JNGG 2002, 8 et 9 Octobre 2002, Nancy 1

CONCEPTION ET REALISATION DU BASSIN D’ORAGE « DUSSOUICH » A LIEVIN

SCHMITT1 Pierre, OLLIER Emmanuel 2, LANDROT Julien3 1Directeur du Bureau d’Etudes France, SOLETANCHE-BACHY, 6 rue de Watford, 92000 Nanterre. pierre.schmitt@soletanche-bachy.com 2Responsable Antenne Pas-de-Calais, SOLETANCHE-BACHY, 6eme rue du Port Fluvial, BP7, 59211 Santes. Eollier@soletanche-bachy.com 3Responsable Département Bassins & Assainissement, SOLETANCHE-BACHY, Route de Barreau, BP 23, 33165 Saint-Médard en Jalles Cedex. Jlandrot@soletanche-bachy.com

RESUME : Offrant une capacité de stockage de 10000 m3, le bassin d’orage DUSSOUICH à LIEVIN a été construit en 2000 sur la base d’une solution technique originale. Après étude des paramètres géotechniques du terrain rencontré et analyse du fonctionnement souhaité du bassin, SOLETANCHE BACHY a finalement proposé et réalisé une solution de bassin de type tri-lobes, constitué de 3 cylindres circulaires sécants. MOTS-CLEFS : BASSIN DE STOCKAGE, PAROI MOULEE, GEOTECHNIQUE, GENIE CIVIL, FONDATIONS. ABSTRACT : With a storage capacity of 10000 m3, the DUSSOUICH Stormwater Tank in LIEVIN was built in the year 2000, based on an original technical solution. After complete analysis of the geotechnical soil parameters and of the hydraulical process of the tank, SOLETANCHE BACHY has successfully proposed and built a tri-lobes type stormwater tank. KEY-WORDS : STORMWATER TANK, DIAPHRAGM WALL, GEOTECHNICS, CIVIL ENGINEERING, FOUNDATIONS.

1. Introduction

Sous l’effet combiné des nouvelles réglementations en matière de réduction des pollutions urbaines et de la prise de conscience générale en faveur d’une meilleure défense de l’environnement, la construction de bassins de stockage des eaux pluviales est devenue une nécessité dans de nombreuses agglomérations ou villes.

Ces ouvrages répondent tant à la lutte contre les inondations qu’au contrôle des déversements des réseaux d’assainissement dans le milieu naturel, événement fréquent lorsque les réseaux ne peuvent absorber les volumes générés par de fortes pluies, et causant ainsi des pollutions importantes à caractère récurrent.

Lorsque cela est possible, ces ouvrages sont construits sur de larges surfaces libres, et sont laissés engazonnés et non couverts. Cependant la pression de l’urbanisation rend souvent impossible l’immobilisation de telles surfaces à ces fins, rendant nécessaire la création de stockages enterrés en milieu urbain souvent dense.

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Ces ouvrages doivent régulièrement être construits dans des sites exigus tels que carrefours, ronds-points ou sur des sites inoccupés mais de faible surface, et souvent inutilisés de par la nature difficile des terrains sous-jacents ou à cause de nappes phréatiques puissantes et très proches de la surface.

Tel est le cas du bassin DUSSOUICH à LIEVIN, construit en 1999-2000 par SOLETANCHE-BACHY France pour le compte de la communauté d’agglomération de LENS-LIEVIN.

2. Caractéristiques de l’Ouvrage

2.1. Site.

Le site réservé à la construction de l’ouvrage est composé de deux terrains liés par un chemin de service. Le projet de base proposait l’utilisation au choix du seul site 1 pour un bassin unique ou la réalisation de deux bassins combinés sur ces deux sites.

La canalisation dont le débit doit être régulé passe au site 1 via un chemin de service, puis traverse ce site en diagonale, obligeant toute solution n’utilisant que cette emprise à prévoir une déviation au moins provisoire de la canalisation lors des travaux.

Figure 1. Site alloué pour les travaux.

2.2. Caractéristiques des terrains rencontrés.

Une des principales caractéristiques des ouvrages de stockage enterrés est que les murs de soutènement doivent résister à la poussée des terres et de l’eau sur toute la hauteur de l’ouvrage, puisque par nature ces ouvrages ne contiennent pas de dalles intermédiaires comme les parkings enterrés. Cette contrainte conduit régulièrement à réaliser des parois moulées de forte épaisseur.

Le site du bassin est caractérisé par la présence d’un substratum crayeux rencontré quasiment dès la surface, et devenant dur à partir de 8 mètres de profondeur.

