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LES GIRATOIRES EN BETON ARME CONTINU CONCEPTION MISE EN UVRE
IR. RAOUL DUMONT Service Public de Wallonie
Direction des Routes de Mons
IR. CLAUDE PLOYAERT Febelcem
Rsum En Belgique, comme dans de nombreux pays europens, la
gestion aux carrefours est de plus en plus souvent organise par des
giratoires prioritaires, plus srs et plus fluides. En cas de trafic
lourd et dense, les revtements y sont particulirement sollicits,
tant par les efforts rsultant de la force centrifuge que par la
surcharge apporte par les roues extrieures suite au dversement
latral des vhicules. Les consquences de ces sollicitations sont :
un ornirage du revtement, un glissement de la couche de roulement,
un arrachement des granulats en surface, voire mme, un faenage par
dfaut de portance de la chausse au droit du passage des roues
extrieures des vhicules.
Au vu de ces constatations, la construction de giratoires en
bton arm continu a t envisage. Les premiers giratoires ont t
construits en 1995 et ceux-ci prsentent toujours un trs bon
comportement. Il sagit, donc, dune technique prouve et qui mrite
dtre applique plus grande chelle.
Ainsi, cet article prsente les particularits de conception et
dexcution du bton arm continu dans les giratoires.
Samenvatting In Belgi, zoals in veel andere Europese landen,
worden de kruispunten steeds vaker als voorrangrotondes ingericht.
Deze verzekeren immers een veiligere en soepelere doorgang. Bij
zwaar en druk verkeer wordt het wegdek er zwaar belast. Naast
spanningen veroorzaakt door de middelpuntvliedende kracht, is er de
extra belasting afkomstig van overhellende voertuigen waardoor
grotere krachten inwerken op de buitenste wielen. De gevolgen van
deze belastingen zijn : spoorvorming, afschuiving van de toplaag,
afrukken van de granulaten aan het oppervlak, scheurvorming door
gebrek aan draagkracht van de rijweg ter hoogte van de buitenste
wielen van de voertuigen.
Met deze vaststellingen voor ogen werd besloten om rotondes te
bouwen in doorgaand gewapend beton. De eerste rotondes dateren van
1995 en zijn nog steeds in bijzonder goede staat. Dit bewijst dat
deze beproefde techniek gerust op grotere schaal kan toegepast
worden.
Dit artikel behandelt de ontwerp- en uitvoeringsbijzonderheden
van rotondes in doorgaand gewapend beton.
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1. Introduction
En Belgique, comme dans de nombreux pays europens, la gestion
aux carrefours est de plus en plus souvent organise par des
giratoires prioritaires, plus srs et plus fluides. En cas de trafic
lourd et dense, les revtements y sont particulirement sollicits,
tant par les efforts rsultant de la force centrifuge que par la
surcharge apporte par les roues extrieures suite au dversement
latral des vhicules. Les consquences de ces sollicitations sont :
un ornirage du revtement, un glissement de la couche de roulement,
un arrachement des granulats en surface, voire mme, un faenage par
dfaut de portance de la chausse au droit du passage des roues
extrieures des vhicules. Au vu de ces constatations, la
construction de giratoires en bton arm continu a t envisage. Ces
premiers giratoires ont t construits en 1995.
2. Pourquoi prvoir un revtement en bton et en bton arm
continu
Deux raisons particulires justifient le choix dun revtement en
bton pour les giratoires, savoir :
- la suppression du risque de dformation suite aux
sollicitations dues aux vhicules lourds se dplaant allure modre
;
- llimination des phnomnes de glissement de la couche de
roulement dus aux sollicitations de la force centrifuge.
Lors de la conception dun giratoire en dalles de bton, une
attention particulire doit tre porte sur la position des joints de
retrait et de construction. En effet, des dalles trop grandes ou
prsentant des angles aigus peuvent rapidement conduire des fissure
erratiques non dsires. Lauteur de projet dessinera donc
soigneusement lemplacement de tous les joints lors de llaboration
du projet de louvrage. Lorsque le giratoire est appel supporter un
trafic plus important, les joints seront bien sr goujonns. L aussi,
le positionnement des goujons lors de la mise en uvre du bton est
fondamental pour viter le blocage des joints.
