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Infofiche 70.01 Exécution des rideaux de palplanches en acier Paru en juillet 2014 Cette Infofiche se penche sur la mise en œuvre des rideaux de palplanches en acier. Dans un premier temps, cette technique de fondation sera brièvement décrite. Ensuite, l'Infofiche s'attardera sur les matériaux utilisés et les dimensions caractéristiques. Enfin, il sera également question de la capacité portante et du déplacement horizontal des rideaux, de leur domaine d'application, des points importants concernant cette technique, des variantes envisageables ainsi que du contrôle de la qualité. 1. Description du système Un rideau de palplanches en acier est composé de plusieurs palplanches en acier profilées (en U ou en Z) qui sont placées dans le sol et reliées entre elles au moyen d'une serrure, de façon à former une construction jointive (voir figures 1 et 2).

1 | Réprésentation schématique d'un rideau de palplanches composé de profilés en Z (serrure comprise).

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2 | Vue en plan d'un rideau de palplanches composé de profilés en U (à gauche) et d'un rideau de palplanches composé de profilés en Z (à droite). La fonction de ces rideaux de palplanches peut être temporaire ou définitive. Pour de plus amples informations concernant leur mise en œuvre, on consultera la norme NBN EN 12063 [7]. 2. Exécution : description générale Avant de procéder à l'installation d'un rideau de palplanches, il peut s'avérer nécessaire de mettre en place un guide (poutres de guidage). Lors de l'exécution d'un rideau de palplanches, on peut distinguer les phases suivantes : tout d'abord, les différentes palplanches sont placées successivement dans le sol par

vibrofonçage, par battage ou par enfoncement statique ensuite, on procède à une excavation jusqu'au niveau du fond de fouille final ou jusqu'au

niveau d'installation des éventuels supports horizontaux (tirants d'ancrage, pieux de traction ou étançons), avant de poser ces derniers

enfin, on poursuit l'excavation jusqu'au niveau du fond de fouille final ou jusqu'au niveau d'installation des éventuels supports horizontaux supplémentaires.

L'extraction des rideaux de palplanches est possible, mais elle doit faire l'objet d'une évaluation préalable pour chaque cas. 3. Matériaux Les rideaux de palplanches sont généralement constitués de palplanches en acier qui se distinguent les unes des autres par les paramètres suivants [3, 5]: le type d'acier utilisé : acier laminé à chaud ou à froid la nuance d'acier : pour l'acier laminé à chaud, on utilise d'ordinaire les nuances d'acier

S240 à S430, tandis que pour l'acier laminé à froid, on recourt en général aux nuances d'acier S235 à S355

la géométrie des profilés des palplanches : en Z ou en U (voir figure 2) le type de serrure utilisé la protection de surface mise en œuvre (revêtement de protection anticorrosion, couche

d'aluminium ou de zinc, etc.) le matériau de remplissage introduit dans la serrure (lubrifiants, matériaux favorisant

l'étanchéité à l'eau du rideau, etc.).

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4. Dimensions caractéristiques La largeur b des palplanches est généralement comprise entre 0,40 et 0,80 m (voir figure 2). La hauteur du rideau h varie en règle générale entre 0,1 et 0,5 m (voir figure 2), tandis que sa longueur se limite normalement à < 30 m (voir figure 3). Les tolérances admissibles pour la forme et les mesures des palplanches sont fixées dans les normes NBN EN 10248-2 [4] et NBN EN 10249-2 [6].

