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CHAPITRE II Technologie de construction CHAPITRE II TECHNOLOGIE DE CONSTRUCTION INTRODUCTION : Durant les dernières décennies, les techniques d’exécution des tunnels a connu un développem...

CHAPITRE II Technologie de construction CHAPITRE II TECHNOLOGIE DE CONSTRUCTION INTRODUCTION : Durant les dernières décennies, les techniques d’exécution des tunnels a connu un développement spectaculaire, il en résulte qu’il est maintenant possible d’envisager la réalisation de tunnel dans n’importe quel terrain. Dans la réalisation des ouvrages en souterrain, le maître d’oeuvre est confronté aux problèmes complexes issus de ce que chaque réalisation constitue un cas particulier qui réclame une étude spéciale et approfondie. Doivent en effet être pris en compte de très nombreux facteurs liés à la géologie, à la cohésion et aux comportements de différentes couches de terrains, à la nappe phréatique, à la disponibilité en matériels et en matériaux....etc. les principales méthodes utilisées pour la réalisation de tunnels peuvent constituer deux grandes catégories selon qu’ils sont exécutes soit par foration, soit à ciel ouvert. II.1.TUNNELS FORES : Plusieurs méthodes existent et leur choix dépend de la nature du terrain traversé, selon qu’il s’agit d’un terrain meuble ou dur. II.1.1. METHODES EXISTANTES : II.1.1.1. Méthode Belge : Elle consiste à réaliser très rapidement la voûte pour la protection du chantier par le dessus. Les étapes de réalisation sont (figure 1.a) 1.a): Foration d’une galerie dans l’axe de l’ouvrage, dite « galerie de faite ». Elargissement de part et d’autre de cette galerie, pour dégager le gabarit de la voûte, c’est l’opération d’abattage abattage. Construction directe de la voûte. Décintrage de la voûte après durcissement, puis attaque des déblais dans la partie inférieure par des cunettes centrale dans le stross. Excavation à faible longueur et en quinconce les cotés de la cunette jusqu’à l’arc bétonné, puis maçonnage des piédroits. Exécution du radier. II.1.1.2. Méthode Allemande : Appropriée aux mauvais sols et aux grands ouvrages, elle consiste à exécuter deux galeries pour la réalisation des piédroits qui seront bétonnés et contrebutés par le 1 CHAPITRE II Technologie de construction stross. Pour la réalisation de la voûte , une galerie de faite est exécutée en arrière par le même principe que la méthode belge, cette voûte s’appuiera sur le piédroits. La dernière étape est le déblayage du stross et le bétonnage du radier (figure 1.b) 1.b). Cette méthode présente comme avantage la grande sécurité contre les pressions latérales du terrain. II.1.1.3. Méthode Anglaise : Consiste à excaver en même temps sur toute la largeur de l’ouvrage. Si le terrain ne nécessite pas un blindage, on peut terrasser jusqu’à 100 m2 et réaliser de grandes dimensions. Le principe de cette méthode se base sur l’exécution de tranches horizontales en commençant par la calotte. Le soutènement se fait par des étais en bois et plus le nombre d’étage augmente plus le boisage sera compliqué. On peut aussi procéder par des soutènements métalliques (figure 1.c) 1.c). II.1.1.4. Méthode Autrichienne : Elle consiste à réaliser une première galerie à la base du souterrain, d’où on va remonter un puit vertical de place en place, on attaque ensuite la deuxième galerie au dessus de la première à l’extrados de l’ouvrage. Les étapes qui suivront seront identiques à celles de la méthode belge. Le nombre de puits peut être multiplier, cela réduit le temps d’exécution (figure 1.d) 1.d). II.1.2. FORATIN DES TUNNELS AU ROCHER : La réalisation des tunnels au rocher nécessite la désagrégation de la roche à l’explosif ou au tunneliers. Si la roche est saine et la section du projet n’est pas grande, toute les méthodes citées avant sont valable II.1.2.1.Creusement à l’explosif : C’est une méthode économique, couramment utilisée en travaux souterrains. En premier lieu on définit la « vol voléée », qui est le volume de rocher qui sera désagrégé et projeté à la suite de l’explosion. Plan de tir : L’explosion est obtenue à la base d’un plan dit « plan de tir », qui est