Palplanches. Le rideau de. palplanches étanche. Partie 2: Approche pratique

Palplanches Le rideau de palplanches étanche Partie 2: Approche pratique

LE RIDEAU DE PALPLANCHES ETANCHE PARTIE 2: APPROCHE PRATIQUE INDE Introduction...3 Principaux systèmes d étanchement vertical et horizontal...3 1. Etanchement vertical...4 1.1 Caractéristiques des produits et procédures de mise en œuvre de l étanchement vertical...4 1.1.1 Produit hydrocarboné mis en œuvre à chaud...4 1.1.1.1 Caractéristiques du produit...4 1.1.1.2 Conditionnement...4 1.1.1.3 Conditions d application...4 1.1.1.4 Durabilité du produit dans différents milieux...4 1.1.1.5 Consommation...4 1.1.1.6 Mise en œuvre du produit d étanchéité en usine...6 1.1.1.7 Mise en œuvre du produit d étanchéité in situ...10 1.1.1.8 Transport des palplanches...10 1.1.1.9 Mise en œuvre des palplanches...10 1.1.2 Produit hydrogonflant...12 1.1.2.1 Caractéristiques du produit...12 1.1.2.2 Conditionnement...12 1.1.2.3 Conditions d application...12 1.1.2.4 Durabilité du produit dans différents milieux...12 1.1.2.5 Consommation...12 1.1.2.6 Mise en œuvre du produit d étanchéité en usine...12 1.1.2.7 Mise en œuvre du produit d étanchéité in situ...12 1.1.2.8 Transport des palplanches...18 1.1.2.9 Mise en œuvre des palplanches...18 1.1.3 Soudure...21 1.1.3.1 Introduction...21 1.1.3.2 Possibilités de soudage des serrures de palplanches...21 1.1.3.3 Choix du procédé de soudage sur chantier...21 1.1.3.4 Automatisation du soudage des serrures de palplanches sur chantier...25 1.1.4 Autres solutions d étanchement vertical des rideaux de palplanches...27 1.1.4.1 Rideau de palplanches combiné avec une paroi bentonite-ciment...27 1.1.4.2 Préforage vertical dans l axe des serrures...27 1.1.4.3 Utilisation d un profil auxiliaire spécial..27 1.1.4.4 Utilisation d un élément de refoulement...27 1.1.4.5 Injection de coulis derrière la paroi en palplanches...27 1.1.5 Réparation de défauts d étanchéité des serrures...29 1.1.5.1 Réparation au-dessus du niveau du sol (serrures accessibles du côté excavation)...32 1.1.5.2 Réparation en dessous du niveau du sol...33 1.1.5.3 Réparation sous eau...36 2. Etanchement horizontal...38 3. Références...44 1

Introduction L étanchéité des parois est un des critères importants de sélection des procédés de construction dans certains types d ouvrages comme par exemple: les parkings souterrains, les tunnels, les confinements de décharges,... La palplanche métallique, de par sa définition d élément de séparation de deux milieux différents, constitue une solution idéale pour résoudre le problème des parois étanches, dès lors que l on propose: 1. une méthode pour déterminer de façon précise l écoulement à travers les serrures, 2. des solutions aux problèmes pratiques qui se posent lors de la réalisation de parois étanches. La partie 1 est traitée in extenso dans la brochure: «Approche théorique». La partie 2 fait l objet de la présente publication qui détaille les différents systèmes d étanchement ainsi que tous les aspects pratiques les concernant. Principaux systèmes d étanchement vertical et horizontal Considérant un rideau de palplanches étanche, il faut distinguer deux types d étanchement: l étanchement vertical, qui consiste principalement à rendre étanches les serrures des palplanches; l étanchement horizontal, qui concerne la jonction étanche entre la paroi de palplanches et un élément d ouvrage horizontal s y raccordant (par exemple une dalle en béton, une géomembrane,...). 3

1. Etanchement vertical Plusieurs systèmes d étanchement possibles dépendant du degré d étanchéité souhaité: A. Les produits mis en place dans les serrures avant ou après enclenchement des palplanches: produit hydrocarboné (mise en œuvre à chaud) pour les applications à performance moyenne (ρ = 6 10-8 m/s) (voir 1.1.1); produit hydrogonflant (mise en œuvre à froid) pour les applications à performance élevée (ρ = 3 10-10 m/s) (voir 1.1.2). B. La soudure pour les applications à performance très élevée: en usine pour les serrures intermédiaires des palplanches livrées par paires ou en triplettes; in situ et au-dessus du niveau du sol ou à partir d une faible profondeur sous le fond de fouille pour les serrures enclenchées sur chantier (voir 1.1.3). C. Diverses autres méthodes d étanchement vertical (voir 1.1.4). 1.1 Caractéristiques des produits et procédures de mise en œuvre de l étanchement vertical 1.1.1 Produit hydrocarboné mis en œuvre à chaud 1.1.1.1 Caractéristiques du produit Composition: bitume - polymères - filler Poids spécifique à 25 C: 1.38-1.48 (ASTM D70) Point de ramollissement: ~ 90 C (ASTM D36) Couleur: noir-brun Ces caractéristiques ne sont données qu à titre indicatif et peuvent être modifiées par le fournisseur suivant besoin. 1.1.1.2 Conditionnement Le produit peut être livré en fûts ou en pains emballés prêts à l emploi. 1.1.1.3 Conditions d application Le comportement du produit hydrocarboné lors de sa mise en œuvre (à chaud) sous certaines conditions est résumé ci-après: application sur surface recouverte d eau stagnante: à éviter; application sur métal humide (point de rosée): très bon, mais à éviter autant que possible; application sur métal de 10 C à +70 C: excellent; durcissement sous pluie: excellent; séchage sous UV: excellent. 1.1.1.4 Durabilité du produit dans différents milieux La pérennité du produit placé dans les serrures des palplanches est fonction du milieu ambiant: eau à ph 3.5 - ph 11.5: excellente eau de mer: excellente huile minérale: faible essence: très faible pétrole: très faible 1.1.1.5 Consommation a. Application dans une serrure libre (figure 1-1): Consommation approximative: 0,3 l par mètre de serrure. b. Application dans les serrures enclenchées (figure 1-2): Consommation approximative: 0,1 l par mètre de serrure et par côté, soit 0,2 l/m si l on pratique au remplissage des deux côtés de l enclenchement. 4