3 | Représentation schématique d'une double palplanche en Z et de sa serrure 5. Capacité portante À moins que la couche finale ne soit très résistante (roche, par exemple), la portance géotechnique des rideaux de palplanches en compression ou en traction est principalement déterminée par la résistance des palplanches au frottement [8]. Lors de l'évaluation de la charge verticale effective pouvant être reprise par la palplanche, il convient en outre de prendre en compte la composante verticale de la pression du sol et des éventuels tirants d'ancrage obliques ou pieux de traction ainsi que le facteur de forme et l'influence d'excavations éventuelles. 6. Déplacement horizontal Les rideaux de palplanches présentent une rigidité flexionnelle (EI) moyenne. Par conséquent, les déplacements horizontaux ne sont pas négligeables, et ce, même si l'on applique un support horizontal. Cette donnée doit être prise en considération lors de la conception du rideau de palplanches. 7. Domaine d'application Les rideaux de palplanches peuvent remplir une fonction de soutènement des terres, une fonction de retenue d'eau et/ou une fonction portante limitée et peuvent être temporaires (fouille, par exemple) ou définitifs (parkings souterrains, murs de quai, culées, écrans antibruit, renforts de berge, etc.). Dans les sols présentant une résistance, une compacité ou une cohérence restreinte, la mise en place des palplanches est en général très facile. Dans les sols fermes (argile tertiaire, par exemple), les sables très compacts, le gravier ou les sols comportant des obstacles durs (pierres, restes de fondations et autres), la mise en œuvre peut en revanche s'avérer ardue. Dans ces cas, des précautions particulières peuvent être prises (voir § 8).

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Le vibrofonçage ou le battage des palplanches doit être réalisé à une distance suffisante des constructions existantes. Aucun rabattement préalable de la nappe phréatique n'est requis. Les rideaux de palplanches autostables (sans tirants d'ancrage, étançons ou pieux de traction) ne peuvent être utilisés que si aucune exigence stricte n'a été formulée par rapport au déplacement horizontal du rideau et/ou si la profondeur de fouille est restreinte. Ce type de parois ne peut en aucun cas être appliqué dans la zone d'influence des fondations superficielles ou des conduites sensibles aux tassements (voir figure 4). L'enfoncement statique des palplanches peut constituer une solution lorsque le risque de nuisances vibratoires dans l'environnement est important.

4 | Représentation schématique d'un rideau de palplanches autostable. 8. Points importants

8.1. Lors du calcul L'équilibre horizontal du rideau et les moments de flexion des palplanches doivent être contrôlés au cours des différentes phases d'exécution. Si les palplanches sont battues ou vibrofoncées, la force nécessaire à leur installation doit être calculée. Cette dernière dépend de la résistance du fût, de la résistance à la base et de la résistance des serrures. On s'assurera en outre que la palplanche est capable de reprendre la force nécessaire à l'installation. Dans le cas d'applications permanentes, une attention particulière sera accordée à la durabilité des palplanches [2, 7]. Lorsqu'on utilise des palplanches en U (auquel cas les serrures se trouvent dans la ligne neutre) il convient, en fonction de l'étançonnement ou de l'ancrage, d'appliquer des facteurs de réduction spécifiques au moment de résistance et au moment d'inertie. Différentes méthodes d'évaluation de l'aptitude au fonçage ou au vibrofonçage des palplanches sont proposées dans les documents de référence [9, 10, 11]. 8.2. Lors de la mise en œuvre Les palplanches peuvent être placées dans le sol par vibration à basse fréquence ou à haute fréquence. Les vibrations à haute fréquence (> 30 Hz) se traduisent généralement par des niveaux de vibration plus faibles dans l'environnement. C'est pourquoi des vibrateurs à haute fréquence dotés de masselottes excentrées variables ont été mis au point, en vue d'éviter les nuisances vibratoires importantes que le passage aux basses fréquences (lors du démarrage ou de l'arrêt notamment) pourrait créer.

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Les sables peu compacts peuvent se compacter ou se liquéfier, auquel cas les tassements dus à l'installation doivent être évalués. Dans les sables compacts ou le gravier, l'installation des palplanches peut être facilitée grâce à des précautions supplémentaires [10]: le lançage consiste à pulvériser de l'eau à basse pression (4 à 8 bars) et à haut débit

(> 400 l/min) au pied de la palplanche afin de réduire la résistance au cisaillement du sol. Cette méthode peut néanmoins entraîner une décompression du sol situé à proximité de la palplanche, ce qui accroît le risque de tassements dans l'environnement

si de l'eau (ou du coulis à base d'eau et de bentonite) est injectée à haute pression (100 à 250 bars) et à faible débit (100 l/min), on parle de fluidisation. Ce procédé a pour but de fragmenter le sol au pied de la palplanche.