l’ensemble des dispositions prises pour avoir une volée d’une importance donnée (figure 2) 2). Ce plan de tir contient : Le nombre, la position, l’inclinaison, le diamètre, la longueur et la charge des trous de mine. L’ordre dans lequel on met les trous de mine en feu. 2 CHAPITRE II Technologie de construction Un plan de tir doit : optimiser la quantité d’explosif, éviter le dommages sur les ouvrages voisins et minimiser las nuisance en sites urbains Caractéristiques da la volée : Foration : Ø42 mm,sauf le trou central du bouchon avec Ø127 mm, longueur de la volée :2,70 m Explosif : gomme Ø25 X 250 g Nature du détonateur : retards ordinaires Bourrage : argile Densité de charge : 77/ (22 X 1,7) 1,3 Kg/m Numéros des retards Nombre de Nombre Charge unitaire Charge cartouches de trous (Kg) par trous Totale (Kg) Par trous Trou central du bouchon 0 1 0 0 0 1.250 2 5 2.5 Tir du bouchon 1 1 2 4 2 2 1.250 6 5 7.5 Forage de 3 1.250 8 5 10 dégraissage 4 1.250 10 5 12.5 5 1.250 8 5 10 Dégraissage voûte 6 1 7 4 7 Découpage piédroits 6 1.250 6 5 7.5 Relevage radier 7 1 8 4 8 Découpage voûte 8 0.750 10 3 7.5 Relevage radier 1.250 2 5 2.5 8 Total 70 308 77Kg parallèèle pour un tunnel de Figure 2 :Exemple de Plan de tir avec bouchon parall 2 22 m de section 3 CHAPITRE II Technologie de construction Travail à mener en étapes : Les étapes constituants le cycle d’avancement dans l’opération de l’explosif sont : Perforation des trous de mine sur la largeur de la tranchée. Bourrage des trous d’explosif. Abri du personnel puis mise à feu de l’explosif. Ventilation des gazes nocifs. Marinage et nettoyage des parois. Consolidation des parois par étayage ou boulonnage. Réalisation revêtement définitif. opéération de tir : Déroulement d’une op Pendant l’explosion, il s’effectue le déroulement suivant (figure 3) : 0 : le saut du bouchon. 1 : le dégraissage, qui est l’élargissement de l’excavation. 2 : le parement, c’est l’abattage des parties latérales. 3 : l’abattage de la partie supérieure « couronne ». 4 : l’abattage de la partie inférieure « relevage ». Figure 3 : Déroulement d’une explosion. Facteurs d’influence sur un tir : Les facteurs qui influent sur le rendement de l’explosion sont : La présence d’une surface libre de dégagement. La réalisation d’un « bouchon » , c'est-à-dire l’excavation de la partie centrale en premier lieu. La stratification, de sorte que si celle-ci est parallèle à l’axe de la galerie, on aura un mauvais rendement, car les gazes s’échapperont très vite vers la galerie. Mais si la stratification est perpendiculaire à l’axe de la galerie, le rendement 4 CHAPITRE II Technologie de construction sera maximale, car les gazes ne pourront s’échapper qu’on projetant dans la galerie de grosses bloques de roches. La forme du bouchon qui est obtenue par la disposition des trous de mine qui peuvent être coniques, pyramidales ou encore en éventail (figure 4) 4). Bouchon en éventail Bouchon pyramidale Figure 4 : Formes de bouchon Remarques : Les tirs en galeries -> retard ordinaire (≈ 0,5s entre numéros consécutifs) Les tirs en tunnels de grande section -> microretards (≈ 25ms) Techniques de découpage : préédécoup Deux techniques de découpage soigné ( le « smooth blasting » et le « pr age », basées sur le même principe, délimiter le contour de la section par forages rapprochés faiblement (de réglage), chargés de telles sorte que seules les fissures reliant deux forages adjacents puissent se développer. Précoupage : (1) tir du bouchon (2) tir des forages de réglage (3) tir principal des forages de dégraissage. Smooth blasting : (1) tir du bouchon (2) tir principal des forages de dégraissage (3) tir des forages de réglage. contrôôle de ébranlements : contr Il faut limiter les intensités des vibrations risquant d’endommager les ouvrages voisins. Recommandation de l’AFTES1 -> limite la vitesse particulaire suivant (tableau 1) 1): Type de terrain. Qualité de l’ouvrage (caractérisée par la célérité des ondes) 1 AFTES : Association Française des Travaux En Souterrain. 