que la longueur d’un pore « fin » débouchant dans
un « gros » pore soit inférieure à une longueur dépendant du matériau considéré (facteur d’espacement).
/ Stipulations
de la norme
Pour conférer au béton les propriétés de résistance au gel, la norme
NF P 98-170 impose l’incorporation d’un agent entraîneur d’air
dans tous les bétons, béton de revêtement et béton de fondation
(paragraphes 4.1.1 et 5.1.2), et prescrit une quantité d’air entraîné
supérieure ou égale à 4 % (NF EN 206-1) (figure 5).
Il est également fixé une fourchette de régularité de la quantité d’air
entraîné de 4 points au-delà de la valeur spécifiée (NF EN 206-1). Il
faut signaler que la présence de bulles d’air abaissant la résistance
mécanique du béton, la quantité d’air entraîné est de ce fait volontairement limitée lors de la formulation du béton.
Pour que l’incorporation de ce produit conduise effectivement à la
création de bulles d’air il est indispensable que :
- Le produit utilisé soit efficace (NF EN 934-2).
Figure 5
Schéma de la coupe d’un béton sans entraîneur d’air (A) et avec (B)
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- La quantité de produit soit suffisante (dépend de la composition
du béton, de l’ordre de 0,5 kg par mètre cube).
- Le malaxage soit énergique, sa durée notamment (NF P 98-730).
Enfin, il faut signaler que l’emploi d’un agent entraîneur d’air dans
un béton qui contient des cendres volantes peut conduire à des difficultés d’obtention de la quantité d’air entraîné. Ce cas se présente
lorsque la teneur en imbrûlés des cendres est supérieure à 4 %. La
norme NF EN 450 Cendres volantes pour béton, admet la possibilité d’utiliser des cendres volantes pouvant aller jusqu’à 6 % d’imbrûlés (DAN) mais attire l’attention des utilisateurs sur les risques
potentiels d’anomalies.
Les mouvements des dalles et les joints
/ Rôle
des joints
Les variations dimensionnelles des dalles de béton, que ce soit du
fait de l’hydratation du ciment (contraction Le Chatelier) ou du fait
des variations de température (contraction et dilatation) donnent
naissance à des sollicitations internes qui se traduisent par une fissuration, le plus souvent transversale mais qui peut être également
longitudinale si la largeur de la bande est importante (supérieure
à 6 m pour une épaisseur de béton voisine de 20 cm). La fissuration
« libre » de la couche de béton pourrait conduire à des concentrations de fissures très rapprochées, constituant ainsi des dalles
de faibles dimensions dont le comportement pourrait affecter
le confort et la sécurité des usagers et, localement, la durabilité
de la chaussée.
Pour éviter que ces fissures ne soient erratiques, deux techniques
sont possibles :
- Soit on réalise des joints dans la couche de béton. Les joints se
composent alors de deux parties, de haut en bas :
- un trait de scie réalisé à partir de la surface de la dalle, dans le
béton durci jeune, idéalement avant tout retrait sensible,
- la fissure alors initiée et localisée par le trait de scie, qui règne
jusqu’au bas de la dalle.
- Soit on incorpore dans la couche de béton des armatures en acier
(béton armé continu, BAC). La fissuration se produit, mais se limite
à de nombreuses micro-fissures qui n’empêchent pas le fonctionnement en continu de la structure.
Les joints transversaux sont sciés avec un pas qui est fonction de
l’épaisseur de la dalle (environ 25 fois l’épaisseur) pour localiser les
fissures transversales qui se produiraient en moyenne à cet intervalle.
Le trait de scie a un double rôle : il localise la fissure et il permet de
donner à la discontinuité des bords francs et orthogonaux avec la
surface supérieure de la dalle. Cette disposition permet de retarder,
sinon d’empêcher, l’apparition d’épaufrures lorsque les deux côtés
du joint se déplaceront verticalement l’un par rapport à l’autre, au
passage des charges.
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Le trait de scie, éventuellement élargi, permet de placer le produit
d’étanchéité destiné à limiter les pénétrations d’eau dans le corps de
chaussée (figure 6).
Largeur de l’élargissement
produit d’étanchéité
D
Fond de joint
Réservoir pour
produit d’étanchéité
Sciage initial pour
localiser la fissure
Largeur de trait de scie initial
Figure 6
Coupe schématique d’un joint de retrait du béton de ciment
/ Stipulations
de la norme
La forme du joint relève du cahier des charges de l’ouvrage et le
moment d’exécution, des règles de l’art.
La norme NF P 98-170 prescrit :
- l’emploi de matériel, pour la réalisation des joints, adapté au travail à réaliser (paragraphe 6.5),
- la vérification de l’efficacité du matériel utilisé lors de l’épreuve de
convenance (paragraphe 7.2),
- la vérification de la forme et de la profondeur des joints réalisés
(paragraphe 7.2),
- le mode de contrôle de la profondeur des joints (paragraphe 9.4.4),
- la nature du produit de scellement (paragraphe 4.2.5),
- le mode de contrôle de l’étanchéité du joint garni (paragraphe 9.4.5).
