PAROIS CLOUEES PREFABRIQUEES GTS

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1 PAROIS CLOUEES PREFABRIQUEES GTS SOIL NAIL WALL PREFABRICATED FROM GTS Christian ALTAZIN 1, Alain FORGEOT 1, Philippe ROBIT 1, Luc VALLDOSERA 1 1 GTS Groupe NGE Lyon France RÉSUMÉ Face au constat des limites inhérentes à la technique du béton projeté dans les parois clouées, limites tant du point de vue technique que dans le domaine de la sécurité ou de l impact environnemental, GTS (groupe NGE) a développé une solution alternative basée sur l utilisation d éléments préfabriqués décrite dans cet article. ABSTRACT Faced with finding the limitations of the technique of shotcrete in the soil nail walls, limitations both technically and in the field of safety or environmental impact, GTS has developed an alternative based on the use of prefabricated elements described in this paper. 1. Introduction 1.1 bilan technique Les parois clouées avec parement en béton projeté représentent une technique de renforcement de sol dont l histoire dite «mature» date d à peine 20 ans, ce qui est très faible dans le domaine de l acte de construire. Le retour d expérience global de la technique permet de conclure, sans état d âme, que la partie clouage stricto sensu avec ses multiples essais (préalable, conformité, contrôle) est relativement bien maîtrisée par l ensemble des acteurs. Il est par contre admis que trois sinistres sur quatre trouvent leur origine dans des vices de procédures de réalisation du parement. Lors de l analyse du phasage d une «passe», on constate que l ensemble des phases ferraillage et béton projeté est le plus consommateur de temps. Forte est alors la tentation d aller plus vite que de raison dans le cycle de travail d une semaine type pour optimiser les ateliers avec pour conséquences : Une exposition accrue au vide de la fouille. Des délais de séchage des injections de coulis réduits. Une réalisation de la deuxième passe de béton projeté en phase finale à partir du bas de fouille. La gestion des problèmes de drainage dans les temps morts, quand cela est possible. Sur ce dernier point, il est important de remarquer que le drainage des parois clouées est souvent «le parent pauvre» de la technique alors que son rôle est majeur dans la stabilité à long terme des ouvrages. Ainsi toute technique qui s affranchira en partie du problème du phasage des bétons projetés d une part, et qui s imposera un drainage systématique d autre part ne pourrait aller que dans le sens de la sécurité à long terme des ouvrages construits. 901

2 1.2 Bilan hygiène et sécurité Il n y a plus besoin de démontrer l impact négatif des fumées de poussière générées par la technique du béton projeté par voie sèche, et ce malgré les efforts de développement de nouveaux matériels et équipement de protection individuel. L exposition à ces poussières a des conséquences importantes sur les voies respiratoires des ouvriers situés à proximité. De plus, la technique du béton projeté génère une accidentologie importante issue des fortes pressions en jeu avec, pour conséquence, de graves traumatismes musculaires ou viscéraux et des atteintes aux yeux. 1.3 Bilan environnemental Le ciment a une propriété méconnue : son coût carbone est très élevé. En effet, sa fabrication engendre une double émission de CO 2, d une part par le chauffage à 1450 nécessaire et d autre part, par la réaction chimique de décarbonatation du calcaire qui génère le clinker. CaCO 3 (Calcaire) + Energie CaO (Clinker) + CO 2 On retiendra donc une valeur de 800 kg de CO2 par tonne de ciment utilisé. Ce problème est accentué pour les ouvrages en béton projeté de part leur taux élevé de ciment dans sa formulation sèche, combiné aux très grandes pertes au sol inhérentes à cette technique, sans parler des fameux «hors profils béton», souvent à l origine de longues discussions avec le client Ainsi on constate fréquemment un rapport de 3 entre la consommation effective de ciment pour une paroi clouée et les volumes théoriques du projet. 1.4 Le projet in fine Toute technique qui s affranchira en partie de ces problèmes sociétaux ne pourra qu être en phase avec la démarche générale QSE (Qualité Sécurité Environnement) de GTS et ne pourra que satisfaire le client final, généralement concerné par ces enjeux. Fort de ces constats et analyses, le Département Recherche et Développement de GTS a été missionné afin de trouver une solution alternative au béton projeté lors de la réalisation des parois clouées par intégration d éléments préfabriqués selon le cahier des charges suivants : Conserver l application et l esprit des recommandations CLOUTERRE Intégrer dès la conception le drainage arrière comme point de passage obligé. Satisfaire à l écoute client visant à réduire les délais, sans sacrifier à la sécurité de l ouvrage. Diminuer le temps d exposition de la fouille au vide. Etre opérationnel autant en paroi de remblai que paroi de déblai. Assurer une méthode de mise en œuvre en phase avec la démarche sécurité de GTS. Etre plus performant au niveau du bilan CO