5 CHAPITRE II Technologie de construction Tableau 1 : Vitesse particulaire. Ouvrages de qualité croissante Type A Type B Type C Terrains de VL =1500m/s 0.25 cm/s 0.75 cm/s 2.5 cm/s Qualité croissante VL =3000m/s 0.50 cm/s 1.50 cm/s 5.0 cm/s VL =4500m/s 0.75 cm/s 2.25 cm/s 7.5 cm/s Type A : mauvaise qualité mécanique, par exemple murs déformé, pierres plus ou moins déchaussées, liants pulvérulents, Type B : construction moyenne, Type C : bonne qualité mécanique , par exemple immeubles neufs, murs en béton fondations profondes. Remarque : A partir de 3 cm/s, les personnes ressentent intensément les vibrations. Préédiction des effets d’un tir : Pr Tirs expérimentaux. Q 0.9 Formule empirique de P.Chapot (1981) : v = K D1.8 Avec : V : vitesse particulaire en cm/s D : distance entre le point de mesure et le point de tir en m. Q : quantité d’explosif en gramme. K varie suivant le site : K = 1,2 représente une valeur moyenne. K = 2,4 représente une valeur maximale. 6 CHAPITRE II Technologie de construction caniséé : II.1.2.2. Creusement mécanis Introduction : L’abattage mécanique des tunnels au rocher (sans utilisation d’explosifs) s’est développé principalement à partir de 1950. l’usage à consacré la classification des machines à forer en deux grandes familles : les machines à attaque globale (machine pleine section, tunnelier) et les machines à attaque partielle ou ponctuelle. Définition : Selon l’AFTES : TUNNELIER : « Machine destinée à forer des tunnels et pouvant réaliser des fonctions étendues allant de l’abattage à la pose du revêtement définitif » Remarque : cette définition recouvre certains types de machines que l’on n’a pas l’habitude de désigner par le terme « tunnelier » (comme les machine à attaque ponctuelle par exemple) Difféérentes fonctions : Diff 1- L’abattage du terrain. La fonction de base d’un tunnelier Réalisé de différentes façons ( attaque ponctuelle , roue de coupe) 2- Le soutènement. Du front de taille : - assuré de façon différentes selon le type de tunnelier. - nécessaire dans certains cas de roches tendres ou terrains meubles Des parois de l’excavation : - nécessaire dans du rocher fracturé ou terrain meuble 3- La maîtrise de la charge hydrostatique : Il existe des tunnels capables de résister une charge hydrostatique importante. 4- La progression dans le terrain. 5- L’évacuation des déblais ( marinage) : Dans certains cas peut être intégré à la machine. Plusieurs solutions existent : convoyeur à bande, marinage hydraulique. a) Machines à attaque globale : Appelées tunneliers, elle attaquent en seule fois la totalité de la section circulaire du tunnelier. Elle comporte le plus souvent à l’avant un plateau circulaire d’un diamètre sensiblement égale à celui de la galerie tournant autour d’un axe confondu avec celui de la galerie. Le plateau appelé « tête de foration » porte des outils de creusement du terrain. Pour assurer leur stabilité lors de la foration, les machines 7 CHAPITRE II Technologie de construction prennent appuis sur le terrain du tunnel creusé par l’intermédiaire de vérins radiaux appelés « grippeurs ». Sur un tunnelier roche dure, les outils d’abattage sont généralement des « molette s ». ce sont des outils en forme de disque qui tournent sur eux même. Sous l’effet de la poussée de la machine, ils broient la roche. En disposant convenablement les molettes sur la roue de coupe, on balaye l’ensemble du front de taille à chaque tour. (figure 5) 5). tungstèène Les molettes peuvent être munies soit par « picots en carbure de tungst ne»», renforcéé ». soit d’un disque en « acier renforc Figure 5 :Exemple d’un tunnelier au rocher a.1) Avantages : Rapidité du creusement. Réduction des hors profils. Réduction du soutènement. Réduction des revêtements. Réduction des nuisances. Inconvéénients : a.2) Inconv Lourdeur de l’investissement. Consommation d’outils coûteux. Manque de souplesse. Ne peuvent être employées pour des tunnels de grands diamètres. b) Machines à attaque ponctuelle ou partielle : La tête de faible dimension par rapport à la section à excaver, cette tête est munie de « pics d’abattage ». la tête est située à l’extrémité d’une bras mobile qui permet d’excaver progressivement toute la section. Ces machines doivent le plus souvent se déplacer pour balayer tout le front de