Produit hydrocarboné: Mise en œuvre à chaud dans les serrures 1) Remplissage d une serrure libre 8 mm min. 12 mm max. 8mmmin. 12 mm max. Palplanches AU/PU/LS/JSP Palplanches AZ 2) Remplissage des serrures enclenchées en tenant compte de la poussée hydrostatique Palplanches AU/PU/LS/JSP Palplanches AZ Figure 1 5

1.1.1.6 Mise en œuvre du produit d étanchéité en usine (figures 2, 3 et 4) L application du produit hydrocarboné en usine est réalisée suivant les prescriptions suivantes: les serrures doivent être sèches ou très légèrement humides; les palplanches sont disposées en position parfaitement horizontale; pour des raisons d adhérence du produit dans les serrures, un nettoyage à l air comprimé, à la brosse en acier ou au jet d eau à haute pression est recommandé en cas de présence de corrosion. Les palplanches provenant d un laminage récent ne nécessitent aucune préparation particulière; afin d éviter tout écoulement du produit chaud et liquide par les extrémités des palplanches lors du remplissage des serrures, un colmatage préalable est réalisé en tête et en pied des barres à l aide de mastic; mélange du produit jusqu à l obtention d une masse homogène (impératif); mise en place du produit dans les serrures à l aide d un déversoir approprié en tenant compte du sens de battage des palplanches et de leurs positions par rapport à la poussée hydrostatique: *si les palplanches sont livrées en éléments simples, une seule serrure libre par barre est remplie (figure 2) *si les palplanches sont livrées en paires, la serrure intermédiaire et une seule serrure libre sont remplies (figure 3); hauteur de remplissage des serrures libres: 8 à 12 mm (figure 1-1). Remarque: Pour ne pas diminuer la résistance des points de pinçage dans le cas de palplanches enclenchées et pincées, le produit hydrocarboné doit être mis en place après pinçage. chauffage du produit à la température indiquée sur la fiche technique; 6

Produit hydrocarboné: Mise en œuvre à chaud dans les serrures de palplanches simples 1) Palplanche AZ serrure sans produit Pos. B serrure à l avancement avec produit Pos. A serrure à l avancement avec produit serrure sans produit sens de battage Détail voir Fig. 1-1 2) Palplanche AU/PU/LS/JSP serrure sans produit serrure à l avancement avec produit serrure à l avancement avec produit serrure sans produit sens de battage Détail voir Fig. 1-1 Figure 2 7

Produit hydrocarboné: Mise en œuvre à chaud dans les serrures de palplanches enclenchées 1) Palplanche AZ produit appliqué dans les serrures du côté de la pression hydrostatique serrure sans produit serrure enclenchée en usine serrure à l avancement avec produit sens de battage Détail voir Fig. 1-1 2) Palplanche AU/PU/LS/JSP produit appliqué dans les serrures du côté de la pression hydrostatique serrure à l avancement avec produit serrure sans produit serrure enclenchée en usine Figure 3 sens de battage Détail voir Fig. 1-1 8

Illustration de la mise en œuvre du produit hydrocarboné 1) fourniture du produit hydrocarboné en fût de 200 l ou en pain (le fût est ouvert et le produit en est extrait par morceaux) FUT 2) four de chauffage (fusion) pour produit hydrocarboné PAIN 3) mélangé avant utilisation gaz de chauffage produit hydrocarboné (mélange homogène) bouchon de mastic four de chauffage robinet déversoir 4) contrôle de l horizontale de la palplanche à traiter déversoir 5) remplissage d une serrure d une palplanche simple AU/PU/LS/JSP bouchon de mastic Figure 4 9

1.1.1.7 Mise en œuvre du produit d étanchéité in situ L application du produit hydrocarboné in situ se fait suivant les prescriptions citées en 1.1.1.6 pour la mise en œuvre en usine. Par temps sec la mise en œuvre à l air libre ne pose aucun problème. Par temps pluvieux, il faut veiller à éviter la présence d eau dans les serrures à traiter. Les opérations d étanchement des serrures pourront se faire à l abri d une bâche. 1.1.1.8 Transport des palplanches Tant que le produit hydrocarboné ne s est pas solidifié, les palplanches doivent être transportées en position horizontale, avec l ouverture des serrures munies du joint d étanchéité tournée vers le haut. Après refroidissement du produit, les palplanches doivent être protégées contre tout échauffement trop important (point de ramollissement du produit: ~ 90 C) afin d éviter un écoulement hors des serrures. 1.1.1.9 Mise en œuvre des palplanches (figure 5) Les palplanches étanchées à l aide d un produit hydrocarboné peuvent être foncées par battage, par vibrage ou par vérinage. Concernant leur mise en œuvre, il y a lieu de procéder comme suit: la serrure garnie du produit hydrocarboné devra toujours être placée à l avancement; lors du fonçage des palplanches un guidage approprié sera réalisé de manière à éviter tout dévers longitudinal ou transversal. L utilisation de guides est primordiale pour respecter une tolérance maximale de 1% (voire même inférieure à 1%) sur la verticalité des barres; lors de l installation des palplanches par simple pose sans fonçage, il peut arriver que, suite à un excès de produit dans la serrure ou à un raidissement localisé du produit, les palplanches ne parviennent pas à la côté requise. Il faut alors prévoir sur le chantier l utilisation d un engin de battage permettant une mise en œuvre correcte, et, le cas échéant, pratiquer avec précaution un léger chauffage de la zone récalcitrante. Attention!! Ne pas dépasser la température du point de ramollissement du produit. 10