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Figure 2. Sondage de reconnaissance exécuté au droit du bassin (doc. Sol-Etudes Fondations)

On rencontre donc successivement :

Une couche de faible épaisseur de remblais de surface puis de limons,

Les formations crayeuses du susbtratum d’âge sénonien rencontrées à partir de 2m et jusqu’à environ 22m de profondeur,

Leur pression limite augmente progressivement de 1 à 2 MPa sur les 6 premiers mètres de la couche. La craie dure est rencontrée à 8m de profondeur.

Les horizons crayo-marneux d’âge turonien à partir de 23 m de profondeur.

Le terrain naturel étant aux environs de +46 NGF, la nappe phréatique est considérée à 7 m de profondeur pour le dimensionnement de l’ouvrage. Cependant elle n’a été rencontrée lors des campagnes de reconnaissance qu’à 12 m.

2.3. Contraintes imposées dans le cadre de l’appel d’offres.

Le projet a fait l’objet d’un appel d’offres sur performance, laissant toute latitude aux entreprises pour proposer leur solution. 3 contraintes principales ont guidé la définition de la solution adoptée :

Volume de Stockage de 9500 m3 minimum,

Mise à disposition de deux sites distants de 100m l’un de l’autre, et devant contenir tant l’ouvrage que les emprises de travaux,

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Prise en compte de l’environnement afin de minimiser les nuisances occasionnées aux riverains, en particulier minimisation du bruit et traitement des odeurs à prévoir, le bassin pouvant accueillir des effluents de type unitaires.

D’autres critères étaient également appréciés dans le cadre d’analyse des offres, tels la profondeur de relevage des effluents, la surface de l’ouvrage, son insertion architecturale, etc.

Figure 3. Vue aérienne des travaux : les deux sites sont entourés de jardins et de résidences.

3. Solution Mise en Œuvre.

3.1. Première approche des formes de l’ouvrage.

Il a paru intéressant de contenir le bassin uniquement dans le 2ème site, ce qui permet de libérer le 1er site à d’autres fins. En première approche, un bassin rectangulaire de 44m x 22m a été envisagé, avec une profondeur moyenne de 10m.

Cependant, il est rapidement apparu qu’un tel ouvrage nécessiterait une paroi moulée de forte épaisseur, la hauteur libre entre la couverture et le radier étant d’environ 9,50m. Il aurait également

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fallu ancrer la paroi profondément sous le fond de fouille afin d’avoir la butée nécessaire au soutien de l’ouvrage.

Enfin, les calculs ont montré que la paroi moulée se serait déplacée d’environ 2 à 3 cm lors du terrassement, ce qui est difficile à accepter dans un contexte urbain tel que celui de Liévin.

3.2. Solution Retenue

La solution proposée et finalement mise en œuvre a été de réaliser un bassin de forme tri-lobe, constitué de 3 cylindres sécants, d’un rayon intérieur de 11,70m. La paroi nécessaire se calcule alors comme un ouvrage circulaire travaillant en voûte, ce qui permet de réduire l’épaisseur de béton nécessaire.

Figure 4. Bassin de type « tri-lobes »

3.3. Optimisation des dimensions des ouvrages.

La solution définie, les caractéristiques de la paroi moulée ont été calculées par le bureau d’études interne de l’entreprise, qui a défini les points suivants:

L’épaisseur et la profondeur de la paroi moulée,

Le mode de transfert des efforts au niveau des intersections entre cylindres,

Le mode de fondation du radier vis a vis des sous-pressions.

3.3.1 Epaisseur de la paroi moulée.

Le calcul des parois circulaires fait appel à la formule classique (1)

σ = p x R / e < 6 MPa (1)

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où :

σ est la contrainte de compression dans le béton, p le terme de poussée horizontale,

R le rayon extérieur de la paroi moulée,

e l’épaisseur réelle de la paroi.

Il est vite apparu que réaliser la paroi moulée en épaisseur 50 cm serait possible à condition d’apporter un très bon contrôle de la verticalité de l’ouvrage. En effet, la tolérance « classique » de verticalité de 1,0 % généralement appliquée pour ce type d’ouvrages donne pour une fouille de 11m une déviation admissible de 11 cm au niveau du fond de fouille, soit, considérant qu’un panneau peut dévier vers l’intérieur de la fouille et son voisin vers l’extérieur, un écart entre deux panneaux allant jusqu’à 22 cm.

Une telle déviation vient à réduire très fortement l’épaisseur de béton en contact et il aurait normalement été nécessaire de réaliser la paroi avec une épaisseur de 60 à 80 cm.