Aucune de ces deux techniques ne peut être appliquée sur le dernier 1,5 m des palplanches si celles-ci assurent une fonction de retenue d'eau. De plus, l'installation des palplanches peut être simplifiée grâce au procédé de jetting à basse ou à moyenne pression (< 40 bars et 120 à 250 l/min par jet ou par tuyau) ou au procédé de jetting à très haute pression (250 à 500 bars et 30 à 60 l/min par jet ou par tuyau) [10]. La technique du préforage est également envisageable. Elle consiste à ameublir le sol, avant la mise en place des palplanches, au moyen de forages à la tarière continue sans enlever de terre. Si une partie des terres est tout de même extraite, on vérifiera si le trou de forage doit être rempli d'un mélange à base de bentonite, de ciment et d'eau afin de limiter le risque de décompression du sol. Lorsque les palplanches sont battues ou vibrofoncées dans un rayon de moins de 20 m autour de bâtiments, d'installations ou de conduites sensibles aux vibrations, le cahier des charges doit mentionner les mesures de vibrations éventuellement requises [1]. Pour les rideaux de palplanches assurant une fonction de retenue d'eau, on peut, si nécessaire, traiter les serrures (à l'aide d'un remplissage de joint, par exemple) dans le but d'améliorer leur étanchéité à l'eau. Lorsque le risque de dégrafage des palplanches est accru, on peut utiliser un mât de guidage ou opter pour un battage ou un vibrofonçage en touches de piano. Le dégrafage des palplanches peut être contrôlé au moyen de dispositifs indicateurs mécaniques ou électriques. Pour extraire les palplanches, on opérera par vibration à haute fréquence. Ce procédé peut toutefois donner naissance à des cavités et des tassements (voir figure 5). Lorsque le risque de problèmes de tassement est trop important, on évitera l'extraction des palplanches. Les déplacements horizontaux doivent être limités en vue de prévenir toute nuisance vibratoire dans l'environnement et de permettre une extraction facile des éventuels rideaux temporaires. Le risque de rencontrer des difficultés lors de l'extraction est plus important dans les palplanches battues (surtout dans les sols argileux) et les palplanches en U que dans les palplanches vibrofoncées et les palplanches en Z. Les forces de réaction des étançons, des tirants d'ancrage ou des pieux de traction sont transmises aux palplanches par le biais de poutres de répartition ou de plaques d'ancrage. Lorsque les palplanches sont réutilisées, leur intégrité doit être vérifiée. Les écarts dimensionnels des palplanches ne peuvent dépasser les tolérances et, en fonction de l'application, il peut s'avérer nécessaire de combler les trous éventuels.

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Enfin, une attention particulière doit être accordée à la soudabilité des palplanches et aux raccords dans les coins.

5 | Représentation schématique de problèmes de tassement causés par l'extraction d'un rideau de palplanches. 9. Variantes Outre les rideaux de palplanches normaux susmentionnés, il existe un grand nombre de variantes qui visent principalement à augmenter le moment résistant ou la capacité portante verticale, à améliorer l'étanchéité à l'eau, ou encore à limiter les vibrations lors de la mise en œuvre de l'installation.

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Parmi ces variantes, on compte notamment les: rideaux mixtes : chaque série de deux palplanches en acier ou plus est alternée avec un

profilé en acier plus rigide (pieux tubulaires ou profilés en H, par exemple) rideaux de palplanches installés dans une paroi en ciment-bentonite, une paroi moulée ou

une paroi de type 'soil mix' batardeaux : il s'agit de deux rangées de rideaux de palplanches parallèles qui sont

ancrées l'une à l'autre et dont l'interstice est rempli de terre ou d'un autre matériau de remplissage. Le poids de ce matériau de remplissage confère au batardeau sa fonction de retenue des terres

rideaux cellulaires : il s'agit de batardeaux constitués de cellules circulaires ou partiellement circulaires, elles-mêmes composées de rideaux de palplanches plates spéciales