Mise en œuvre des palplanches étanchées à l aide d un produit hydrocarboné 1) Palplanches simples sens de battage serrure sans produit serrure à l avancement avec produit hydrocarboné serrure avec produit hydrocarboné 2) Palplanches enclenchées par paires sens de battage serrure sans produit serrure à l avancement avec produit hydrocarboné serrure enclenchée avec produit hydrocarboné serrure avec produit hydrocarboné Figure 5 11

1.1.2 Produit hydrogonflant 1.1.2.1 Caractéristiques du produit Composition: Poids spécifique à 20 C: 1.22 Point d inflammation: 500 C Gonflement maximum: Couleur: en principe prépolymère uréthane immersion en continu en eau potable: 115%; en eau de mer: 90% cycles alternés eau potable: 115%; eau de mer: 90% pas de gonflement dans l huile gonflement dans lixiviats: identique à eau potable en principe gris clair Ces caractéristiques ne sont données qu à titre indicatif et peuvent être modifiées par le fournisseur suivant besoin. 1.1.2.2 Conditionnement Le produit est livré en cartouches de 320 ml ou en fûts de ~ 15 l à extruder. 1.1.2.3 Conditions d application Le comportement du produit hydrogonflant lors de sa mise en œuvre (à froid) sous certaines conditions est résumé ci-après: application sur surface recouverte d eau stagnante: impossible; application sur métal humide (point de rosée): excellente; application sur métal à 10 C: délicate ou critique; application sur métal de +5 C à +70 C: excellente; polymérisation sous pluie: délicate ou critique; polymérisation sous UV: excellenteé. 1.1.2.4 Durabilité du produit dans différents milieux La pérennité du produit placé dans les serrures des palplanches est fonction du milieu ambiant: eau à ph 3.5 - ph 11.5: excellente eau de mer: excellente huile minérale: excellente essence: excellente pétrole: excellente. 1.1.2.5 Consommation Application dans une serrure libre (figure 6-1): consommation approximative: ~ 0,15 l par mètre de serrure. 1.1.2.6 Mise en œuvre du produit d étanchéité en usine (figures 7, 8, 9) L application du produit hydrogonflant se fera de préférence en usine et doit se faire suivant les prescriptions suivantes: les serrures doivent être sèches ou très légèrement humides; l étalage des palplanches en position parfaitement horizontale n est pas indispensable; pour des raisons d adhérence du produit dans les serrures, un nettoyage à l air comprimé est de rigueur. En cas de présence de corrosion dans les serrures, un nettoyage à la brosse en acier et/ou au jet d eau à haute pression est nécessaire; mise en place du produit par extrusion et répartition à l aide d un gabarit spécial (brevet ProfilARBED LU88397) qui distribue le produit de façon adéquate dans la serrure.!! Attention: l utilisation du gabarit spécial est indispensable pour garantir l étanchéité de la serrure. Cette opération s effectue en tenant compte du sens de battage des palplanches: si les palplanches sont livrées en éléments simples: une seule serrure par barre est remplie (figure 7); si les palplanches sont livrées en paires (figure 8): * une serrure libre est traitée; * la serrure intermédiaire peut être remplie de produit hydrogonflant avant enclenchement ou soudée après enclenchement. A noter qu il est possible de solidariser par pinçage les serrures intermédiaires étanchées et enclenchées. 1.1.2.7 Mise en œuvre du produit d étanchéité in situ L application du produit hydrogonflant in situ est à déconseiller, sauf si le travail peut être fait sous abri. Il doit alors être réalisé suivant les mêmes prescriptions que pour la mise en œuvre en usine (avec assistance du service technique d Arcelor Long Commercial Palplanches). 12

Produit hydrogonflant: Mise en œuvre dans les serrures 1) Remplissage d une serrure libre gabarit breveté Palplanches AU/PU/LS/JSP Palplanches AZ 2) Expansion du joint hydrogonflant dans les serrures enclenchées Palplanches AU/PU/LS/JSP Palplanches AZ Figure 6 13

Produit hydrogonflant: Mise en œuvre dans les serrures de palplanches simples 1) Palplanche AZ serrure avec produit hydrogonflant Pos. B serrure à l avancement sans produit Pos. A serrure à l avancement sans produit serrure avec produit hydrogonflant sens de battage Détail voir Fig. 6-1 2) Palplanche AU/PU/LS/JSP serrure avec produit hydrogonflant serrure à l avancement sans produit serrure à l avancement sans produit serrure avec produit hydrogonflant sens de battage Figure 7 Détail voir Fig. 6-1 14

Produit hydrogonflant: Mise en œuvre dans les serrures de palplanches enclenchées 1) Palplanche AZ serrure enclenchée en usine: A) soudée ou B) étanchée à l aide d un produit hydrogonflant serrure à l avancement sans produit serrure avec produit hydrogonflant sens de battage Détail voir Fig. 6-1 2) Palplanche AU/PU/LS/JSP serrure enclenchée en usine: A) soudée ou B) étanchée à l aide d un produit hydrogonflant serrure avec produit hydrogonflant serrure à l avancement sans produit sens de battage Détail voir Fig. 6-1 Figure 8 15