3 2. Caractéristiques du parement GTS 2.1 Structure de l écaille en croix La structure de l écaille est inspirée des planchers traditionnels du bâtiment formés par un ensemble dalle/poutre/poteaux (les clous prenant le rôle des poteaux dans ce cas). Afin d éviter les interdépendances entre écailles, il a été choisi de positionner le clou au centre de l écaille suivant ainsi le principe : une écaille = un clou. La structure béton rejoint le principe de l encorbellement avec une concentration des moments et des efforts tranchants maximaux autour de l ancrage. 2m50 1m50 Figure 1: 2.2 La jonction clou - écaille Vue globale de l écaille Une plaque de tolérance de position du clou permet de couvrir toutes les positions du clou dans le trou de réservation de l écaille avec une tolérance de +/- 5cm. Le clou peut, si nécessaire, être équipé d une protection de type P2. Écrou Plaque + tubep2 Plaque de tolérance Cache Plaque biaise Figure 2: Différentes pièces constitutives de la jonction 903

4 2.3 Jonction entre poutres adjacentes La jonction entre les poutres des écailles est assurée par des tirefonds qui remplissent une double fonction : permettre la stabilité provisoire de l écaille sous poids propre lors des phases de décaissement entre l instant du terrassement sous l écaille et celui de l étaiement, assurer la transmission des efforts aux poutres voisines dans le cas de rupture accidentelle d ancrage. 2.4 Interface écaille / terrain Figure 3: Détail des jonctions Les vides se trouvant entre l écaille et le terrain sont remplis de matériaux granulaires au travers des réservations prévues à cet effet sur le parement des écailles. Ce gravier de type 4/6 roulé remplit un double rôle : il garantit le contact entre le parement et le terrain et permet ainsi d assurer une bonne transmission des efforts, il constitue une couche de matériaux perméables qui assure un véritable drainage à l arrière du parement. Matériaux drainants Réservation pour injection des matériaux Figure 4: Matériaux drainants à l arrière de la paroi Par cette technique, l élimination des surpressions hydrostatiques à l arrière de la paroi devient intrinsèque au process de mise en œuvre et non pas dépendant d une prestation connexe telle que la pose d Enkadrain dont l importance pour l ouvrage est trop souvent méconnue et donc négligée pas le personnel exécutant. 904

5 3. Dimensionnement de l écaille 3.1 Règles de dimensionnement utilisées Les calculs sont menés suivant les Recommandations Clouterre 1991, l Additif 2002 aux Recommandations Clouterre 1991 et les règles BAEL 91 modifié 99. Pour le calcul du parement en service, toutes les justifications sont établies vis-à-vis d états limites ultimes (Additif 2002 p.95). De plus, on considère une fissuration préjudiciable ce qui conduit à une majoration forfaitaire de 10% des sections d acier (Additif 2002 p.95). 3.2 Stabilité globale de l ouvrage Le système de parement par éléments préfabriqués ne change pas le dimensionnement du confortement global qui dépend uniquement des caractéristiques mécaniques de la ligne de glissement et de l ancrage des clous dans le massif stable : Clouterre distingue d ailleurs complètement les deux dimensionnements. 3.3 Sollicitation et dimensionnement de l écaille Il a été choisi dans un premier temps de limiter ce type d écaille à l utilisation d armatures type GEWI 32 qui peuvent assurer une tension de service de 350kN soit leur limite élastique de 402kN pondérée par le coefficient de sécurité sur l acier de 1.15 (Clouterre 1991 p117). On considère une poussée uniforme sur toute la dalle ce qui est «conservatif par rapport à la réalité» (Clouterre 1991 p.141) et plus défavorable qu une distribution pyramidale car «la distribution pyramidale de la poussée correspondante réduit de 25% les efforts de flexion par rapport à une distribution uniforme» (Additif 2002 p. 96). Cette poussée uniforme est donc de 116kPa à laquelle on affecte une pondération de 1.35 (Clouterre 1991 p143). Il s en suit un dimensionnement de poutre et dalle classique de béton armé régi par les règles du BAEL 91 modifié Situation accidentelle : traitement du cas de la rupture d un ancrage Sur les ouvrages classiques, «L ensemble d un ouvrage doit être justifié en situation accidentelle dans les cas de séisme et de conditions hydrauliques exceptionnelles» (Clouterre 91 p. 118). Cependant, «les modèles réduits, les expérimentations et les observations d ouvrages rompus ont permis de bien mettre en évidence quatre types de rupture: l instabilité des phases d excavation à la construction le déplacement d ensemble de la masse de sol renforcé la cassure des clous le défaut de frottement entre le sol et les clous» (Clouterre 91 p. 99) Les deux premiers types de rupture doivent être pris en compte pendant la phase de conception globale de l ouvrage et n affectent pas le dimensionnement du parement, tandis que les deux derniers ont des conséquences sur les efforts subis par le parement quand ils n affectent pas l ensemble de l ouvrage. 905