taille. Elles peuvent terrasser une section de forme quelconque. L’emploi de cette machine est limité à l’excavation de roches de dureté moyenne (résistance à la compression simple max de 50 à 80 MPa), roches tendres. Elle a un diamètre de 50cm à 1,5 m. les déblais qui tombent du front de taille 8 CHAPITRE II Technologie de construction sont repris par la machine elle même. Ces machines permettent la réalisation des sections de tunnels non circulaire. (figure 6) 6). La stabilité de la machine est assurée par son propre poids qui varie de 8 à 70 t ou grâce à des vérins auxiliaires. Figure 6 : Exemple d’une machine à attaque ponctuelle b.1) Avantages : Simultanéité des opérations de terrassement, chargement et évacuation des roches. Meilleure découpe des roches avec suppression d’une grande partie des hors profils. Accroissement de la vitesse de creusement en terrains tendres ou mi-durs. Inconvéénients : b.2) Inconv Frais d’investigation plus élevé. Production de poussière. Difficulté de respecter le profil théorique. II.1.3. FORATION DES TUNNELS DANS LES TERRAINS MEUBLES : Dans un terrain meuble le principale danger qu’entraîne le creusement d’un tunnel est une relaxation (un relâchement des terrains le surmontant, c’est la « décom pression »). Ce phénomène peut être aggraver par la présence d’eau. Les machines conçues pour forer des tunnels dans les terrains meubles et aquifères sont appelées tunneliers ou « boucliers ». Elle comporte un système de protection des parois de l’excavation entre le front de taille et le revêtement qui doit être mis en place immédiatement derrière. Ce revêtement est le plus souvent constitué de « voussoirs » préfabriqués en béton armé, en fonte ou en acier. (figure 7) 7). 9 CHAPITRE II Technologie de construction Figure 7 : Bouclier II.1.3.1.Types de boucliers : Il existe les bouclier à pression de boue, et ceux à pression de terre. 1.Bouclier à pression de boue : La boue bentonitique est injectée par des conduites dans la chambre d’abattage où elle est maintenue en pression. Le matériau excavé se mélange à la boue puis est évacué également par pompage (figure 8)8). ARRIVEE BOUE P boue RETOUR BOUE + MATERIAU Figure 8 : Principe d’un tunnelier à pression de boue Le dispositif peut être complété par un système à bulle d’air qui permet d’obtenir une pression de confinement plus stable (figure 9) 9). Pair ARRIVEE AIR P boue ARRIVEE BOUE RETOUR BOUE + MATERIAU Figure 9 : Principe d’un tunnelier à pression de boue régul guléée par bulle d’air De nos jours, la grande majorité des tunneliers à pression de boue sont des tunneliers à bulle d’air. 10 CHAPITRE II Technologie de construction Le confinement à pression de boue permet d’équilibrer à la fois la pression hydrostatique et la pression des terres. 2.Bouclier à pression de terre : C’est le terrain excavé lui même qui est confiné dans la chambre d’abattage. La pression de confinement s’applique alors sur le front et le stabilise (figure 10) 10). L’évacuation des déblais da la chambre se fait au moyen d’une vis sans fin qui assure la perte de charge , et permet aussi de réguler la pression. Il faut veiller à excaver « à volume constant » : le débit excavé par la roue de coupe doit être égal au débit évacué par la vis (pour minimiser les mouvements de terrain). Le rôle de la vis est donc capital pour le maintien du confinement. Jupe P terre Vis d’Archimède Figure 10 : Principe d’un tunnelier à pression de terre II.1.3.2.Domaine d’utilisation : Sols fins, sous nappe. Le terrain idéal est celui qui, une fois abattu, constitue un pâte qui permet d’obtenir une pression de confinement homogène. On peut cependant étendre le domaine d’utilisation à des sols plus grossiers en injectant dans la chambre des produits qui homogénéisent le matériau (boue, mousse,...). II.1.3.3. Fonctionnement du bouclier : Le bouclier fonctionne suivant un cycle correspondant à la longueur d’un anneau (élément unitaire d’un revêtement) et chaque cycle contient quatre étapes : le terrassement, l’évacuation des déblais, l’avancement et la pose d’un anneau. Excavation : Exécutée à la partie frontale du bouclier, le soutènement et la stabilisation du front d’attaque peuvent se faire suivant plusieurs manières L’utilisation d’un bouclier muni d’un « avant bec » en terrain de mauvaise tenue. Etaiement partiel ou total du front par plaque sous plateaux. Stabilisation à l’air comprimé dont l’effet est double : - répartir l’effort d’appuis dû à la pression d’air uniforme. 