Illustration de la mise en œuvre du produit hydrogonflant 1) fourniture du produit hydrogonflant en pots de 15 l ou en cartouches de 320 ml Pot 15 l 320 ml cartouche pistolet 2) le produit est extrudé à l aide d une pompe pneumatique ou d un pistolet gabarit breveté chariot avec pompe pistolet pistolet Pot produit hydrogonflant gabarit breveté 3) remplissage d une serrure d une palplanche simple AU/PU/LS/JSP Figure 9 16

Transport et stockage des palplanches étanchées à l aide d un produit hydrogonflant serrures avec produit hydrogonflant serrures sans produit serrures avec produit hydrogonflant serrures sans produit bois de calage serrures avec produit hydrogonflant serrures sans produit bois de calage Figure 10 17

1.1.2.8 Transport des palplanches (figure 10) Les palplanches doivent être transportées de façon à ce qu aucune serrure libre garnie de produit hydrogonflant ne soit en contact avec de l eau stagnante (risque de gonflement du produit après polymérisation et perte d adhérence). Il faut donc veiller à transporter les palplanches avec l ouverture des serrures libres garnies tournées vers le bas. Dans le cas de palplanches enclenchées non pinçées où la serrure intermédiaire et une serrure libre sont étanchées avec le produit hydrogonflant, tout glissement d une barre par rapport à l autre doit être évité par blocage pour empêcher une détérioration du produit d étanchéité. 1.1.2.9 Mise en œuvre des palplanches (figure 12) Les palplanches étanchées à l aide d un produit hydrogonflant peuvent être foncées par battage, vibrage ou par vérinage. Concernant leur mise en œuvre, il y a lieu de procéder comme suit: après fonçage du premier élément du rideau, la serrure libre en attente dans le sol et placée à l avancement est nettoyée sur toute sa longueur par le passage d une pièce (figure 11) qui est poussée dans la serrure par l enclenchement de la palplanche suivante. Cette pièce, qui reste dans le sol après utilisation, peut être fournie par ProfilARBED. Il est important de faire remarquer que le fonçage une à une des barres d une même paire dont la serrure intermédiaire a été étanchée en usine doit être évité (détérioration du produit); lors du fonçage des palplanches un guidage approprié sera réalisé de manière à éviter tout dévers longitudinal ou transversal. L utilisation de guides est primordiale pour assurer une mise en œuvre correcte et respecter une tolérance maximale de 1% sur la verticalité des barres; le produit d étanchéité doit être lubrifié au moyen d un produit savonneux du commerce avant de procéder à l enclenchement. Ce produit est à répartir dans la serrure étanchée à l aide d un pinceau; lors de l installation des palplanches par simple pose sans fonçage, il peut arriver qu à cause du produit, les palplanches ne parviennent pas à la profondeur voulue. Il faut alors prévoir sur le chantier un engin de battage permettant une mise en œuvre correcte; lors de la mise en œuvre des palplanches par vibrage, il faut veiller à ne jamais dépasser une température de 130 C dans les serrures (risques d endommagement du joint); en présence d eau il faut éviter de laisser une palplanche partiellement enfoncée pendant plus de deux heures. Le gonflement du produit d étanchéité provoquerait son arrachement lors de la reprise du fonçage. 18

Mise en œuvre des palplanches étanchées à l aide d un produit hydrogonflant Nettoyeur de serrure position de battage serrure à l avancement sans produit hydrogonflant en attente dans le sol chanfreinage de l extrémité de la serrure Figure 11 19

Mise en œuvre des palplanches étanchées à l aide d un produit hydrogonflant 1) Palplanches simples sens de battage serrure avec produit hydrogonflant lubrifié avec un produit du commerce à base de savon serrure à l avancement sans produit nettoyeur de serrure chanfreinage de la serrure serrure à l avancement sans produit 2) Palplanches enclenchées par paires sens de battage serrure avec produit hydrogonflant lubrifié avec un produit du commerce à base de savon serrure à l avancement sans produit serrure enclenchée et étanchée nettoyeur de serrure chanfreinage de la serrure serrure à l avancement sans produit Figure 12 20

1.1.3 Soudure 1.1.3.1 Introduction La majorité des procédés de soudage à l arc électrique est reconnue valable pour étancher les serrures des palplanches enclenchées en atelier ou sur chantier. Comme l utilisateur est toujours amené à veiller de près aux problèmes liés à la qualité des soudures, il doit attacher une importance accrue à la rentabilité et à la compétitivité des procédés de soudage. Il faut rappeler que la notion de compétitivité d un procédé de soudage repose sur une série de facteurs, qui font intervenir: le taux de dépôt en kg/h, le facteur de marche, c-à-d. le temps d arc par heure, le rendement du produit de soudage (le poids réellement déposé par kg de produit), la préparation du joint, la position de soudage. Dans des conditions autres que celles proposées en usine, connues et maîtrisées, les critères définis précédemment peuvent devenir aléatoires et une attention particulière devra être portée sur les points suivants: la possibilité d accès à la palplanche, la situation atmosphérique sur le chantier, la résistance mécanique de la soudure (voir épaisseur du cordon et pénétration à respecter), le degré d humidité dans les serrures, l écartement des serrures, l agressivité du milieu agissant sur les soudures. Pour tout projet d étanchement des serrures de palplanches, il y a lieu de choisir la solution la mieux adaptée aux conditions rencontrées. Le Service Technique Arcelor Long Commercial Palplanches est à votre disposition pour vous conseiller quant au choix du meilleur procédé. 1.1.3.2 Possibilités de soudage des serrures de palplanches (voir figures 13 et 14) exécutée soit en usine soit sur chantier avant fonçage. Cette soudure est réalisée en position horizontale; les serrures enclenchées lors du fonçage des palplanches ne peuvent être soudées qu après mise en œuvre des barres et éventuellement seulement après excavation. Ces soudures sont exécutées en position verticale. Le tableau 1 ci-après résume les principales conditions régissant le choix des soudures dans les différents cas. Remarque: Si en raison d exigences d étanchéité parfaite il y a lieu de procéder à un soudage des serrures enclenchées sur chantier, le remplissage préalable des serrures libres avant fonçage à l aide d un joint hydrocarboné est recommandé. Cet étanchement préliminaire empêche une humidification trop importante des serrures pouvant gêner les opérations de soudage. Le joint hydrocarboné doit alors être placé de manière à éviter tout contact entre la soudure et le produit d étanchéité. Ces indications doivent être mentionnées dans la spécification. 1.1.3.3 Choix du procédé de soudage sur chantier Il se limite aux systèmes suivants: a) Soudage à l électrode enrobée Avantages: procédé connu, emploi universel, facile à mettre en œuvre, bonne qualité de la soudure, très peu lié à la situation atmosphérique sur chantier, personnel aisément disponible (peu de formation), investissement machine minimal, robuste, peu d arrêts. Inconvénients: taux de dépôt plutôt faible (figure 15). Il faut différencier le cas où les palplanches sont livrées enclenchées soudées à partir de l usine de celui où les barres doivent être solidarisées par soudure une fois en place dans l ouvrage: dans le cas d une fourniture de palplanches jumelées une soudure des serrures enclenchées peut être 21