La solution adoptée ici a été de prévoir l’utilisation d’un atelier de perforation de type KS3000, permettant de réaliser la paroi avec une précision de verticalité de 0,5%. Bien que ces outils soient plus onéreux que les ateliers classiques, le gain apporté à l’épaisseur de la paroi est apparu primordial, sachant de plus que ce type d’outil permet des vitesses de perforation bien supérieurs aux outils plus classiques de type benne à câble.

La fiche de la paroi moulée, uniquement déterminée par la condition de stabilité du fond de fouille, a été limitée à 3 m, la nappe travaux étant considérée à 10m de profondeur.

3.3.2 Transfert des efforts au niveau des intersections entre cylindres.

La poussée cylindrique est reprise par flexion du panneau contrefort en appui sur les butons en béton, à partir des sollicitations calculées avec le programme PAROI2. Ce fonctionnement suppose que les efforts appliqués de part et d’autre de l’intersection puissent être considérés comme symétriques avec un degré d’approximation suffisant, ce qui implique notamment l’homogénéité des surcharges avoisinantes, des séquences de terrassement, … Certains bassins ont cependant pu être calculés en prenant en compte des sollicitations non homogènes, mais cela requiert des calculs beaucoup plus complexes pouvant faire appel à des modélisations en 3D.

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Figure 5. Détail sur les contreforts et les butons.

Dans les cas simples, les contreforts sont calculés en flexion simple avec appui sur les niveaux de butons disposés lors des travaux. Dans le cas du bassin de Liévin, 2 niveaux de butons ont été placés. 3.3.3 Fondation du radier.

Si la nappe phréatique est considérée pour la phase de travaux au niveau du fond de fouille et ne nécessite pas de précautions particulières telles que jupe injectée ou pompage, la nappe à considérer à long terme est à 7m sous le terrain naturel, soit 4 m au-dessus du fond de fouille. L’ouvrage étant situé dans des horizons crayeux souvent très fissurés, une solution de radier drainant n’y est pas applicable. Une solution de type radier-poids a également été écartée, car elle aurait mené à un radier de plus de 2 mètres d’épaisseur ce qui n’était pas économiquement viable. La solution mise en œuvre a été de réaliser des clous d’ancrage du radier : 97 clous de 7 m de profondeur et armés chacun d’une barre HA40 ont été réalisés suivant un maillage moyen de 3,75 par 2,30 m de côtés. Ces clous permettent d’équilibrer la sous-pression en allant chercher le poids des terrains situés sous le fond de fouille pour ancrer le radier. Une telle solution présente l’avantage de réduire considérablement les sollicitations sur le radier, dont l’épaisseur a pu être limitée à 35 cm.

3.4. Fonctionnement du bassin.

Une fois la structure extérieure du bassin optimisée, le fonctionnement détaillé de l’ouvrage a été analysé. La plupart des bassins d’orages sont réalisés sous la forme d’ouvrages de type rectangulaires car cela facilite largement le nettoyage du radier, ce qui revêt une importance capitale dans ce type d’ouvrages. Un nettoyage incomplet amène rapidement le radier à s’encrasser, ce qui peut à court terme causer des dégagements d’odeurs, des pannes sur les pompes, etc. La réalisation d’un ouvrage de type tri-lobe comme à Lievin a donc nécessité une analyse hydraulique complète de la circulation des flux sur le radier lors de la vidange, afin de bien positionner les systèmes de nettoyage.

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Il a ici été choisi de placer 6 unités d’hydro-éjecteurs, permettant lors de la fin de la vidange de remettre en suspension les effluents qui auraient pu décanter dans le bassin.

Figure 6. Hydro-éjecteurs.

4. Travaux.

4.1. Parois moulées

La paroi moulée a été réalisée en 6 semaines en Janvier et Février 2000 à l’aide du KS3000, au rythme moyen de 5 panneaux par semaine.

L’exiguïté du site, rendant la gestion des circulations délicates, les contraintes de phasage et de verticalité ainsi que la dureté de la craie sur les derniers mètres ont nécessité la mise en place du KS 3000 dont les performances sont nettement supérieures aux outillages classiques dans ce type de terrain. Cet outillage, premier prix de l’innovation en 1995 de la FNTP, est en effet constitué d’une benne hydraulique pouvant être équipée du contrôle en continu de la verticalité et d’une gestion automatique des déplacements : SAKSO.

Cela permet ainsi un meilleur contrôle de la qualité et autorise la réalisation des parois dans des emprises exiguës inaccessibles aux outillages classiques.