11 CHAPITRE II Technologie de construction - chasser l’eau souterraine des interstices. Evacuation des déblais : Elle se fait suivant deux étapes : - l’étape primaire , c’est l’éloignement des matériaux de l’air du bouclier grâce à des wagonnettes. - La deuxième étape consiste à évacuer tout au long du tunnel terminé ou au travers du front jusqu’à l’extérieur. Avancement du bouclier : Cet avancement est assuré par des vérins propulseurs dont la synchronisation vigoureuse et la répartition uniforme doivent être réalisé. Mise en place des voussoirs : Elle est effectuée par des moyens mécanique vu le poids élevé des voussoirs, comme moyens on a : le treuil à main. Remarque : dans le cas de présence d’eau, après épuisement des eaux on doit injecter et remplir le vide obtenu après l’avancement du bouclier, ces injections assurent à la fois l’étanchéité, consolidation du sol et la diminution de la pression du terrain exercée sur le tunnel. II.1.3.4.Conditions d’emploi du bouclier : Les boucliers nécessitent pour être utiles, un terrain homogène et leur rendement est d’autant meilleur que le terrain est inconsistant. Ils permettent de forer un tunnel sans étaiement et dans de mauvais terrains, c’est la méthode la plus sûr pour la réalisation d’un tunnel et par fois la seule qui existe. Le bouclier est une machine coûteuse dont le montage nécessite une chambre qui doit être aménagée spécialement à la base d’un puit très long. L’avancement du bouclier est très long car l’évacuation des déblais s’effectue par un passage étroit (maximum 1 à 2 m d’avancement par jour). II.2.TUNNELS EXECUTES A CIEL OUVERT : Par raison d’économie, lorsque l’ouvrage est peu profond, on exécute les tunnels à ciel ouvert. Trois critères gèrent ce procédé, ils sont : La place disponible en surface. La nature du terrain. L’obligation ou non de travailler dans l’eau. En plus, lors de l’exécution, il est d’une grande importance d’assurer la stabilité des parois, et ceci est possible par plusieurs façons. 12 CHAPITRE II Technologie de construction II.2.1. STABILITE DES FOUILLES : Elle est favorable pour éviter les travaux souterrains si l’emprise du terrassement le permet, elle ne peut être envisagée qu’en rase compagne. cloutéées : II.2.1.2. Fouille à parois clout Se sont des fouilles dont les parois sont proches de la verticale, et elles sont exécutées par deux méthodes : La première méthode consiste à clouter la paroi au fur et à mesure du terrassement de la fouille avec des barres d’aciers de quelques mètres de longueur à l’aide de marteaux hydrauliques. La deuxième méthode consiste à exécuter des forages au fur et à mesure qu’on exécute la fouille, dans ces forages , on introduit des armatures qui seront scellées avec un coulis de ciment, puis on accroche sur les bouts de ces armatures un quadrillage sur lequel on projette du béton , afin de maintenir les parois. II.2.1.3. Les palplanches : Elles peuvent être fabriquer en bois ou en béton armé, mais d’une manière générale, elles sont en acier, de section plate ou à module d’inertie ondulé. Leur mise en œuvre est assurée soit par battage ou percussion grâce à un mouton dont l’énergie est l’air comprimé, soit par vibro fonçage, en créant des vibrations par un appareil qui produits des oscillations longitudinales. II.2.1.4 : Parois berlinoises : Le principe consiste à mettre en place des éléments porteurs avant tout creusement pour assurer le soutènement des parois de la fouille. Leur mise en œuvre comporte l’exécution de forage implantés à la périphérique de l’ouvrage et la mise en œuvre des profiles métalliques scellées en moyen d’un béton très maigre. A l’intérieur de ces forage, après le creusement de la fouille, on met des élément de blindage entre les ailes des profiles adjacents. Ce blindage peut être soit : des madriers en bois, du béton