Exécution des soudures d étanchéité Palplanches AZ jumelées palplanches enclenchées en usine palplanches enclenchées en usine 1 2 côté terre 1) Serrures enclenchées en usine serrures sèches soudage en position horizontale côté excavation 2) Serrures enclenchées sur chantier serrures sèches ou humides soudage en position verticale a) serrures sèches côté terre support de soudure en cas d ecartement max. des serrures (facultatif) côté excavation Détail b) serrures humides côté terre côté excavation a eff c) serrures humides (ruissellement d eau) côté terre Figure 13 côté excavation 22

Exécution des soudures d étanchéité Palplanches AU/PU/LS/JSP jumelées palplanches enclenchées en usine palplanches enclenchées en usine 1 côté terre 2 1) Serrures enclenchées en usine serrures sèches soudage en position horizontale côté excavation 2) Serrures enclenchées sur chantier serrures sèches ou humides soudage en position verticale support de soudure en cas d écartement max. des serrures (facultatif) a) serrures sèches côté terre Détail côté excavation côté terre a eff b) serrures humides (ruissellement d eau) côté excavation Figure 14 23

Possibilités de soudage des joints de palplanches (Tableau récapitulatif) Tableau 1 Serrure Type de soudure sèche humide voir remarque 1 dans la serrure avec tôle de couverture verticale sens de soudage Position de soudage montant (a glf: > 6 mm) descendant (a glf: 3-4 mm) Procédé de soudage horizontale (voir chapitre Avantages Inconvénients 1.3.3) Serrure enfilée à l usine avec soudage à l usine ou sur chantier tous - tous les avantages d une soudure horizontale par rapport à une soudure verticale Pour le cas: - de n importe quel écart dans les serrures tous - d une sollicitation en flexion max. de la paroi - d un environnement corrosif - pénétration - caractéristiques mécaniques garanties - une seule passe de soudure - taux de chargement élevé - rendement médiocre - prix Serrure Pour le cas: - d un écart min. dans les serrures tous - d une sollicitation en flexion min. de la paroi - taux de chargement min. - vitesse d exécution élevée - risque de collage (peu de pénétration) - caractéristiques mécaniques min. - parfois soudage multipasse jumelée Pour le cas: - d une sollicitation en flexion max. de la paroi - d un environnement corrosif voir remarque 2 tous - pénétration - caractéristiques mécaniques garanties - une seule passe de soudre - taux de chargement élevé - rendement médiocre - prix sur Pour le cas: - d une sollicitation en flexion min. de la paroi voir remarque 2 tous - taux de chargement min. - vitesse d exécution élevée - risque de collage (peu de pénétration) - caractéristiques mécaniques min. - parfois soudage multipasse chantier Pour le cas: - de n importe quel écart dans les serrures - d une sollicitation en flexion max. de la paroi - d un environnemenr corrosif tous - pénétration - caractéristiques mécan. élevées - chauffe montante par dispersion calorifique ascensionnelle - une seule passe de soudure (dépend du degré d humidité) - taux de chargement élevé - rendement médiocre - coût - aspect visuel (dépend du degré d humidité) avec soudage Pour le cas: tous - d un écart min. dans les serrures - d une sollicitation en flexion min. de la paroi - taux de chargement min. - vitesse d exécution - limitation en fonction du degré d humidité - soudage multipasse nécessaire (porosités) - risque de collage (peu de pénétration) - caractéristiques mécaniques min. sur Pour le cas: - d une sollicitation de flexion max. de la paroi - d un environnement corrosif voir remarque 2 tous - pénétration - caractéristiques mécan. garanties - chauffe montante par dispersion calorifique ascensionnelle - une seule passe de soudure - taux de chargement élevé - rendement médiocre - coût chantier Pour le cas: - d une sollicitation en flexion min. de la paroi voir remarque 2 tous - taux de chargement min. - vitesse d exécution - limitation en fonction du degré d humidité - soudage multipasse possible (porosités) - risque de collage - caractéristiques mécaniques min. Remarque 1: Dans le cas de présence d humidité un séchage de la zone à souder est recommandé. Il faut noter toutes les réserves contre les risques d électrocution. Remarque 2: Concernant l étanchement moyennant soudage d une tôle de couverture: - Il y a lieu de placer la tôle de manière à ce quelle soit bien répartie de part et d autre du joint de la palplanche - La goulotte de recouvrement doit être dimensionnée en fonction de la quantité d écoulement d eau à travers le joint (pas d altération du soudage des 2 bords).

