Chaussée en PCC

Les chaussées rigides sont ainsi nommées parce que la structure de la chaussée fléchit très peu sous charge en raison du module d’élasticité élevé de leur couche de surface. Une structure de chaussée rigide est généralement composée d’une couche de surface en PCC construite sur (1) la couche de fondation ou (2) une couche de base sous-jacente. En raison de sa rigidité relative, la structure de la chaussée répartit les charges sur une large surface avec une seule, ou au plus deux, couches structurelles (voir la figure 1).
Figure 1. Répartition des charges d’une chaussée rigideCette section décrit la structure typique d’une chaussée rigide composée de :

Couche de surface

C’est la couche supérieure, qui est constituée de la dalle en PCC.

Couche de base

C’est la couche située directement sous la couche de PCC et qui est généralement constituée de granulats ou d’une sous-couche stabilisée.

Couche de fondation

C’est la couche (ou les couches) située(s) sous la couche de base. Une couche de fondation n’est pas toujours nécessaire et peut donc souvent être omise.

Éléments structurels

Une structure de chaussée rigide typique (voir la figure 2) est constituée de la couche de surface et des couches de base et de fondation sous-jacentes (si elles sont utilisées). La couche de surface (en PCC) est la plus rigide (mesurée par le module résilient) et fournit la majorité de la résistance. Les couches sous-jacentes sont des ordres de grandeur moins rigides mais contribuent tout de même de manière importante à la résistance de la chaussée ainsi qu’au drainage et à la protection contre le gel.

Figure 2. Structure de base d’une chaussée rigide

Couche de surface

La couche de surface est la couche en contact avec les charges de trafic et est constituée de PCC. Elle fournit des caractéristiques telles que le frottement (voir la figure 3), le lissage, le contrôle du bruit et le drainage. En outre, elle sert de couche d’étanchéité à la base, à la sous-base et à la plate-forme sous-jacentes. L’épaisseur de la couche de roulement peut varier, mais se situe généralement entre 150 mm (6 pouces) (pour les charges légères) et 300 mm (12 pouces) (pour les charges lourdes et le trafic élevé). La figure 4 montre une couche de surface de 300 mm (12 pouces).

Couche de base

La couche de base se trouve immédiatement sous la couche de surface. Elle fournit (1) une répartition supplémentaire des charges, (2) contribue au drainage et à la résistance au gel, (3) un support uniforme à la chaussée et (4) une plate-forme stable pour les équipements de construction (ACPA, 2001). Les couches de base aident également à prévenir les mouvements du sol de la plate-forme dus au pompage de la dalle. Les couches de base sont généralement construites à partir de :

1. Base d’agrégats. Une simple couche de base en granulats concassés est une option courante depuis le début des années 1900 et est encore appropriée dans de nombreuses situations aujourd’hui.
2. Granulats ou sol stabilisés (voir la figure 5). Les agents stabilisateurs sont utilisés pour lier entre elles des particules autrement lâches, ce qui leur confère force et cohésion. Les bases traitées au ciment (CTB) peuvent être construites jusqu’à 20 – 25 pour cent de la résistance de la couche de roulement (FHWA, 1999). Cependant, les bases traitées au ciment (CTB) utilisées dans les années 1950 et au début des années 1960 avaient tendance à perdre des quantités excessives de matériau, ce qui entraînait la fissuration et le tassement des panneaux.
3. HMA à granulométrie dense. Dans les situations où une rigidité élevée de la base est souhaitée, les couches de base peuvent être construites en utilisant une couche de HMA à granulométrie dense.
4. HMA perméable. Dans certaines situations où une rigidité élevée de la base et un excellent drainage sont souhaités, les couches de base peuvent être construites en utilisant un HMA à granulométrie ouverte. Des recherches récentes pourraient indiquer certains problèmes importants liés à l’utilisation de l’ATPB.
5. Béton maigre (voir figure 6). Contient moins de pâte de ciment portland qu’un PCC typique et est plus résistant qu’un granulat stabilisé. Les bases en béton maigre (BML) peuvent être construites jusqu’à 25 à 50 pour cent de la résistance de la couche de roulement (FHWA, 1999). Une base en béton maigre fonctionne de la même manière qu’une couche de roulement en PCC ordinaire et, par conséquent, elle nécessite des joints de construction et se fissure avec le temps. Ces joints et ces fissures peuvent potentiellement causer des fissures de réflexion dans la couche de surface s’ils ne sont pas soigneusement assortis.

Couche de fondation

La couche de fondation est la partie de la structure de la chaussée située entre la couche de base et le sous-sol. Elle fonctionne principalement comme support structurel, mais elle peut aussi :

1. Minimiser l’intrusion des fines de la couche de fondation dans la structure de la chaussée.
2. Améliorer le drainage.
3. Minimiser les dommages causés par l’action du gel.
4. Fournir une plate-forme de travail pour la construction.

La sous-fondation est généralement constituée de matériaux de moindre qualité que la couche de base mais de meilleure qualité que les sols de la sous-fondation. Les matériaux appropriés sont les agrégats et les remblais structuraux de haute qualité. Une couche de fondation n’est pas toujours nécessaire ou utilisée.

Types

Presque toutes les chaussées rigides sont réalisées avec du béton de ciment Portland (PCC). Les chaussées rigides sont différenciées en trois grandes catégories selon leurs moyens de contrôle des fissures :

Pavage en béton plat joint (JPCP)

C’est le type le plus courant de chaussée rigide. Le JPCP contrôle les fissures en divisant la chaussée en dalles individuelles séparées par des joints de contraction. Les dalles ont généralement une largeur d’une voie et une longueur comprise entre 3,7 m (12 ft) et 6,1 m (20 ft). Le JPCP n’utilise pas d’acier d’armature mais utilise des goujons et des barres de liaison.

Pavage en béton armé jointif (JRCP)

Comme pour le JPCP, le JRCP contrôle les fissures en divisant la chaussée en dalles individuelles séparées par des joints de contraction. Cependant, ces dalles sont beaucoup plus longues (jusqu’à 15 m (50 pi)) que les dalles JPCP, de sorte que le JRCP utilise de l’acier d’armature à l’intérieur de chaque dalle pour contrôler la fissuration à l’intérieur de la dalle. Ce type de chaussée n’est plus construit aux États-Unis en raison de certains problèmes de performance à long terme.

Pavage en béton armé continu (CRCP)

Ce type de chaussée rigide utilise de l’acier d’armature plutôt que des joints de contraction pour contrôler les fissures. Les fissures apparaissent généralement tous les 1,1 – 2,4 m (3,5 – 8 pi) sont maintenues fermement ensemble par l’acier d’armature sous-jacent. FHWA Tech Brief.