coulé en place à l’abri de coffrage, des panneaux en béton armé préfabriqué ou du béton projeté. mouléées : II.2.1.5. Parois moul C’est l’exécution d’un écran vertical en béton armé dont les dimensions sont les suivantes : Epaisseur : de 0,5 à 1,5 m. Profondeur : de 10 à 20 m, jusqu’à 90 m. Largeur : de 3 à 5 m.. 13 CHAPITRE II Technologie de construction Cet écran est coulé directement dans la tranchée qui lui est réservée sans coffrage ni blindage car, on utilise une boue de forage dont les caractéristiques seront mentionnés par la suite. exéécution des parois moul Principe d’ex mouléées : Les panneaux sont exécutés alternativement en passant par les étapes suivantes : Réalisation de murettes guides en traçant à une profondeur de 0,8 à 1,5 m suivant la nature du sol, puis couler les murettes soit en plein fouille, soit en « reverséé. La forme et fonction du remblais à retenir. le rôle L » ou en « L » revers des murette guidées est la matérialisation de l’implantation et la stabilisation des parois de l’excavation en tête. Creusement de la tranchée à une profondeur supérieure à celle de l’ouvrage pour assurer l’encastrement de la paroi. Remplissage de la tranchée par une boue de forage benthonique et cela en simultanéité avec le creusement. Introduction de la cage d’armatures et pour assurer son emplacement exacte, on utilise des centreurs (écarteurs,patin) qui offrent un bon enrobage. Bétonnage à l’aide d’un tube plongeur (Ø=20÷50cm), qui doit atteindre le fond de la tranchée, et ce tube sera remonté au fur et à mesure que le béton remplit la tranchée. L’assurance d’une bonne jonction entre les parois en introduisant un tube joint d’acier que l’on dispose entre les panneaux et que l’on retire avant la reprise du béton sinon d’autres procédés sont utilisés comme les joints en polystyrènes ou ceux préfabriqués prééfabriqu II.2.1.6. Parois pr fabriquéées : Par soucis d’éboulement des parois créant dans ce cas une discontinuité du béton on procède par des parois préfabriqués. La procédure consiste à : exécuter des « murettes guides » et creuser la tranchée. Remplir la tranchée avec un fluide ayant les caractéristiques suivantes : - Assurer la stabilité des parois. - Rester liquide pendant le positionnement des panneaux. - Assurer le support des panneaux et le scellement entre eux et contre le terrain après leur durcissement. la mise en place des panneaux préfabriqués dans la tranchée est effectuée par un dispositif de réglage. 14 CHAPITRE II Technologie de construction Pour permettre un bon guidage des panneaux les uns par rapport au autres on réalise des rainures. Dans le cas de forte pression hydrostatique, on utilise un système d’étanchéité par « water-stop ». II.2.2. LA BOUE DE FORAGE : caractééristiques : II.2.2.1. Définition et caract La boue est un mélange d’eau et de bentonite le dosage de cette dernière est fixé suivant la nature de l’eau et du terrain, on peut par fois y ajouter des produits spéciaux tels que les défloculants. La boue utilisée doit avoir une densité de 1,04 à 1,06 et ne doit jamais dépasser 1,1 ou 1,2, quand elle se pollue, elle subit un contrôle journalier sur : sa viscosité. Sa teneur en sable< 5%. Son ph entre 5 et 12. Sa teneur en eau libre < 30 cm3/l. La boue polluée est soit traitée soit remplacée par une autre neuve. Le traitement consiste à dessabler cette boue par plusieurs procédés dont le choix est fonction de la nature du sable. Comme procédés on a : Tamis vibrants. Batterie d’hydrocyclones. Décantation. Pour éviter la pollution rapide de la boue, on procède à l’excavation à la benne qui exécute une excavation verticale sans rotation. II.2.2.2.Comportement et rôle de la boue : La boue forme une surface poreuse appelée « cake » qui est étanche, cette boue est rigide au repos et devient fluide visqueuse sous l’effet du mouvement rapide du béton, envoyée par le tube plongeur sous pression, sa faible densité par rapport au béton nous permet de la recueillir à l’extérieur pour la réutiliser après traitement, sinon la jeter. Cake : étanchéité. Boue : assure la stabilité de la parois de la tranchée. 