Indirectement, la norme NF P 98-170 préconise d’autres dispositions
pour mieux maîtriser le moment de réalisation du sciage. Ces dispositions portent principalement sur la nature de certains constituants
et en particulier du ciment. L’annexe B de la norme NF P 98-170
préconise des performances particulières concernant le temps de
prise, la maniabilité et propose une teneur en C3A (aluminate tricalcique) adaptée à la nature des granulats et à la température
ambiante prévue sur le chantier. L’annexe F de cette même norme
propose un exemple de protocole d’accord entre le fournisseur de
ciment et l’entrepreneur afin de pouvoir coordonner le déroulement
des travaux avec les performances réelles du ciment.
Dans le cas des chantiers dont la durée dépasse plusieurs semaines,
voire plusieurs mois, la norme NF P 98-170 encourage aussi fournisseur (fabricant) de ciment et entrepreneur exécutant la chaussée en
béton, à s’informer mutuellement (annexe F, informative). Il s’agit
le plus souvent de suivre la régularité de la fabrication du ciment
pour ce qui concerne le cimentier, et d’informer du déroulement du
chantier pour ce qui concerne l’entreprise. Dans le cas de risques de
fissuration précoce (conditions locales ne permettant pas de respecter les règles précédentes), cette information sur les éventuelles
variations des propriétés du ciment, mêmes celles qui ne sont pas
normalisées, est extrêmement utile à l’entrepreneur pour adapter la
conduite du chantier : choix des horaires de bétonnage, renforcement de la cure, organisation du sciage des joints, etc.
Deux conséquences, susceptibles de modifier la répartition des
fissures, sont à considérer :
- une modification d’épaisseur de béton,
- des variations de résistance mécanique du béton.
La première conséquence, la plus grave lorsqu’il s’agit de surépaisseur, entraîne un espacement important entre deux fissures consécutives et une ouverture de ces fissures en conséquence. Cette
surépaisseur peut résulter d’un collage intempestif entre deux
couches alors que le projet considère les couches indépendantes.
Si l’on veut réellement viser le collage des couches, alors il y a lieu
de prendre en compte la section, pondérée avec la résistance propre
de chaque matériau, de l’ensemble des couches considérées collées.
Aujourd’hui, on cherche le plus souvent à coller le béton
sur l’enrobé.
La seconde conséquence peut résulter d’une trop forte résistance
mécanique du béton. Là encore, le risque consiste à constater des
fissures très éloignées et fortement ouvertes.
Ces deux origines d’incident qui peuvent, à première vue, paraître
bénéfiques pour l’ouvrage ont un risque d’apparition en principe
limité par les normes du fait de la fixation de tolérance sur l’épaisseur
de la couche (§ Stipulations relatives à l’épaisseur de la couche),
et par une définition statistique de la résistance mécanique du béton
(§ Stipulations relatives à la résistance mécanique) qui encadre d’une
certaine façon les valeurs hautes et les valeurs basses.
Enfin, une variabilité des propriétés des armatures longitudinales,
limite élastique et diamètre, peut conduire localement ou sur la
totalité du chantier, à des désordres similaires. Le respect de la
norme NF EN 13877-1, paragraphe 6.7, est une nécessité.
Conclusion
La norme NF P 98-170 et celles auxquelles elle se réfère définissent un
béton hydraulique utilisable dans les chaussées, décrites elles-mêmes
par un ensemble de documents réglementaires dont le catalogue de
dimensionnement des structures types de chaussées neuves. Tant que
le béton hydraulique fabriqué et la couche de chaussée réalisée sont
conformes aux exigences normatives, le dimensionnement fixé assure
au maître d’ouvrage une durabilité de la chaussée conforme à son
choix et un coût d’entretien voisin de celui des autres structures qu’il
aurait pu choisir dans les mêmes conditions. L’expérience permet également de faire des prévisions réalistes des volumes et des moments
d’exécution de travaux d’entretien à réaliser.
Comme nous l’avons dit, les modèles utilisent des matériaux
« idéaux », continus, isotropes, parfaitement élastiques, etc., ainsi que
des propriétés dichotomiques d’interface entre couches : collage ou
glissement. Cela implique donc que la réalisation vérifie au plus
près ces hypothèses d’où l’importance des phases de convenance de
fabrication et de mise en œuvre qui permettent de s’assurer, maître
d’ouvrage et entreprise, que les exigences sont tenables et que les
moyens sont adaptés. Le reste du chantier devra évidemment s’attacher à maintenir la qualité du travail.
Les normes et le catalogue s’inscrivent, de ce fait, dans une doctrine
technique cohérente, qui permet d’obtenir un réseau routier homogène, tant en ce qui concerne les propriétés d’usage des chaussées
que leur espérance de vie et la périodicité d’entretien.
Exécution et contrôle
des chaussées en béton de ciment
La fabrication du béton
/ Répartition des fissures de retrait
dans le cas particulier du BAC
/ Les
La répartition des fissures dans le cas du BAC est « prévue » en prescrivant un rapport de section entre le béton et les armatures. Ce rapport de section sous-entend des plages de caractéristiques mécaniques pour chacun des deux matériaux.
Le béton, ses caractéristiques, sa production et son contrôle sont
régis par trois normes principales qui se complètent et qui précisent
les conditions spécifiques applicables pour les chaussées en béton
en France.
principales normes concernées
RGRA
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- la norme NF EN 206-1 Béton – Spécifications, performances, production et conformité,
- la norme NF EN 13877-1, Chaussées en béton de ciment –
Matériaux,
- la norme NF P 98-170 Chaussées en béton de ciment – Exécution
et contrôle.