kg/h 8 soudage semi-automatique au fil fourré 6 taux de dépôt 4 2 soudage semi-automatique au fil plein sous flux 0 100 200 300 400 (a) intensité Figure 15 b) Soudage semi-automatique au fil plein sous flux Avantages: facile à mettre en œuvre, taux de dépôt élevé (figure 15). Inconvénients: formation du personnel, investissement machine plus élevé que pour le soudage à l électrode, protection gazeuse déficiente en cas de courant d air, d où qualité de soudure parfois irrégulière. c) Soudage semi-automatique au fil fourré Avantages: emploi universel, facile à mettre en œuvre, taux de dépôt élevé (figure 15), utilisable sans gaz et sans protection spécifique en cas de courant d air, procédé alliant l efficacité du soudage à l électrode à une procédure semi-automatique. Inconvénients: investissement machine plus élevé que pour le soudage à l électrode, formation personnel. 1.1.3.4 Automatisation du soudage des serrures de palplanches sur chantier En raison de la multitude des paramètres intervenant dans l élaboration de ce travail sur chantier, il est judicieux de traiter ce chapitre avec les plus grandes réserves, car une automatisation demande une grande constance des paramètres de soudage. En raison des différents écartements des serrures et des conditions de chantier, une trop grande automatisation semble difficile et peu utile. L investissement ne sera pas suffisamment rentabilisé et le matériel nécessitera des manipulations supplémentaires, ce qui risque d alourdir les frais de soudure inhérents à ce type de travail. 25

Autres solutions d étanchement vertical des rideaux de palplanches 1) Rideau de palplanches combiné avec une paroi bentonite-ciment palplanche bentonite-ciment couche imperméable fiche en cas de couche imperméable 2) Colonne de bentonite autour des serrures a) Préforage dans l axe des serrures serrure étanchéifiée sur chantier bentonite-ciment b) Utilisation d un profil auxiliaire spécial serrure étanchée en usine profil auxiliaire (injection durant l extraction) Figure 16 26

1.1.4 Autres solutions d étanchement vertical des rideaux de palplanches Il est tout à fait possible de rendre étanches les rideaux de palplanches par d autres moyens que ceux décrits précédemment. 1.1.4.1 Rideau de palplanches combiné avec une paroi bentonite-ciment (figure 16-1) Ces systèmes allient les qualités d étanchéité de la bentonite à celle de la résistance mécanique des palplanches en acier. Ils permettent en outre une exécution en grande profondeur et en terrain difficile. Le désavantage de la technique réside dans la production de déblais qu il faut considérer comme des déchets. 1.1.4.2 Préforage vertical dans l axe des serrures (figure 16-2a) Un forage est pratiqué dans le sol à l emplacement des futures serrures libres. Diamètre de forage: entre 300 et 450 mm. Distance entre 2 trous: distances entre les serrures extrêmes d une palplanche double 1200 mm pour les PU. Le sol extrait est remplacé par un coulis bentonite. Le coulis offrant ainsi moins de résistance à la pénétration des barres. Cette méthode représente une aide au battage lorsque le terrain à traverser est difficile et peut être combinée si nécessaire aux techniques d étanchéité des serrures de palplanches décrites dans les chapitres précédents. La production de déblais boueux est limitée. 1.1.4.4 Utilisation d un élément de refoulement (figure 17) Pour ce procédé d exécution, deux éléments de refoulement sont réalisés. Chacun d eux est constitué d une poutrelle avec des tôles latérales soudées sur toute la longueur, munies de trousses coupantes en pied. Ils sont reliés entre eux par un système d enclenchement. Pendant l opération de fonçage, le sol est écarté et après avoir atteint la profondeur requise, l élément refouleur est retiré, laissant une cavité qui est remplie de coulis de bentonite. Les palplanches métalliques sont alors placées dans ce coulis en suspension. Le procédé permet d éviter la création et donc l élimination de déblais parfois gênants. 1.1.4.5 Injection de coulis derrière la paroi en palplanches Ce système d injection de coulis du côté terre est assez rudimentaire et peu fiable étant donné la répartition aléatoire du produit d étanchement, c està-dire du coulis, à l arrière du rideau. 1.1.4.3 Utilisation d un profil auxiliaire spécial (figure 16-2b) Un profil auxiliaire spécial, de dimensions réduites, est enclenché dans la serrure d une palplanche et installé avec elle dans le sol. Si les caractéristiques géotechniques du terrain le permettent, il peut être foncé après coup dans la serrure libre d une palplanche déjà en place. Ce profil est muni de tubes qui écartent le sol au voisinage des serrures. Un coulis est alors injecté par ces même tubes au fur et à mesure que le profil auxiliaire est extrait. Le vide ainsi créé est rempli de matériau permettant un passage plus aisé de la griffe à venir et assurant l étanchéité ultérieure de la zone. 27

Autres solutions d étanchement vertical des rideaux de palplanches - par utilisation d éléments refouleurs élément spécial de refoulement Figure 17 28