Le bton arm continu permet, quant lui : - par la prsence des
armatures transversales, de reprendre la pousse au vide due
aux efforts radiaux ; - par la prsence des armatures
longitudinales continues, de supprimer les joints de
retrait classiques ncessaires dans des revtements en bton non
arm et donc dviter les charges en coin de dalle.
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Les effets de bord restent toutefois importants. Le
dimensionnement de la structure et des armatures devra en tenir
compte. Une solution peut consister en une surpaisseur de la
fondation en bton maigre sur la partie extrieure de lanneau qui
permet de renforcer la structure de la chausse dans sa zone la plus
sollicite (figure 1).
Figure 1 : Exemple de profil en travers type
3. Ralisation des giratoires en bton arm continu
Toutes les rgles de lart propres au bton arm continu (BAC)
classique sont, bien entendu, applicables galement aux giratoires.
Les prescriptions des Cahiers des Charges-types en vigueur pour les
revtements en bton arm continu doivent tre respectes.
Diffrents aspects seront abords : les coffrages, le ferraillage,
le btonnage manuel ou la machine coffrages glissants ainsi que
divers points particuliers.
3.1. Les coffrages
Si le btonnage est ralis au moyen dune machine coffrages
glissants le revtement est btonn avant les lments linaires. Si le
btonnage est ralis au moyen dune poutre vibrante, les lments
linaires peuvent servir de coffrage tant lintrieur qu lextrieur de
lanneau. Au droit des accs le coffrage est ralis au moyen dlments
de madriers de 50 cm un mtre de longueur et de hauteur gale
lpaisseur du bton mettre en uvre. Ces madriers sont, ventuellement,
solidariss au moyen dattaches incruster dans le bois pour permettre
le glissement parfait de la poutre vibrante (figure 2.). A
lextrieur, ils sont contrebuts par un sable stabilis.
1 : Bton arm continu : 20 23 cm 2 : Bton bitumineux, type 3 : 5
cm 3 : Bton maigre : variable de 20 35 cm 4 : Sous-fondation : 40
cm
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Figure 2 : Coffrages fixes raliss au moyen de madriers au niveau
des accs.
3.2. Le ferraillage
Selon le CCT RW 99, les armatures longitudinales et
transversales sont places, en voirie, conformment aux principes
schmatiss la figure 3 ci-aprs. Pour un giratoire, la disposition
des armatures suit ces mmes prescriptions lexception des points
noncs ci-aprs. Le ferraillage doit de plus tre conforme au tableau
1 ci-aprs .
Epaisseur du revtement (mm) 200 230 Diamtre nominal des
armatures longitudinales (mm) 16 20 Diamtre nominal des armatures
transversales (mm) 14 16 Ecartement (e) des axes des armatures
longitudinales (mm) 130 180 Distance entre le nu suprieur des
barres longitudinales et la surface du revtement fini (mm) 70 90 80
100 Hauteur du support (mm) 100 120
Tableau 1 : Prescriptions concernant le ferraillage
Pour un giratoire, larmature longitudinale doit suivre
parfaitement la courbure du giratoire. Le recouvrement de ces
armatures une longueur au moins gale 35 fois le diamtre nominal
mais il est assez difficile de conserver un angle de recouvrement
constant. (avec la perpendiculaire la tangente laxe de la voirie
(le rayon)) ; il y a donc lieu de faire varier la longueur de
recouvrement en fonction du rayon du cercle form par larmature
longitudinale ou de diminuer la longueur de larmature longitudinale
lintrieur de lanneau. Il est important, afin dviter une
concentration de recouvrements de barres dans une mme section
radiale, que ces recouvrements ne soient pas disposs tous sur un
mme rayon.
Larmature transversale fait un angle de 60 avec l a tangente
laxe de la voirie. Au niveau entre-distance des barres
transversales, plusieurs configurations sont possibles. Une premire
consiste afin dviter un espacement trop grand lextrieur de lanneau,
de laisser un cartement de 70 cm entre deux transversales au 1/3 de
la largeur de lanneau partir du bord extrieur. De plus, lors de la
construction dun giratoire de plus de 20 m de rayon
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intrieur, une barre transversale complmentaire est mise en uvre
sur le demi anneau extrieur afin dviter un changement brusque de
section dacier. Ces armatures complmentaires sont dcales dun mtre.