L’imbrication de ces trois normes et l’apport de chacune d’elles ont
été décrits dans le tableau 2.
/ La
norme NF EN 206-1
Comme il a été dit précédemment, cette norme est la référence pour
la constitution et les propriétés des bétons. Pour le domaine général
d’application, cette norme est complétée par les normes relatives aux
constituants (ciment, additions, granulats, eau et adjuvants) et par les
normes d’essais sur béton frais (série NF EN 12350) et sur béton durci
(série NF EN 12390). Le tableau 3 liste les références de ces normes.
BPS - NF EN 206-1 – XF2 – S 2,7 - S1 – Cl 0,40 – Dmax 20
E/C < 0,55 et air entraîné ≥ 4 %
Légende :
- BPS : type de béton
- NF EN 206-1 : conformité à la norme NF EN 206-1
- XF2 : classe d’exposition (saturation modérée en eau avec agents de déverglaçage)
- S 2,7 : résistance caractéristique en flexion mesurée par fendage
(2,7 MPa mesurée à 28 jours sur éprouvettes H : 16 mm et ∅ : 32 mm
- S1 : consistance du béton (entre 10 et 40 mm mesurée par l’essai d’affaissement)
- Cl 0,40 : teneur en chlorure : (teneur maximale en ions chlorure rapportée
à la masse de ciment, cas du béton armé continu)
- Dmax 20 : dimension maximale des granulats
(20 mm au sens de la norme NF EN 12620)
Des caractères complémentaires sont prévus :
- E/C < 0,55 : rapport maximal de la quantité d’eau efficace à la quantité de ciment
- Air entraîné ≥ 4 % : quantité minimale d’air entraîné dans le béton
Tableau 3
Exemple de caractéristiques à préciser à la commande pour un béton de chaussée
/ Son
caractère général
Le champ d’application de cette norme couvre tout le domaine des
ouvrages ou parties d’ouvrage en béton. De ce fait, sont concernées
les fabrications en centrales fixes (BPE) et les fabrications en centrales de chantier, la production de béton pour les ouvrages coulés
en place et la fabrication du béton pour les éléments préfabriqués.
Toutefois, la norme distingue les conditions particulières de production lorsqu’elles diffèrent du fait du caractère propre du matériau ou du mode d’utilisation du produit fabriqué : caractérisation
du produit, choix des essais, …
Pour la rédaction de cette norme, deux objectifs ont été en permanence présents à l’esprit des normalisateurs :
- Favoriser l’économie.
- Assurer la durabilité.
Pour favoriser l’économie, la norme a introduit la possibilité d’utiliser les « déchets » de l’industrie (cendres volantes, laitier moulu, …)
ou des producteurs de granulats (graves, …) ou bien des fabricants
de béton (eau de lavage des installations, retours de béton, …). Pour
ces sous-produits, la norme a défini les limites d’emploi afin de
garantir la qualité de l’ouvrage final (durabilité). Pour les additions
à caractère pouzzolanique ou hydraulique, la norme européenne
permet de réduire la quantité de ciment (composition du liant équivalent). Le document d’application nationale a élargi cette possibilité aux additions calcaires et siliceuses et aux laitiers moulus.
Enfin,la norme prend également en compte la certification des usines de
BPE pour moduler le volume des contrôles de fabrication, ce qui peut
être considéré comme participant à l’économie générale pour la fabrication du béton (mise en commun, pour toute la fabrication, des résultats
des contrôles effectués dans une usine de fabrication du béton).
Pour assurer la durabilité du matériau béton (à ne pas confondre
avec la durabilité de l’ouvrage réalisé) la norme a défini, pour
chaque type d’agression (carbonatation, chlorures, eau de mer,
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RGRA
gel/dégel avec ou sans sels de déverglaçage et attaques chimiques)
des classes d’exposition avec, pour chacune d’elles, les valeurs
extrêmes (inférieures ou supérieures) à respecter pour les paramètres concernés (teneur en eau efficace, dosage en ciment, teneur
en air occlus, résistance mécanique, …).
/ Les
types de béton
La norme fait référence à trois types de béton pour décrire les paramètres à respecter et, en conséquence, le mode de passation de la
commande.
- Les bétons à propriétés spécifiées (BPS) (correspondant aux
anciens BCN) pour lesquels il est défini les performances devant
être atteintes.
- Les bétons à composition prescrites (BCP) (correspondant aux
anciens BCS) pour lesquels le producteur doit respecter la composition spécifiée.
- Les bétons à composition prescrite dans une norme (BCPN) :
contrairement à la précédente, c’est la norme et non le donneur
d’ordre qui définit les éléments essentiels de la composition.
Dans le domaine des chaussées en béton, on se situe généralement dans l’un ou l’autre des deux premiers types cités. En général, pour les « grands chantiers », l’entreprise fait réaliser, pour
son propre compte, une étude de formulation en laboratoire.
C’est en s’appuyant sur les résultats obtenus à l’étude puis lors de
l’épreuve de convenance que le client s’assure que le béton proposé répond potentiellement à ses exigences en (matière de résistance mécanique et de teneur en air). La formulation est alors
retenue et il revient au fabricant du béton de la respecter tout au
long du chantier. Pour le fabricant de béton, cela correspond aux
bétons à composition prescrite (BCP).