15 CHAPITRE II Technologie de construction II.3. TRAITEMENTS SPECIAUX : Lorsque l’eau sous pression est associée à un terrain meuble (zone broyéz, sols sans cohésion), les méthodes d’exécution classiques ne permettent pas de maintenir la stabilité de l’excavation. On peut avoir recourt à un traitement préalable au creusement : drainage, injection, congélation. II.3.1. RABATTEMENT DE LA NAPPE : Le pompage dans une nappe entraîne un abaissement de sa surface libre et une modification du champ d’écoulement : on opère un rabattement de nappe. C’est un procédé de construction simple et économique. Pour ce faire, on ceinture la fouille, partiellement ou totalement au moyen de forages équipés par lesquels on extrait l’eau. Selon le diamètre, le forage équipé est appelé "pointe filtrante" (ou encore aiguille filtrante) ou "puits filtrant". Une pointe filtrante a une longueur totale de 7 m environ et un diamètre de 5 cm. L’extrémité inférieure, de 1 m, constitue la crépine par laquelle s’effectue l’aspiration de l’eau. La mise en place s’effectue par lançage, technique de perforation des terrains meubles, dans laquelle on utilise l’effet d’une forte pression d’eau pour désagréger le terrain à l’avancement. Le procédé convient particulièrement aux terrains de perméabilité moyenne à faible dans lesquels le lançage est possible : sables fins, limons sableux, perméabilité moyenne variant de 10-4 à 10-6 m/s. Généralement, on relie 25 à 50 pointes à un seul groupe de pompage (25 à 50 m3/h). Un puits filtrant nécessite l’exécution d’un forage, la mise en place dans celui-ci d’une crépine prolongée par un tube plein, la constitution d’un massif filtrant autour de la crépine. Pour des puits à usage provisoire, le diamètre de l’équipement est de l’ordre de 0,3 à 0,6 m. Limites usuelles d’emploi des rabattements K compris entre 10-1 et 10-6 m/s ; terrain assez homogène ; rabattement total inférieur à 30 m ; débit global inférieur à 5 000 m3/h ; hauteur résiduelle H/4 pour une nappe dans une couche donnée. 16 CHAPITRE II Technologie de construction Figure 11 : Principe de rabattement Une première façon pour effectuer un rabattement de nappe consiste à utiliser une pompe de surface aspirant l’eau arrivant dans un puisard, soit dans le coin d’une fouille ouverte, soit en fond de fouille blindée. Dans ce cas, les limites sont très vite atteintes : l’eau entraîne les fines du terrain, talus et/ou fond de fouille sont instables (figure 11). Au sens du spécialiste, un rabattement selon les règles de l’art assure trois conditions : Non entraînement des fines, Fond de fouille sec, Fond et talus stables. II.3.2. INJECTIONS : II.3.2.1.Géénéralit II.3.2.1.G ralitéés sur les injections et terminologie : L’injection consiste à faire pénétrer dans un milieu plus ou moins perméable, un matériau pompable (liquide, suspension, émulsion, mortier) appelé « coulis d’injection ». Ce milieu peut être naturel (sols, roches) ou artificiel (maçonneries, bétons). L’injection s’effectue généralement par des « forages » réalisés dans le milieu à traiter. L’injection a pour but d’améliorer les caractéristiques du milieu traité ; il s’agit le plus souvent d’en améliorer la « résistance mécanique » et/ou d’en réduire la « perm permééabi litéé ». lit Les coulis d’injection sont généralement des liquides ou des suspensions caractérisés par leur densité, leur viscosité, leur rigidité, et qui durcissent au bout d’un temps appelé temps de prise prise. Le coulis est poussé par un injecteur sous une certaine 17 CHAPITRE II Technologie de construction pression d’injection P et il parvient au point d’injection dans le milieu injecté avec une pression p appelée pression efficace. II.3.2.2. Types d’injections : 1. Injections de maçonneries : Dans les maçonneries ou bétons. 