1.1.5 Réparation de défauts d étanchéité des serrures Lorsqu un incident de battage endommage une serrure étanchée, certains procédés permettent de la réparer. Le choix du procédé de réparation à utiliser dépend des facteurs suivants: localisation du joint d étanchéité (voir figures 18 et 19); écartement des serrures (voir figure 20); degré d humidité dans les serrures; possibilité d accès. Les différents procédés sont résumés ci-après et le tableau 2 indique les principaux critères permettant le choix du procédé adéquat. type de technique d étanchéité (par exemple: par produit hydrocarboné, hydrogonflant, ou par soudure); Réparation des défauts d étanchéité des serrures Localisations possibles du joint d étanchéité (palpl. U) côté eau voir détail «A» ou «B» côté excavation Détail «A» côté eau joint soudé joint hydrocarboné ou hydrogonflant côté excavation Détail «B» côté eau joint soudé joint hydrocarboné ou hydrogonflant côté excavation Figure 18 29

Réparation des défauts d étanchéité des serrures Localisations possibles du joint d étanchéité (palpl. Z) côté eau voir détail «A» ou «B» côté excavation Détail «A» joint hydrocarboné du hydrogonflant côté eau joint soudé côté excavation Détail «B» joint hydrocarboné ou hydrogonflant côté eau joint soudé côté excavation Figure 19 30

Réparation de défauts d étanchéité des serrures Ecartement des serrures (palpl. U) A) Sans écartement B) Avec écartement Ecartement des serrures (palpl. Z) A) Sans écartement B) Avec écartement Figure 20 31

1.1.5.1 Réparation au-dessus du niveau du sol (serrures accessibles du côté excavation) Procédure 1: Etanchement par soudure le long de la serrure sur la hauteur nécessaire. côté eau ou terre joint d étanchéité défaillant (hydrocarboné, hydrogonflant ou soudure) soudure de réparation côté excavation torche de soudage (manuel ou semi-automatique) Procédure 2: Etanchement par soudage d un plat ou d une cornière au-dessus de la serrure sur la hauteur nécessaire. côté eau ou terre joint d étanchéité défaillant (hydrocarboné, hydrogonflant ou soudure) plat ou cornière (selon le débit d eau) soudure soudure côté excavation torche de soudage (manuel ou semi-automatique) 32

Procédure 3: Etanchement par obturation de l espace dans les serrures à l aide de coins en plastique, de rubans en caoutchouc hydrogonflant ou de lattes en bois prélaminées, sur la hauteur nécessaire. côté eau ou terre joint d étanchéité défaillant (hydrocarboné, hydrogonflant ou soudure) utilisation de coin en plastique ou en bois utilisation de ruban en caoutchouc (hydrogonflant) utilisation de latte en bois prélaminée côté excavation 1.1.5.2 Réparation en dessous du niveau du sol Procédure 4: Approfondissement de la fouille au droit de la serrure à étancher et prolongation de la soudure d étanchéité ou du bourrage des serrures jusqu à la profondeur nécessaire. palplanche longueur étanchée au-dessus du niveau d excavation appronfondissement de la fouille réalisé uniquement à l endroit des serrures (à faire agréer par l ingénieur responsable de la conception) niveau d excavation serrure type jumelée sur chantier longueur étanchée après excavation supplémentaire 33

Tableau 2 Procédure à appliquer (voir texte sub 1.1.5.1) Procédure 1 ou 2 Procédure 1 ou 2 ou 3 Procédure 2 ou 3 Procédure 2 Procédure 2 ou 3 (ponctuellement) Procédure 1 (ponctuellement) ou 2 Choix des procédures de réparation de l étanchéité des palplanches Ecartement des serrures Type de joint d étanchéité (voir figure 20) Humidité dans les serrures Possibilité d accès Localisation du joint d étanchéité Joint hydrocarboné Joint hydrogonflant Joint soudé Sans écartement Avec écartement Humidité sans ruissellement Humidité avec ruissellement Côté excavation uniquement Suivant détail A (figures 18 et 19) (joint côté eau) Suivant détail B (figures 18 et 19) (joint côté excavation) Exemple: Palplanche AZ - Joint hydrogonflant - localisé côté eau svt. figure 19 détail A - avec écartement des serrures - débit d eau important à travers le joint, donc ruissellement - possibilité d accès par l intermédiaire du batardeau. - Réparation: suivant les indications des procédures.

Procédure 5: Forage à l arrière du rideau au niveau des serrures, puis injection [ciment (à prise rapide) ou bentonite] le long des serrures à étancher. forage et injection côté terre palplanche serrures enclenchées et étanchées en usine injection ciment-bentonite côté excavation injection ciment-bentonite serrure jumelée sur chantier Procédure 6: En cas de fuites d eau importantes, il est recommandé d installer un système de drainage légèrement sous la côté de terrassement et de le raccorder à un système de pompage. palplanche longueur étanchée au-dessus du niveau d excavation drainage (à faire agréer par l ingénieur responsable de la conception) serrure jumelée sur chantier longueur étanchée après excavation niveau d excavation tuyau de drainage (raccordement à un système de pompage) 35

1.1.5.3 Réparation sous eau Procédure 7: Il est fait mention ci-après de 2 cas possibles (figures 2/a et 2/b) de réalisation ou réparation d une étanchéité côté eau d un ouvrage. profil palplanche côté eau intérieur batardeau palplanche U palplanche Z côté eau produit d injection produit d injection côté eau profil profil intérieur batardeau intérieur batardeau Figure 21/a 36

x Possibilités d étanchement du côté eau mélange sciure de bois et ciment à prise rapide Palplanche côté eau intérieur batardeau x coupe x-x côté eau intérieur batardeau Figure 21/b 37