Pour les autres chantiers, on retient le plus souvent les bétons à
propriétés spécifiées (BPS). Ils sont commandés à la centrale
(généralement une centrale BPE) par l’utilisateur en précisant
les performances à atteindre comme l’indique le tableau 3 (résistance, teneur en air entraîné, consistance, …). Le responsable de
la centrale utilise son expérience et la connaissance des propriétés des constituants régionaux, pour retenir la meilleure composition à livrer.
La norme NF EN 206-1 considère différemment, en particulier pour
les conditions de livraison du béton sur le lieu de mise en œuvre, le
cas où celui-ci est fabriqué et livré par l’entreprise qui le mettra également en œuvre, et le cas où il est fabriqué et livré par une centrale
de BPE.
/ Les
contrôles du béton
Comme indiqué au §. Management de la qualité, la NF EN 206-1
développe l’ensemble des contrôles destinés d’une part à s’assurer
que les caractéristiques annoncées pour le béton sont bien respectées et d’autre part à maîtriser l’outil de production. Les premiers
sont désignés sous le vocable « contrôle de conformité » et les
seconds « contrôle de production ». Tous ces contrôles sont réalisés
pour le compte du producteur du béton.
Le contrôle de conformité
Il porte sur les caractéristiques garanties par le producteur.
a) Dans le cas des bétons à propriétés spécifiées, les essais concernent la résistance mécanique en compression ou en traction par fendage (lorsque cette résistance est spécifiée), la consistance, le rapport de l’eau efficace au ciment, la teneur en ciment, la teneur en air
et la teneur en chlorure. La norme fixe le type d’essai et leur fréquence. Il est important de signaler que ce type de contrôle ne prend
sa réelle dimension que pour des fabrications courantes sur des
périodes assez longues et n’a pas d’application efficace sur des productions limitées à quelques mois.
b) Dans le cas des bétons à composition prescrite, le contrôle porte
principalement sur la conformité de la composition de chaque
gâchée et éventuellement sur le rapport de l’eau efficace au ciment,
et de la consistance du béton. La norme donne la possibilité de faire
ces vérifications à partir des enregistrements des paramètres de
fabrication ou en réalisant des essais sur le béton frais.
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D.R.
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Centrale de fabrication du béton (centrale de chantier)
Le contrôle de production (ou contrôle intérieur)
Il regroupe :
- le contrôle du fonctionnement de tous les éléments de la chaîne
conduisant à la production du béton (contrôle interne),
- l’ensemble des résultats du contrôle de conformité (contrôle
externe).
Tous les résultats des constatations, mesures et essais doivent être
enregistrés ainsi que les suites éventuelles données à des résultats
non conformes.
La norme décrit le programme de tous les essais à réaliser et les critères permettant de juger les résultats obtenus. Les essais se rapportant aux caractéristiques du béton ont fait l’objet de normes spécifiques pour le béton frais (série NF EN 12350 : Echantillonnage,
Essai d’affaissement, Masse volumique et Teneur en air) et pour le
béton durci (série NF EN 12390 : Forme, dimensions et autres exigences relatives aux éprouvettes et aux moules, Confection et
conservation des éprouvettes, Résistance à la compression,
Résistance en fendage et Masse volumique).
Dans le cas du contrôle de la résistance mécanique, la norme
NF EN 206-1 préconise en priorité la résistance à la compression et
éventuellement la résistance à la traction par fendage. Par contre,
elle ne donne pas d’orientation sur la forme du corps d’épreuve qui
peut être un cylindre ou un cube.
Même si la norme établit des correspondances pour la dénomination des classes entre cylindre, et cube, elle ne sous-entend aucunement qu’il puisse exister une corrélation entre les valeurs. Il est en
effet reconnu qu’il n’existe pas de corrélation universelle fiable
entre deux résultats d’essais se rapportant à la même performance
mais sur des corps d’épreuve de formes différentes. Il est donc
convenu que les résultats d’essais sur cubes ne peuvent pas être traduits en résultats d’essais sur cylindres. C’est pourquoi, la norme
NF P 98-170 ne retient comme valeur contractuelle pour la résistance en compression et pour la résistance en fendage que les résultats d’essais réalisés sur cylindre :
H : 160 mm,
∅ : 320 mm,
(dimensions assimilées à H : 150 mm, ∅ : 300 mm comme l’indique
la NF EN 206-1).
/ Les
compléments apportés
par la norme NF EN 13877-1 - Matériaux
Pour la partie fabrication du béton, la norme NF EN13877 – 1
Chaussées en béton – Matériaux, apporte quelques compléments à
la norme NF EN 206-1.
Outre les définitions propres aux éléments des chaussées en béton,
cette norme donne quelques indications sur la taille maximale des
granulats : D ≤ 1/4 de l’épaisseur de la dalle ou au 1/3 de la distance
entre deux armatures métalliques.
Pour les propriétés du béton, elle fixe la tolérance admissible sur la
densité du béton frais lorsque cette propriété est spécifiée comme
valeur cible. Par ailleurs, elle fixe la classe relative à la teneur en
ions chlorure lorsque la couche de chaussée contient des armatures
métalliques.