6 Bien que Clouterre ne prenne pas en compte la défaillance d un clou dans les différentes configurations de calcul qu il préconise, GTS a fait le choix de traiter ce cas en tant que situation accidentelle. Dans ce cas, la poussée de réaction à la tension de l ancrage s annule et la seule pression à l arrière de l écaille concernée est la contrainte horizontale des terres : la dalle va uniquement confiner le terrain situé à l arrière. Dans cette configuration, les jonctions prévues entre les écailles vont devenir actives et vont permettre le transfert de cette pression résiduelle vers les écailles voisines. La tension perdue par l ancrage défaillant sera quant à elle transmise aux ancrages adjacents par effet de répartition assurant ainsi le maintien de l effort stabilisateur du massif. Répartition Figure 5: Distribution d effort externe en cas courant et accidentel En situation accidentelle, deux calculs complémentaires sont donc réalisés pour : Le cas de l écaille subissant la rupture Le cas des écailles voisines de la rupture 4. Bilan comparatif de l impact carbone Le groupe NGE développe des formulations de béton avec substitution du ciment par un liant pouzzolanique à hauteur de 25 %. Ce nouvel éco-matériau a l avantage de posséder un bilan carbone d environ 140 kg CO 2 par tonne produite soit près de six fois inférieur à celui du ciment. Il sera inclus à terme dans les écailles préfabriquées, en fonction de l évolution parallèle d un autre projet R&D de GTS visant à l utilisation de ces éco-matériaux. Béton projeté Tableau I: Bilan carbone comparatif Elément préfabriqué classique Elément préfabriqué avec liant pouzzolanique Volume de béton 0,40 m3/m2 0,19 m3/m2 0,19 m3/m2 Dosage ciment 160 kg/m2 66 kg/m2 50 kg/m2 Dosage liant pouzzolanique Coût en carbone des liants kg/m2 128 kg CO2 / m² 52 kg CO2 / m² 42 kg CO2 / m² La solution en élément préfabriqué permet ainsi, à terme, de diviser par 3 les émissions de gaz à effet de serre (sur le seul poste fourniture, hors mise en œuvre). 906

7 5. Mise en œuvre de la parois préfabriquée GTS L expérience de GTS en paroi clouée classique combinée avec les techniques issues du génie civil permet d envisager le montage de la paroi préfabriquée aussi bien en remblai (élargissement de voie aval) qu en déblai (traitement de glissement profond ou élargissement amont) où un système de jupe anti renard et d étaiement à l avancement permet de fonctionner par passe de décaissement identique aux parois classiques. Figure 6: Ouvrage mixte en déblai/remblai Figure 7: Détail de mise en œuvre en déblai 907

8 6. Conclusion Figure 8: Vue d ensemble L utilisation d éléments préfabriqués pour la construction de parois clouées apporte des solutions à de nombreux problèmes existants actuellement avec l emploi de béton projeté dont : Le délai : pas de phase ferraillage/coffrage/séchage L hygiène : pas de poussière et de bruit lors de la réalisation du parement La sécurité : pas de risque lié au transport par pression d air Le drainage : Couche drainante effective imposée par le prodécé Les hors profils : sans objet avec cette technique L impact environnemental local : pas de perte de béton laissée en place Le bilan carbone : divisé par trois par réduction des consommations de ciment et utilisation d éco-matériaux Les tolérances géométriques : Les épaisseurs de béton sont respectées La dépendance aux intempéries : sans objet avec cette technique 7. Références Recommandations Clouterre 1991 Additif 2002 aux Recommandations Clouterre 1991 BAEL 91 modifié