Une seconde consiste pratiquer un cartement (toujours orthogonal
entre deux transversales) de maximum 70 cm lextrieur de lanneau et
de minimum 20 cm lintrieur de lanneau. La longueur des barres
transversales est donc, ventuellement, diminue lintrieur afin
dobtenir cette entre-distance dau minimum 20 cm.
Figure 3 : Plan des armatures en voirie selon le CCT RW 99
Figure 4 : Dans le cas dun giratoire de plus de 20 m de
diamtre, des armatures transversales supplmentaires
sont places sur le demi anneau extrieur, celles-ci sont
dcales dun mtre
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Calcul de la longueur des armatures transversales
Dans un cercle de rayon R, la longueur dune corde k peut tre
calcule par la formule :
)1()(2 fRRk = Qui scrit galement :
)2()2(2 fRfk = Avec f gale la flche. Ainsi, pour un giratoire de
rayon intrieur Ri et de rayon extrieur Re, la longueur des
armatures transversales qui font un angle de 60 av ec la tangente
laxe peut tre calcule comme ci-aprs.
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Nous avons :
)3(3011
1
bad
tg+
=
Par (2), il peut tre dduit que : )4()2( 111 brbd i =
Or,
)5(7021
=
la
Avec l gal la largeur de lanneau en bton arm continu.
Par (3), (4) et (5), b1 est calcul en rsolvant lquation du
second degr suivante : )6(030)2302()130( 212211221 =+++ atgrtgabtgb
i
Connaissant b1, c1 est calcul. En effet :
)7(30cos1
11
c
ba +=
)8(30cos
111
bac
+=
Nous avons galement :
)9(3022
2
bad
tg
=
Par (2), il peut tre dduit que : )10()2( 222 brbd e =
Or,
)11(70212
==
laa
Et donc, par (9), (10) et (11), b2 est calcul en rsolvant
lquation du second degr suivante :
)12(030)2302()130( 222222222 =+++ atgrtgabtgb e Connaissant b2,
c2 est calcul. En effet :
)13(30cos2
22
c
ba =
)14(30cos
222
bac
=
La longueur des armatures transversales est donc gale :
)15(30cos30cos
221121
babaccLt
++
=+=
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En considrant un giratoire dont lanneau en bton arm continu un
rayon intrieur de 10 m et un rayon extrieur de 20 m, nous avons
donc : l = 10 m a1 = a2 = 4,93 m Re = 20 m re = 19,93 m Ri = 10 m
ri = 10,07 m Nous obtenons b1 = 0,500 m et b2 = 0,189 m La longueur
Lt des armatures transversales est donc de :
mLt 74,1130cos189,0930,4
30cos500,0930,4
=
++
=
Il peut donc tre not que dans un giratoires, la longueur des
armatures transversales est lgrement suprieure celle en section
droite. Dans le cas dune largeur de 10 m, 11,74 m
en giratoire et 11,39 m en section droite (30cos
14,010 = ) (voir figure 3).
Le calcul prcis nonc ci-avant permet donc de prvoir correctement
la longueur des armatures transversales.
3.3. Le btonnage
3.3.1. Btonnage la poutre
Cette technique a le plus souvent t utilise compte tenu de la
possibilit d'adapter une poutre vibrante la largeur de btonnage.
Cette poutre glisse l'intrieur de l'anneau sur la bordure du
semi-franchissable ou sur la bordure intrieure du rond-point. Afin
de corriger les ventuelles dnivellations de ces bordures, la poutre
vibrante prend appui sur la bordure par l'intermdiaire d'une poutre
articule dune longueur de 2 m minimum. La hauteur de la poutre par
rapport la bordure doit pouvoir tre rgle pour l'adapter la saillie
impose la bordure.
Aprs mise en uvre et nivellement du bton par une grue (figure
5a), et avant le passage de la poutre vibrante (figure 5b), le bton
est vibr au moyen d'aiguilles vibrantes (figure 5c) ; il est
conseill de prvoir une aiguille vibrante par 1,50 m de largeur de
btonnage.