rideaux composés de palplanches profilées en bois, en plastique ou en béton précontraint. 10. Contrôle de la qualité Les tolérances de positionnement des rideaux de palplanches (voir figure 6) sont reprises dans la norme NBN EN 12063 [7]. L'écart maximal par rapport à la position horizontale des palplanches (au niveau de la surface du sol) perpendiculairement à la paroi est de 75 mm sur terre et de 100 mm en eau libre. L'écart maximal par rapport à la position verticale des palplanches est de 100 mm (au niveau de la partie inférieure des profilés). L'écart maximal par rapport à la pente des palplanches est de 1 % sur terre et de 1,5 % en eau libre. Dans les sols particuliers, les tolérances peuvent être plus larges (2 %), pour autant qu'aucune exigence sévère (en matière d'étanchéité à l'eau, par exemple) n'ait été fixée et que l'on puisse supposer que le dégrafage des palplanches ne pose aucun problème lors de l'excavation. Des tolérances plus strictes peuvent être reprises dans le cahier des charges (pour des raisons esthétiques ou de gain de place, par exemple). Dans ce cas, l'exécutant devra porter une attention particulière à la précision de l'installation lors de la mise en œuvre. Le cahier des charges doit prendre en compte non seulement les tolérances lors de l'implantation des constructions souterraines, mais aussi les éventuels coûts supplémentaires (surconsommation de béton, par exemple) liés au respect de ces tolérances. Les tolérances susmentionnées sont parfois difficiles à respecter lorsqu'aucun guide (poutres de guidage) n'est mis en place.

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6 | Représentation schématique des tolérances de positionnement des palplanches. 11. Lien vers la base de données TechCom Bibliographie 1. Bureau de normalisation

NBN B 03-003 Déformation des structures. Valeurs limites de déformation. Bâtiments. Bruxelles, NBN, 2003.

2. Bureau de normalisation NBN EN 1993-5 Eurocode 3. Calcul des structures en acier. Partie 5 : pieux et palplanches (+ AC:2009). Bruxelles, NBN, 2007.

3. Bureau de normalisation NBN EN 10248-1 Palplanches laminées à chaud en aciers non alliés. Partie 1 : conditions techniques de livraison. Bruxelles, NBN, 1995.

4. Bureau de normalisation NBN EN 10248-2 Palplanches laminées à chaud en aciers non alliés. Partie 2 : tolérances sur forme et dimensions. Bruxelles, NBN, 1995.

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5. Bureau de normalisation NBN EN 10249-1 Palplanches profilées à froid en aciers non alliés. Partie 1 : conditions techniques de livraison. Bruxelles, NBN, 1995.

6. Bureau de normalisation NBN EN 10249-2 Palplanches profilées à froid en aciers non alliés. Partie 2 : tolérances sur forme et dimensions. Bruxelles, NBN, 1995.

7. Bureau de normalisation NBN EN 12063 Exécution des travaux géotechniques spéciaux. Palplanches. Bruxelles, NBN, 1999.

8. Centre scientifique et technique de la construction Directives pour l'application de l'Eurocode 7 en Belgique. Partie 1 : dimensionnement géotechnique à l'état limite ultime de pieux sous charge axiale de compression. Bruxelles, CSTC, CSTC–Rapport n° 12, 2009.

9. Goble G.G. et Rausche F. Wave Equation Analysis of Pile Driving. WEAP Program. Washington D.C., U.S. Department of Transportation. Federal Highway Administration. Offices of Research and Development(http://www.pile.com/reference/DeptOfTrans/waveEquationAnalysis.pdf), 1981.

10. SBRCURnet (http://www.sbrcurnet.nl) Damwandconstructies. Rotterdam, SBRCURnet, CUR-publicatie n° 166, 2012.

11. Whenham V. Power transfer and vibrator-pile-soil interactions within the framework of vibratory pile driving. Louvain-La-Neuve, Université catholique de Louvain (UCL), Thèse de doctorat (http://dial.academielouvain.be/handle/boreal:75975), 2011.

N. Huybrechts, ir., chef de la division Géotechnique, CSTC G. Van Lysebetten, ir., chercheur, division Géotechnique, CSTC Cette Infofiche a été conçue en étroite collaboration avec le groupe de travail Soutènements, avec le soutien financier du NBN et du SPF Economie.