Enfin, cette norme définit en complément de l’essai de compression, des classes de résistance mécanique en traction par l’essai de
fendage et par l’essai de flexion.
/ Les
apports de la norme NF P 98-170
/ Concernant
les spécifications du béton
Concernant le béton et ses constituants, cette norme a pour objectif
d’extraire de la NF EN 206-1 et de la norme NF EN 13877-1 les exigences utiles pour la construction des chaussées en béton en France.
Pour assurer la résistance au gel, la norme NF P 98-170 impose
l’incorporation d’un agent entraîneur d’air dans la composition
du béton.
Par ailleurs, cette norme préconise (annexes A et B informatives) le
choix des caractéristiques des granulats et du ciment en fonction des
caractéristiques de l’ouvrage et de son environnement climatique.
Enfin elle autorise, comme le fait la NF EN 206-1, les ciments pour
travaux à la mer (NF P 15-317 – PM) et les ciments pour travaux en
eau à haute teneur en sulfates (XP P 15-319 – ES).
Pour la composition du béton, la norme spécifie que la classe d’exposition est généralement XF2 (attaque gel/dégel pour un ouvrage
saturé modérément en eau avec agents de déverglaçage) ou exceptionnellement XF4 (attaque gel/dégel pour un ouvrage fortement
saturé en eau avec agents de déverglaçage). Cette classification
impose des exigences sur le dosage minimal en ciment, la teneur
minimale en air occlus, etc.
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/ Concernant
le déroulement du chantier
Mesure des caractéristiques du béton frais
au premier plan : essai d'affaissement
au second plan : mesure de la teneur
en air occlus
/ Concernant
D.R.
D.R.
Concernant la fabrication du béton, la norme NF P 98-170 impose
un volume de stockage du sable correspondant à deux jours de
fabrication, et pour le ciment à un jour de fabrication. Ces deux obligations ont des objectifs très différents. La première permet d’utiliser un sable dont la teneur en eau est réputée stable. La seconde
permet de disposer d’une quantité de ciment suffisante pour terminer la journée et éviter les ruptures de stock, et donc en général les
reprises de bétonnage intempestives.
Mesure des caractéristiques
du béton durci,
la résistance en traction
par l'essai de fendage
Cette norme apporte également un complément fort important sur
l’épreuve de convenance de fabrication et de transport du béton.
Elle décrit les différentes phases à exécuter et les essais à réaliser.
Elle renvoie pour cela à la norme NF P 98-730 Centrales de fabrication du béton de ciment – Définition du type de centrale et essais
pour la vérification des réglages. Le déroulement de l’épreuve de
convenance de fabrication permet à l’entreprise de démontrer au
« client » que la centrale utilisée est capable de produire un béton
qui répond aux exigences du chantier (respect de la formulation,
homogénéité du béton, débit de production, …). Les conditions de
transport sont également décrites permettant d’apprécier l’évolution éventuelle de la consistance du béton avant sa mise en place.
Mise en place du béton
/ Les
les essais pour béton
D.R.
Pour la mesure des caractéristiques du béton, la norme impose :
- la mesure de l’affaissement pour caractériser la consistance,
- la mesure de la résistance à la traction par fendage sur cylindre
(H : 160 mm, ∅ : 320 mm) et également la résistance en compression, également sur cylindre, pour les petits chantiers et pour les
couches de fondation.
principales normes concernées
La couche de chaussée et ses caractéristiques sont régies principalement par deux normes qui se complètent et qui précisent les performances à atteindre pour les couches de chaussées en béton.
- la norme NF EN 13877-2, Chaussées en béton de ciment –
Exigences fonctionnelles de la chaussée en béton,
- la norme NF P 98-170 Chaussées en béton de ciment – Exécution
et contrôle.
Réalisation d'un élargissement en BAC avec alimentation latérale du béton en provenance d'une centrale BPE
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L’imbrication de ces deux normes et leur apport respectif se résument comme l’a indiqué le tableau 2.
/ La
norme NF EN 13877-2
Cette norme contient deux parties, la première se rapporte aux exigences fonctionnelles de la chaussée et la seconde aux classes de
contrôle de qualité de l’ouvrage.
Cette norme a été particulièrement influencée par les pays nordiques qui réalisent le plus souvent la réception de l’ouvrage en
extrayant des carottes dans la couche de chaussée. Comme il a été
dit précédemment, cette pratique a été abandonnée en France, car
elle conduit, dès qu’il y a un résultat litigieux, à des oppositions
client – fournisseur pour lesquelles il est très difficile de trancher
sans qu’il n’existe de doute sur le bien-fondé de la décision.
/ Exigences
fonctionnelles
Les exigences fonctionnelles détaillées dans cette norme se rapportent à l’état et à la géométrie de la couche (en particulier,
absence de fissure visible pour les revêtements en béton à dalles
courtes) et aux caractéristiques du béton en place (résistance
mécanique, épaisseur de la couche, masse volumique, résistance au
gel, …). Ces exigences et le niveau à atteindre doivent être précisés
dans le cahier des charges de l’ouvrage à partir des classes proposées par la norme.
Pour la mesure de l’épaisseur de la couche répandue, il peut être fait
appel à l’essai non destructif décrit par la norme européenne
NF EN 13863-1 (essai réalisé par référence aux fils de guidage de la
machine de répandage).