La raclette lisseuse permet de faire disparatre les petites
dnivellations dues aux arrts de la poutre (figure 5d).
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3.3.2. Btonnage la machine coffrages glissants
Cette technique de btonnage prsente plusieurs difficults. Il
faut disposer d'une machine pouvant btonner sur 8 voire mme 9 ou 10
m de largeur pour les giratoires de grande dimension. Les amorces
des voies d'entre et de sortie sont difficilement ralises dans la
mme phase. Si le giratoire se btonne en une seule journe, le
nettoyage de la machine en fin de btonnage doit s'excuter sur le
revtement non entirement durci et la machine est bloque sur le
giratoire pendant quelques jours, le temps ncessaire au bton pour
atteindre une rsistance suffisante pour tre circul.
a b
c d Figure 5 : Btonnage la poutre
Figure 6 : Btonnage la machine coffrages glissants
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3.3.3. Quelques mesures particulires
Le btonnage en une phase et une journe
La fermeture du btonnage de lanneau se ralisant sur un bton non
encore durci, il y a lieu de prvoir une passerelle pour permettre
la finition du joint sans marcher dans le bton. De plus, si le
btonnage est suprieur 150 m, deux quipes sont ncessaires, elles se
relaieront aprs 10 heures de travail.
Figure 7 : Fermeture du giratoire sur bton non durci
Le btonnage en une phase et deux journes
Lorsque le btonnage dpasse 150 m, il peut tre envisag de raliser
un joint de fin de journe. Ce joint est excuter au droit d'un des
lots des voiries d'accs afin d'viter, tout comme pour le joint de
dbut de btonnage, les sollicitations plus importantes au droit des
zones d'entre et de sortie.
Le btonnage en deux phases
Si pour des raisons de circulation, le carrefour ne peut tre
isol, le btonnage en deux phases peut tre envisag. Les mouvements
aux extrmits dus au retrait et aux variations de temprature
restent, en gnral, limits. Ainsi, aucune prcaution ne doit tre
prise ce niveau sauf pour des giratoires rayon extrme mais dans ce
cas, il ny a normalement pas de problme de circulation ou encore si
le temps qui spare les deux phases de btonnage est trs long (un an
voire plus). Dans ce cas, les deux extrmits du revtement doivent
alors tre charges (par exemple, par du sable humide) pour viter les
mouvements d'extrmits; le chargement prconis s'effectue sur toute
la largeur du revtement, sur une paisseur minimum de 50 cm et une
longueur de 15 m. En cas de manque de place, cette longueur peut
tre rduite pour autant que l'paisseur du chargement soit augmente.
Une poutre (ou cule) d'ancrage peut remplacer le chargement.
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Figure 8 : Btonnage en 2 phases distinctes
Un aspect important est la longueur des barres longitudinales en
attentes. Il y a intrt faire varier la longueur de celles-ci afin
dviter une concentration importante de recouvrements dans une mme
section radiale. Une solution consiste prolonger les barres
longitudinales alternativement de 1, 2, 3, 4 et 5 m (figure 9)
Figure 9 : Exemple de variation de la longueur des armatures
longitudinales dans un joint de construction afin dviter une
concentration importante de recouvrements dans un mme axe
Le btonnage des amorces
Afin d'viter un coin de dalle dans la zone d'accs
particulirement sollicite, les amorces des entres et sorties en
bton sont coffres, ferrailles et btonnes en mme temps que l'anneau.
Lamorce doit tre tel que la dimension du plus petit ct soit dau
moins 1 m.
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Le btonnage des accs
Les accs un carrefour giratoire constituent toujours des zones
particulirement sollicites (freinage, acclration, efforts
tangentiels). Il est donc aussi souhaitable de raliser le revtement
des accs en bton. Dans ce cas il y a lieu d'ancrer l'accs l'anneau
pour assurer la continuit du revtement en bton. Lancrage est ralis
avec des barres de 16 mm de diamtre et de 1 m de longueur place
tous les 40 cm mi-hauteur du joint de construction. Ensuite, les
joints transversaux sont raliss, ceux-ci sont classiquement
goujonns. Les dalles sont non armes ou armes si celles-ci sont de
forme complexe. Dans le cas de dalles armes, larmature est
gnralement un treillis 10 mm 150 x 150 et est place dans le tiers
suprieur de la dalle en bton (figure 10).