2. Etanchement horizontal De l étanchement horizontal il n est traité que de la liaison étanche entre le rideau de palplanches (rigide et ondulé) et l élément de construction horizontal, (rigide ou souple et généralement plan). On distingue en général deux types d étanchement: l étanchéité avec la dalle de fond, c est-à-dire la réalisation d une étanchéité dans des zones souvent sous eau; l étanchéité avec la dalle de couverture. Plusieurs exemples de connexions étanches entre palplanches et éléments horizontaux sont traités ciaprès, notamment: Figures 23-24: raccordement à une dalle de fond (radier); Figures 25-27: raccordement à une dalle de couverture. 1) Tunnel ou structure enterrée dalle de couverture voir fig. 25-27 palplanche voir fig. 23-24 dalle de fond/radier palplanche voir fig. 23-24 Figure 22 38

Etanchéité horizontale avec la dalle de fond à l aide d un système tôle/membrane pour sollicitation faible à moyenne coupe: 1 4 6 7 5 1) palplanche 2) tôle (fixation aux palplanches par soudure) 3) béton de propreté 4) goujons 5) membrane d étanchéité fixation: soit mécanique ou par collage 6) béton de protection 7) béton radier/dalle de fond 2 3 a m i n = 6 mm palplanche double 1 7 6 5 2 4 Figure 23 39

Etanchéité horizontale avec la dalle de fond à l aide d un système tôle/membrane pour sollicitations et exigences élevées 1 «x» 3 16 4 8 5 coupe: 7 6 2 détail «x» 14 18 12 13 15 9 8 1) palplanche 2) radier bétonné sous eau 3) tôle (ép.~ 8-10 mm) fixée aux palplanches par soudure 4) cordons de soudure 5) peinture à base de résine époxy 6) drain 7) béton drainant 8) membrane d étanchéité 9) membrane d étanchéité (ép. 2 mm/larg. 400 mm) 10) feuille PVC (ép. 2 mm/larg. 140 mm) 11) soudure par pointage 12) goujon fileté avec écrou à souder 13) plaque d acier (ép. 10 mm/larg. 100 mm) 14) feuille PVC (ép. 2 mm/larg. 400 mm) 15) membrane d étanchéité (ép. 2 mm/larg. 350 mm) 16) béton de protection 17) bourrage d étanchéité 18) tôle profilée 11 10 3 17 9 palplanche double 1 16 14 18 4 Figure 24 3 10 15 9 12 13 8 40

Etanchéité horizontale avec la dalle de couverture Articulation dalle/rideau de palplanches en présence d infiltration d eau 7 6 9 5 3 8 4 2 1 1) palplanche 2) couronnement en béton armé 3) joint type Sika ou similaire 4) appui 5) dalle de couverture en béton armé 6) étanchéité 7) béton de protection ou chape en asphalte 8) polystyrène expansé (coffragé perdu) 9) protection verticale phases d exécution: a) terrassement, mise à niveau de la tête des palplanches, nettoyage, etc... b) préparation du coffrage pour le couronnement en béton armé, mise en place de la partie inférieure de l appui, ferraillage, mise en place du joint Sika (ou similaire), bétonnage c) coffrage pour la dalle de couverture d) mise en œuvre: de l étanchéité du béton de protection ou de la contre-chape en asphalte de la protection supplémentaire verticale Figure 25 41

Etanchéité horizontale avec dalle de couverture Encastrement dalle/rideau de palplanches en présence d infiltration d eau 7 6 5 4 3 2 1 1) palplanche 2) béton de propreté 3) armatures 4) dalle de couverture en béton armé 5) étanchéité 6) béton de protection ou chape en asphalte 7) remblai, dalle en béton phases d exécution: a) terrassement, mise à niveau de la tête des palplanches, béton de propreté, nettoyage, etc... b) coffrage pour la dalle de couverture c) mise en œuvre: de l étanchéité du béton de protection ou de la contre-chape en asphalte d) remblai, dalle en béton Figure 26 42

Etanchéité horizontale avec dalle de couverture Appui mobile dalle tunnel/rideau de palplanches en présence de surpression d eau 10 11 4 8 6 7 5 soudure continue etanche 9 2 3 1 1) palplanche 2) béton de propreté 3) tôle (ép. ~ 8 mm) 4) membrane d étanchéité (feuille de roofing ép. ~ 5 mm) collage à chaud ou fixation mécanique avec bande souple 5) feuille de cuivre 6) plaque de serrage 7) étanchéité 8) toile filtrante 9) drainage 10) dalle de couverture en béton armé 11) béton de protection ou contre-chape en asphalte coulé resp. de la maçonnerie dans la partie verticale phases d exécution: a) terrassement, mise à niveau de la tête des palplanches, béton de propreté, nettoyage, etc. b) préparation du coffrage pour le couronnement en béton armé c) coffrage pour la dalle de couverture d) mise en œuvre d une étanchéité conforme à la spécification, béton de protection ou contrechape en asphalte, y compris drainage Figure 27 43

3. Références Pour toute information théorique complémentaire, il est possible de consulter: 1) Steel Sheet Pile Seepage Resistance, J.B. Sellmeijer, Fourth International Landfill Symposium, Cagliari, Italie, 1993 2) Joint Resistance of Steel Sheet Pile J.B. Sellmeijer, Août 1993 (non publié) 3) The Hydraulic Resistance of Steel Sheet Pile Joints J.B. Sellmeijer, J.P.A.E. Cools, W.J. Post, J. Decker 1993 (publié par ASCE) 4) EAU 1990. Recommendations of the Committee for Waterfront Structures, Harbours and Waterways, Berlin, 1992 Les aspects théoriques liés à l étanchement des rideaux de palplanches métalliques sont traités dans la brochure: «Approche théorique». 44

Palplanches 66, rue de Luxembourg L - 4221 Esch-sur-Alzette (Luxembourg) Tel.: (+352) 5313 3105 Fax: (+352) 5313 3290 E-mail: palplanches@arcelor.com Internet: www.alc.arcelor.com 2-2-03-1-F