Enfin, la dernière exigence concernant la couche de chaussée se
rapporte à l’espacement minimal entre les fers de liaison et l’espacement minimal entre les goujons. Une exigence concerne également la position du goujon placé le plus près du bord de la dalle. En
France, ces exigences ne relèvent pas du cahier des charges appliqué
au constructeur car le positionnement relatif des goujons ou des fers
de liaison est défini par le projet et l’entreprise se doit de les respecter, (aux tolérances de position près telles que définies dans la
norme NF P 98-170).
/ Classes
de contrôle de qualité
Comme il est dit précédemment, les contrôles sont faits par essais
sur des carottes extraites de l’ouvrage. La norme propose trois
classes de contrôle de qualité.
Pour les classes 1 et 2 et pour chaque caractéristique mesurée, il est
précisé le nombre de carottes pour une surface donnée de la couche
de chaussée. Le nombre de carottes varie de 3 (classe 1) à 10
(classe 2) pour 10 000 m2 pour les performances suivantes :
- résistance du béton,
- épaisseur de la couche,
- masse volumique,
- résistance au gel/dégel.
Seules les mesures de l’épaisseur de la couche et la masse volumique peuvent être réalisées sur les mêmes carottes.
La classe de contrôle de qualité 0 introduit la possibilité d’effectuer
le contrôle d’exécution par des essais non destructifs, comme le préconise la norme NF P 98-170.
/ Compléments
apportés par la norme NF EN 13877-1
La norme NF EN 13877-2 fait référence à la norme NF EN 13877-1
qui décrit les composants d’une chaussée : produits de cure, retardateur de surface, produits de scellement des joints, fers de liaison,
goujons et armatures avec renvois aux normes correspondantes.
Pour les goujons, il est spécifié que ces éléments métalliques doivent
faire l’objet du marquage CE (NF EN 13877-3), vis-à-vis de la résistance à la traction, car ils participent grandement à la durabilité de
la chaussée (reconnue comme une exigence essentielle par la directive produit de construction 89/106/CEE). Ce marquage CE est de
type 3, c’est-à-dire qu’il relève d’un contrôle continu du producteur
qui doit être en mesure de fournir les résultats d’essais sur ce paramètre (résistance à la traction).
/ Les
apports de la norme NF P 98-170
/ Concernant
les spécifications de la couche
Comme pour la partie fabrication du béton, cette norme a pour
objectif d’extraire de la norme NF EN 13877-2 les exigences utiles
pour les chaussées en béton en France.
La norme impose :
- l’utilisation d’aiguille vibrante pour le serrage du béton dès lors
que l’épaisseur de la couche est supérieure à 12 centimètres (paragraphe 6.4),
- la réalisation d’une épreuve de convenance de répandage (paragraphe 7),
- des conditions pour la tension des fils de guidage lorsque ce mode
de guidage est utilisé (paragraphe 8.2.1),
- l’affaissement limité des bords de dalle (paragraphe 8.2.2),
- les tolérances de positionnement des pièces métalliques (paragraphe 8.3),
- la profondeur du trait de scie pour la réalisation des joints sciés
(paragraphe 8.4.2),
-…
Elle définit également les types d’essais pour la mesure de l’uni et
de la rugosité de la couche (paragraphe 9.3).
/ Concernant
le déroulement du chantier
Comme pour la fabrication du béton, la norme NF P 98-170 insiste
sur l’intérêt de l’épreuve de convenance de répandage (paragraphe 7). C’est à partir de cette épreuve de convenance que l’entreprise prouve au client l’adéquation des moyens mis en œuvre
pour exécuter la couche de chaussée. Cette épreuve doit donc permettre de tester toutes les phases de la réalisation de l’ouvrage : efficacité du système de guidage de la machine, serrage du béton, positionnement des pièces métalliques, aspect de surface, état des bords
de dalle, sciage des joints (moment et aspect), rugosité de la surface,
etc. La bande réalisée, après acceptation par le client, est considérée
comme la référence pour la suite du chantier [12].
Cette norme décrit également les points sensibles nécessitant des
contrôles en précisant les normes d’essais correspondantes.
Enfin, à l’aide d’annexes informatives, la norme rappelle un certain
nombre de règles de l’art concernant les conditions d’emploi des
aciers, dont les goujons, la forme et le descriptif des joints conjugués,
la durée de maintien de la cure du béton et un exemple de bordereau d’essais relatifs aux points sensibles d’exécution des travaux. Il
revient au client de spécifier quelles annexes sont applicables.
/ Les
normes complémentaires
Les normes décrites précédemment, font référence aux normes
des composants et des produits, aux normes essais et aux normes sur les
matériels. Le tableau 4 présente les références des normes concernées.
/ Les
normes composants ou produits
La norme NF P 98-170 renvoie pour l’essentiel aux normes en
vigueur. Elle les complète en proposant des conditions d’emploi.
/ Les
normes essais
Quelques normes d’essais spécifiques aux chaussées en béton ont
été rédigées par la Commission européenne Matériaux pour chaussées en béton. Il s’agit, en particulier, de :
- la mesure de la résistance du béton en place,
- la mesure de l’épaisseur de la dalle (méthode non destructive et
méthode par carottage),
- la mesure de la densité du béton en place,
- la mesure de la macrotexture.