Si l'on ne dispose pas d'une poutre vibrante largeur variable,
un des cts de l'accs doit tre coffr afin de permettre Ia poutre de
surplomber le coffrage dans la zone rtrcie. Par contre, si la mise
en uvre est ralise avec une poutre largeur variable, le btonnage
peut se raliser entre lments linaires.
L'accs au carrefour giratoire peut ventuellement tre accentu par
une modification de la couleur du bton.
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Figure 10 : Schma de principe au niveau des dalles daccs :
dalles armes, dalles non armes, joints ancrs, joints goujonns,
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Figure 11 : Btonnage des amorces
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Figure 12 : Les dalles daccs sont armes et ancres au
giratoire
La protection des avaloirs
Les avaloirs ventuels doivent tre protgs pour viter que du bton
ou de la laitance, dans le cas dun dnudage de la surface du bton,
ne pntre dans le systme d'coulement des eaux.
Dans le cas dun btonnage la poutre vibrante, la mise niveau du
coffrage doit tre ralise au moyen d'une planche colle sur le bord
de l'avaloir pour assurer la continuit du chemin de roulement.
Figure 13 : Protection des avaloirs
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Lapprovisionnement du bton
Que le btonnage soit ralis en une ou deux phases, la place
disponible l'extrieur de l'anneau ne permet pas souvent la
circulation des grues et des camions d'approvisionnement de bton,
c'est pourquoi cet approvisionnement s'effectue parfois par l'lot
central. Un passage dans l'armature doit tre laiss ouvert. Ce
passage est referm en fin de btonnage et la grue reste dans l'lot
pour achever le btonnage ne pourra en sortir qu'aprs quelques
jours.
Figure 14 : Approvisionnement du bton par llot central
Le joint de dbut de journe doit tre coffr pour assurer sa planit
et son orthogonalit. Ce joint doit tre immdiatement nettoy afin
d'viter le travail ultrieur au marteau pic qui pourrait fissurer le
bton.
Intgration dun giratoire au milieu dune chausse en bton arm
continu existante
Il est de plus en pus frquent de vouloir insrer un giratoire au
niveau dun carrefour existant mais dont la chausse principale est
dj existante et au moyen dun revtement en bton arm continu.
Lintgration du giratoire va donc interrompre la continuit des
armatures longitudinales. Afin dviter les mouvements importants dus
au retrait et aux variations de temprature des extrmits du
revtement interrompu, celles-ci doivent tre charges. Le chargement
prconis s'effectue sur toute la largeur du revtement, sur une
paisseur minimale de 50 cm et une longueur de 15 m. En cas de
manque de place, cette longueur peut tre rduite pour autant que
l'paisseur du chargement soit augmente. Le revtement sera ensuite
ancr au nouveau giratoire en bton arm continu.
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4. Conclusions
Depuis, le premier giratoire en bton arm continu, ralis dans le
Hainaut occidental fin mai 95, lextrmit de la N52, au croisement
des accs aux carrires CCB et un zoning industriel, ce ne sont pas
moins de 80 anneaux en bton arm continu qui ont t raliss en
Wallonie et en Flandre. En fonction des difficults ou des
contraintes rencontres sur chacun des chantiers, la technique de
mise en uvre a t affine.
Les giratoires en bton offrent en tout cas :
- une rsistance efficace aux sollicitations ; - des solutions
varies telles que des dalles en bton ou du bton arm continu, le
travail en faibles ou grands rayons de courbure, un choix
multiple de textures ou de couleurs, une intgration tout type
denvironnement ;
- une excution rapide et un entretien rduit.
Dans tous les cas, les giratoires en bton demandent une tude
pralable dtaille et une excution soigne, tenant compte des
contraintes locales. Il reste l encore des amliorations apporter,
notamment :
- l'accs l'lot central pour l'approvisionnement du bton ; - le
droulement correct du plastique pour viter les plis ct intrieur ; -
le remplacement des barres par des torons dans les anneaux de petit
diamtre ; - le btonnage des anneaux larges en deux anneaux
concentriques, qui permettrait le
btonnage au moyen de machines coffrages glissants courantes.