2. Injections des alluvions : Dans les sols granulaires 3. Injections des roches : En milieu rocheux 4. Injections de compensation : tunnel II.3.2.3.Injections de compensation : La construction de tunnels en site urbanisé est une source potentielle de dégâts aux structures sus-jacentes : en effet, si les déformations du sol en profondeur se propagent jusqu’à la surface, il en résultera des tassements et des risques de désordres sur les ouvrages au niveau du sol. L’injection de compensation est une technique de plus en plus utilisée lors du creusement de tunnels en terrain meuble pour contrôler et réduire ces tassements superficiels. Le principe de cette technique est le suivant : une injection de coulis est réalisée entre le tunnel en cours d’excavation et les fondations des ouvrages de surface, en quantités calculées précisément pour compenser la décompression du terrain et les pertes de matériaux dues au creusement du tunnel. Cette injection de compensation est menée simultanément à l’avancement du tunnel et les paramètres d’injection sont ajustés en permanence en fonction des mouvements mesurés à la fois dans le terrain et sur les structures intéressées, permettant ainsi de limiter leurs tassements et déformations aux valeurs spécifiées (figure 12) 12). Figure 12 :Traitement à l’avancement II.3.3. CONGELATION : ralitéés : I.3.3.1. Généralit 18 CHAPITRE II Technologie de construction La congélation des terrains aquifères instables est un procédé ancien, à caractère provisoire, employé pour le creusement de fouilles, de puits ou de galeries, qui permet également le "sauvetage" d’ouvrages à la suite d’incidents (renard, débourrage). Elle rend le sol étanche et résistant. Le schéma de principe du procédé est le suivant : exécution de forages encaissant l’ouvrage à construire, sur la hauteur des couches aquifères, espacement des forages voisin de 1 m, mise en place de tubes réfrigérants (sondes) : fermés à leur base, ils contiennent des tubes plus petits ouverts à leur partie inférieure, mise en circulation d’un liquide à basse température arrivant par le tube intérieur et remontant dans l’espace annulaire en empruntant la chaleur au terrain encaissant, congélation progressive des couches autour des sondes, obtention d’une paroi de terrain gelé dur et imperméable, maintien de cette paroi durant les travaux de génie civil. congéélation : II.3.3.2. Méthodes de cong la méthode ouverte, à l’azote liquide. la méthode fermée, à la saumure. la méthode dite combinée. II.3.3.3. La méthode ouverte : Le liquide réfrigérant est l’azote liquide. Il est transporté au chantier par des camions- citernes spéciaux où il est maintenu à une température de - 196°C sous une pression de 5 bars environ. Cette pression sert à assurer la circulation de l’azote dans les sondes. A l’aval de la dernière sonde une vanne libère l’azote devenu gazeux dans l’atmosphère, à une température de -60°C environ. Le rejet dans l’atmosphère de l’azote gazeux n’est pas une nuisance, même en ville. La mise en froid du terrain encaissant est rapide : 2 à 3 jours. Ensuite, on assure simplement l’entretien. La résistance du sol ainsi congelé est généralement élevée : écrasement sous 30 à 50 bars en compression simple. L’inconvénient principal est le coût élevé de la fourniture en azote liquide. La méthode est bien adaptée aux chantiers de courte durée. ferméée : II.3.3.4. La méthode ferm Un circuit frigorifique primaire, au moyen de compresseurs et de condensateurs, liquéfie le fluide. En se vaporisant, ce fluide assure le refroidissement du liquide réfrigérant qui circule dans les sondes, en circuit fermé. Le fluide primaire peut être l’ammoniaque ou le fréon. Le liquide réfrigérant est généralement une saumure ayant une température d’utilisation variable entre -25 et - 30°C. 19 CHAPITRE II Technologie de construction Dans ce cas, les sondes ont un diamètre plus grand qu’avec l’azote. Cependant, la mise en froid demande souvent 3 à 4 semaines. II.3.3.5. La méthode combin combinéée : Elle consiste à rendre complémentaires les méthodes précédentes, en utilisant les mêmes tubes congélateurs. On combine ainsi une mise en froid rapide (azote) et un entretien économique (saumure). II.3.3.6. Pr Prééparation du terrain : Souvent, il est nécessaire d’assurer un traitement préalable du terrain par injection. Il s’agit de faire un traitement léger qui a pour objet de fermer les vides ou les circulations importantes, et de consolider un peu le sol. L’avantage est double : économie de frigories (moins de pertes) et sécurité accrue. Schééma de cong Sch congéélation 20