/ Les
normes matériels
Comme dans la version précédente, la norme NF P 98-170 renvoie
aux différentes normes françaises rédigées sous la direction de la
commission de normalisation des matériels routiers. Ces normes
décrivent les matériels utilisés selon l’importance des travaux
(machines à coffrage glissant – NF P 98-734) et les méthodes du
contrôle du travail réalisé (contrôle du répandage du produit de
cure sur la surface de la dalle, position des armatures, …).
Le tableau 5 rappelle les références normatives des normes
concernées.
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Normes de base
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Normes complémentaires
NF EN 206-1
NF EN 13877-1
NF P 98-170
Domaine concerné
Origine des normes
Tout béton
Chaussées en béton
Application en France
Européenne avec une adaptation française importante
Européenne
Française
Granulats XP P 18-545
Tout béton
Reprend la norme européenne EN 12620
pour ce qui concerne les caractéristiques des granulats
pour chaussées en béton et la complète pour le mode
de surveillance de la production. Voir également
les normes d’essais permettant de caractériser
ces produits.
Ciments NF EN 197-1
Tout béton
Européennes avec pour la norme cendres volantes
quelques compléments pour l’application française,
placés en annexe de la norme. Voir également
les normes d’essais permettant de caractériser
ces produits.
Tout béton
Françaises. Voir également les normes d’essais
permettant de caractériser ces produits.
Tout béton
Européenne. Voir également les normes permettant
de caractériser l’eau de gâchage.
Tout béton
Européennes ou françaises.
Le fascicule de documentation FD P 18-457,
utilisable en France, précise quelques conditions
d’application de ces normes d’essais pour le béton
frais, durci ou dans les structures.
Tout béton
Françaises
Adjuvants NF EN 934-2
Cendres volantes NF EN 450
Fumées de silice NF EN 13263
Fillers NF P 18-501
Additions siliceuses NF P 18-509
Additions calcaires NF P 18-508
Laitiers moulus NF P 18-506
Eau
NF EN 1008
Essais
- béton frais, série NF EN 12350,
NF P 18-452
- durci, série NF EN 12390,
XP P 18-420
Matériels
Série NF P 98-700
Tableau 4
Organisation des principales normes applicables pour la fabrication du matériau « béton »
Normes de base
Normes complémentaires
Domaine concerné
Origine des normes
NF P 98-170
Chaussées en béton
Norme française se référant à la norme NF EN 206-1
et précisant les normes NF EN 13877-1 et NF EN 13877-2
NF EN 13877-1
Chaussées en béton
Européenne
NF EN 13877-2
Chaussées en béton
Européenne
Goujons EN 13877-3
Chaussées en béton
Européenne. Voir également les normes permettant
de caractériser ces produits.
Armatures EN 10080 – 1 à 6
Tout ouvrage
Européenne. Voir également les normes permettant
de caractériser ces produits.
Produit de cure NF P 18-370
Tout ouvrage en béton
Française. Voir également les normes permettant
de caractériser ces produits.
Produits de scellement pour joint : NF EN 14188 – 1, 2 et 3
Chaussées
Européenne. Voir également les normes permettant
de caractériser ces produits.
Essais sur ouvrage
Caractéristiques de la surface
- Abrasion : NF EN 13863-5
- répandage d’un produit de surface NF P 98-245-1 et 2
Chaussées en béton
Caractéristiques de la couche
- épaisseur : NF EN 13863-1 et 4
- position des aciers : NF P 98-244
Chaussées en béton
Caractéristique du béton en place
- béton dans les structures : série NF EN 12504-1 à 4
- masse volumique sur carotte : NF EN 13863-3
Chaussées en béton
Caractéristiques de la structure
- collage des couches : NF EN 13863-2
- Déflexion : NF P 98-200-6
- étanchéité des joints : NF P 98-246
Chaussées en béton
Caractéristiques de la surface
- macro texture : NF EN 13036 – 1 et 2
Chaussées
Caractéristiques de l’ouvrage
- uni : NF P 98-236 – 1, 2 et 3
- écoulement surfacique : NF P 98-254 - 4
Chaussées
Matériels d’exécution
- normes de la série NF P 98-700
Chaussées en béton
Tableau 5
Organisation des principales normes pour l’exécution de la couche de chaussées en béton
70
RGRA
Européenne
Françaises
Européenne
Française
Européennes
Européenne
Française
Française
Européennes
Françaises
Françaises. Voir également les normes d’essais permettant
de caractériser les réglages de ces matériels.
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Conclusions
BIBLIOGRAPHIE
[1] Guide technique des chaussées en béton ; LCPC-SETRA, mai 1997
La collaboration des différents pays de la Communauté européenne a été particulièrement fructueuse sur au moins trois points.
1 - Le premier est relatif aux échanges d’expériences. Il a conduit à
une meilleure connaissance de ce qui est pratiqué dans les pays voisins. La rigueur nordiste et le progressisme latin se sont souvent rencontrés dans des discussions quelquefois âpres mais toujours de
bonne tenue. Cela a permis d’établir une base commune de la technique ne laissant pratiquement rien au hasard. La norme EN 206-1
en est un excellent exemple et elle-même a donné naissance à la
norme NF EN 206-1 qui est tout aussi rigoureuse mais généralisée
aux pratiques françaises.