Associé aux performances (rendements supérieurs de l’ordre de 25 à 30 %) de la benne hydraulique, cet outillage est parfaitement adapté à ce type d’ouvrage.

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Figure 7. Atelier « KS3000 »

Pour des raisons de phasage, la paroi a été réalisée en deux étapes. En effet, la canalisation traversant le chantier (cf. § 2.2) et du même coup la paroi moulée, a du être déviée durant les travaux de paroi (pas de place sur l’emprise pour une déviation préalable).

4.2 Terrassements Le phasage des travaux de terrassement a été dicté par deux contraintes principales :

• Maintien en service de la canalisation traversant le chantier et devant alimenter le futur bassin.

• Stabilité des ouvrages.

Ainsi, les terrassements ont été exécutés en quatre phases :

Phase 1 : Terrassement pour couronnement des parois moulées et exécution du dalot de circulation des effluents. Ce dernier ainsi que la rampe de déversement ont été réalisés en encorbellement sur les parois moulées.

Phase 2 : Pose du 1er lit de butons. Cette phase était essentielle car elle permettait également de supporter la rampe de déversement.

Phase 3 : Pose du 2ème lit de butons.

Phase 4 : Terrassement jusqu’au fond de fouille.

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Compte tenu du niveau de la nappe, deux puits de pompage provisoires ont été mis en service durant l’exécution des terrassements.

Durant les travaux de terrassement, le rabotage des parois moulées a été réalisé. Ce rabotage permet d’une part, de nettoyer la paroi moulée de la boue de forage et, d’autre part, de donner un niveau de finition nécessaire au fonctionnement de l’ouvrage.

4.3 Gros-Oeuvre Là encore le phasage et l’exécution des travaux de gros-oeuvre ont été dictés par l’exiguïté du site, notamment pour la réalisation du radier.

L’impossibilité d’installer une grue à tour en périphérie de l’ouvrage a impliqué le principe d’exécution suivant :

1. Clous d’ancrage et radier au droit de la grue à tour.

2. Montage de la grue à tour.

3. Clous d’ancrage et radier sur les autres zones.

4. Poteaux, Poutres, dalle de couverture, local technique.

Afin d’éviter la dégradation du fond de fouille lors de leur exécution, les clous ont par ailleurs été réalisés après coulage du radier. Pour cela des réservations avaient été ménagées lors du coulage du radier.

Compte tenu de l’usage de l’ouvrage (stockage des eaux pluviales), un soin tout particulier doit être apporté à l’étanchéité entre le radier et la paroi moulée (pas de pollution du milieu naturel) ainsi qu’à l’état de surface du radier (meilleure efficacité des systèmes de nettoyage).

L’étanchéité au contact paroi-radier est réalisée par mise en place d’un joint hydrogonflant, complétée d’un solin au mortier sans retrait. La qualité de l’état de surface a été assurée par talochage à l’hélicoptère.

Remarque : Pour compléter la qualité de l’étanchéité de l’ouvrage, les panneaux de parois moulées sont équipés, avant bétonnage, d’un joint type CWS permettant la mise en oeuvre d’une lame Waterstop entre panneaux. Ce procédé accompagné des mesures citées plus haut, garantit une étanchéité conforme au DTU 14.1.

5. Intérêt d’une approche globale

La création d’ouvrages de stockage de grande capacité dans des zones à forte densité d’habitation, demande de prendre en compte de nombreux critères environnementaux dans la réalisation de tels ouvrages.

Ces critères sont liés d’une part au process (maîtrise du fonctionnement, des odeurs, du bruit …) et d’autre part à l’aménagement paysager du site.

A ce titre, une réflexion particulière a été menée sur le chantier de LIEVIN de sorte à intégrer au mieux le local technique et la partie visible du bassin à l’environnement pavillonnaire du quartier.

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Figure 8 : Vue sur le site après réception des travaux.

La durée totale des travaux (y compris équipements et essais) a été de 10 mois dont 7 mois pour le gros oeuvre y compris terrassement et clouage du radier.

Plus d’un an après la mise en service du bassin, aucun désordre n’est apparu et le fonctionnement du bassin, en particulier la qualité du nettoyage du radier, est très satisfaisant.

Cet ouvrage démontre les possibilités d’aménagement global pour ce type d’ouvrages pour lequel la réalisation des fondations est la phase la plus critique des travaux, mais permet aux entreprises d’apporter des solutions originales et spécifiques aux sites alloués pour les travaux afin d’optimiser tant le fonctionnement de l’ouvrage que la durée ou le coût des travaux.