[2] Conception et dimensionnement des structures de chaussées - Guide technique,
LCPC-SETRA, 1994, p. 1.1,
[3] Cours de Routes, Dimensionnement des chaussées, Christian PEYRONNE
et Gilbert CAROFF, Presses de l’ENPC, 1984,
[4] ALIZÉ-LCPC : logiciel de dimensionnement des chaussées. Diffuseur ITECH,
[5] CÉSAR-LCPC, module de calcul ainsi que pré- et post-processeur graphique spécifiques
aux applications routières. Diffuseur ITECH,
[6] FREMOND M., Solide reposant sur un sol stratifié – Bull. liaison Labo. P. et Ch., avril 1972,
[7] PEYRONNE Ch., Etude théorique du comportement d’une dalle de béton - Bull. liaison
Labo. P. et Ch., mai 1975,
[8] Catalogue des structures types de chaussées neuves, LCPC-SETRA, 1998,
[9] Fiche expérimentale de structure neuve composite BAC sur GB ; octobre 2000
En pratiquant l’ouverture vers de nouvelles techniques, les normes
ont permis de prendre en compte les nouvelles exigences relatives à
la protection de l’environnement (aspect du béton, réduction du
bruit de roulement, …), à l’économie globale des projets (utilisation
des granulats de qualité courante, prise en compte des additions en
substitution partielle du ciment, incorporation de déchets dans le
béton, …), à la sécurité des usagers (niveau de rugosité, …) et à la
pérennité de l’ouvrage (prise en compte des types d’agression, …).
[10] Chaussées aéronautiques en béton de ciment – Guide technique STBA, LCPC ; février 2000
[11] BARON J., BONNET G., NISSOUX J.-L. et RAPIN H., Eléments de réflexion sur l’usure
et la rugosité des revêtements en béton hydraulique, Bull. liaison Labo. P. et Ch., suppl. n° 77,
mai-juin 1975,
[12] CHARONNAT Y., La maîtrise de l’eau dans le béton hydraulique ; Laboratoire central
des ponts et chaussées, mai 2001,
[13] Marchés publics de travaux CCTG Fascicule 28 Exécution des chaussées en béton,
Bulletin officiel, mars 2003.
Autres ouvrages techniques se rapportant au sujet
Le béton hydraulique, connaissance et pratique ; Presses de l’Ecole nationale des ponts
et chaussées, décembre 1982,
Les chaussées en béton ; Cours de routes ; Presses de l’Ecole nationale des ponts et chaussées,
juin 1989
Fabrication du béton hydraulique ; Techniques de l’Ingénieur, février 1999
Guide pratique pour l’emploi des ciments ; ATILH Eyrolles, janvier 1998,
Structures granulaires et formulation des bétons ; Laboratoire central des ponts et chaussées,
avril 2000,
Les bétons : bases de données pour leur formulation, Ecole française du béton, ATILH, mars 1996,
D.R.
La durabilité des bétons ; Ecole française du béton, Presses de l’Ecole nationale des ponts et
chaussées, décembre 1992,
Guide d’entretien des chaussées en béton ; SETRA-LCPC, octobre 2002,
Ensemble pour la mise en place du béton
2 – Le deuxième concerne le contenu des normes. Si quelquefois les
normes françaises avaient tendance à traiter le sujet et son application,
ce qui pouvait constituer un frein au progrès, les échanges ont permis
de recentrer sur le véritable rôle d’une norme «sa limite stricte au
sujet à traiter». Les normes essais respectent particulièrement bien ce
précepte. Les nouvelles normes essais sont des modes opératoires
décrivant l’essai sans déborder sur l’utilisation du résultat.
En ne fixant que les limites à respecter, les normes laissent libre
cours à l’imagination et à l’ingéniosité des intervenants. C’est une
réelle incitation à promouvoir les techniques innovantes afin d’optimiser les pratiques de chantier.
Ces trois points ont des retombées importantes dans la progression
des techniques. L’ouverture vers de nouvelles pratiques, la responsabilisation des intervenants et la recherche d’économie permettent à
toute la Communauté de bénéficier des progrès techniques et d’évoluer vers une qualité encore améliorée des chaussées en béton. D.R.
3 - Le troisième se rapporte à la complémentarité de toutes ces
normes. Chaque représentant des pays a compris qu’il ne fallait pas
refuser une technique dès lors qu’elle n’était pas pratiquée dans son
pays. Ainsi des « ouvertures » ont toujours été rendues possible dès
lors que la validité des avancées techniques était confirmée dans
leurs applications. La norme NF P 98-170, en décrivant les différentes opérations du déroulement d’un chantier et du contrôle
d’exécution, permet de valoriser la technique française et les résultats fructueux des réflexions menées par les groupes de travail
« Administration – maîtrise d’ouvrage - syndicat d’entreprises ».
Elle a repris, en particulier, les conclusions des colloques relatifs à la
qualité qui montrent notamment, que le contrôle en continu sous la
responsabilité de l’entreprise n’est pas une forme de laxisme mais
bien la meilleure méthode pour responsabiliser les différents intervenants et celle qui donne le plus d’utilité aux contrôles.
Dédicace à Charles Parey
qui nous a initiés dans le
domaine des chaussées en
béton et qui nous a fait
bénéficier de ses grandes
et multiples connaissances
et de ses conseils toujours
judicieux.
RGRA
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