Mastère au 3. de construction internes 2011-2012/3311... · Convergence du terrain. Soutènements : les cintres. Documents pédagogiques internes au Mastère TOS. ... Dessiccation

INSA Lyon - ENTPE MS Tunnels et Ouvrages souterrains 2011-2012

Module 3. Techniques de construction

3.3 Les éléments du soutènement

Loïc ThévenotEiffage

TP

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Soutènement radial•

les cintres métalliques

-

Les cintres réticulés (ne fonctionne que noyés dans du béton projeté)

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Soutènement radialLes cintres lourd type HEB

Soutènements : les cintres

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Rupture de cintre HEB


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Rupture pied de cintre

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Convergence du terrain

Soutènements : les cintresD

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Soutènement radial

Les cintres TH (ou Oméga) (qui ont la possibilité

de coulisser)

Soutènements : les cintresD

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Coulissement des cintres TH

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•

Blindage en bois:

Soutènements : boisD

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Soutènement radial•

Blindage en tôles

Soutènements métalliquesD

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CHEMEX - Septembre 2011

Soutènement radial

Soutènements : béton projetéD

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Soutènements : béton projeté

Généralisation au début des années 60Développée Par L.

Von Rabcewicz

sur le métro de CARACAS en

1960

Tirer partie au mieux de la capacité

du terrain à

se soutenir lui même grâce à

un confinement immédiat.

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Soutènement radial

•

le béton projeté

3 principaux modes de fonctionnement en soutènement:-

en couche protectrice du terrain (peau protectrice)

-

en maintien du terrain entre boulons (peau résistante)-

en coque de soutènement (anneau de structure)

+ : rôle de blindage entre cintre ou de revêtement définitif

Peu être renforcés de fibres ou de treillis soudé

•

le béton projetéD

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Soutènement radial

•

Mise en place du Béton Projeté

Exemple de Robot de Projection de Béton

•

le béton projetéD

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•

le béton projeté

Rôle de peau protectrice:•Épaisseur de 2 à

5 cm protège

de:•

Dessiccation par l’atmosphère du tunnel

•

Délavage des matériaux•

Dégradation des propriétés hydromécaniques

•

Amorce de gonflement liés au migration d’eau interstitielle

•

Phénomène de micro- rupture & micro-

déplacement (effet maçonnerie)

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Rôle de peau résistante:•Épaisseur 8 à

20 cm (en plusieurs couches) agit comme:

•

Cimentation des fissures•

Clavage des blocs instables

•

Filet tendu (BP fibré

ou armé)•

Coque comprimé

Résistance limitée et fonction complémentaire nécessaire des boulons

•

le béton projetéD

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•

le béton projeté

Rôle d’anneau de structure:•Épaisseur de 10 à

20 cm permet

de :•

Limiter les déformations élasto-plastiques du terrain (capacité

de fluage au jeune

âge)•

Confinement des terrains non boulonnables

•

Confinement des terrains gonflants (argiles et anhydrites)

•

Réparation de tunnel ancien

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•

le béton projeté

Ses propriétés

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Soutènement radial

(avec des fibres, du treillis soudé ou en voutelettes) :


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•

Composition du béton projeté–

Dosage en ciment

–

Diamètre des granulats–

Différents type de fibre

–

Dosage en fibre

• Mise en œuvre du béton projeté–

Voie sèche (à

éviter)

–

Voie humide–

Dosage de l’accélérateur de prise


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17

Mpa

à

7 jours25

Mpa

à

28 jours

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BETON PROJETE “RIG”410 +20 Type C25/30 XC1 D max = 10mm, A=S4 – S5, Cl 0.4 RAPPEL DE LA COMPOSITION THEORIQUE SECHE 0/4 SCL : 562 0/4 CL : 560 4/10 CL : 604 CEM I 52.5 N CE PM-CP2 NF : 410 SILICE : 20 Eau efficace : 181 Glenium 21 : 1.00 % Fibres métalliques Bekaert : 25 kg


A�9�"��F M�9�$ ��#��" ��$H� M�3JD�$ ��#��[ ��H)A�8; �"��F� M�3@�$ �� A�87� ��/ M��8D�$ ��

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Soutènement du Front de Taille•

Le soutènement du Front de Taille, pourquoi ?

Si le terrain est mauvais:

•risque de non stabilité du front conduisant à un effondrement pouvant aboutir à un fontis en surface,

•Prévenir les chute de blocs ou de plaques


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Soutènements : béton projetéNorme ASQUAPRO•Qualité

du BP liée à

la qualité

intrinsèque du béton

mais surtout à

sa mise en œuvre•Agit sur la qualité

du BP:

•

Rebond•

Présence d’armature

•

Support: nature du terrain, béton, métal

•Essai à

la compression sur prélèvement•

Ecrasement

carotte de Dia 60 mm, h 120 mm

•Essai à

la compression au jeune âge•

Pénétration d’une aiguille

•Test d’arrachement •Essai de résistance à

la flexion (BPF)

•

Arrachement par traction d’une éprouvette carotté

dans le support

•Capacité

d’absorption d’énergie «

poinçonnement flexion

»

•

600 j pour 25 mm de déformation

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Et maintenant?

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Les présoutènementsD

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Boulons en Fibres de Verre au front de taille de la Galerie de Sécurité du Tunnel Maurice Lemaire

Boulons en Fibre de Verre de 15 m de long avec recouvrement sur 3 m 14 Boulons coté

Tête Alsace

5 Boulons coté Tête Vosges

Répartition en Fonction de la

Qualité du Terrain

Soutènement du Front de Taille

Les boulons de fibres de verres permettent de

maintenir le terrain sans poser de problèmes aux

outils d’excavation

Les

présoutènements

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Front du Tunnel de Tartaiguille

Soutènement du Front de Taille

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•

Enfilage de Boulons ou de TôlesPré-Soutènement

Boulons auto-foreur disposé en enfilage à l’avancement de la Galerie de Sécurité du Tunnel Maurice Lemaire

On peut réaliser un enfilage à l’avancement à l’aide

de Boulons ou de Tôles métalliques

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•

Enfilage de Boulons ou de Tôles

Exemple de Détails d’Enfilage

Pré-Soutènement

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CHEMEX - Septembre 2011

•

Pré-découpage et Pré-soutènement à

la Haveuse

Haveuse

Chaîne de Haveuse

Principe du Pré-découpage / Pré-soutènement

Pré-Soutènement

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•

Pré-découpage et Pré-soutènement à

la Haveuse

Phasage de Réalisation d’une excavation à la Haveuse

Pré-Soutènement

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•

Voûtes Parapluies successives

Principe de Voutes Parapluies Successives

Voûtes Parapluies du Tunnel Maurice Lemaire

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Réalisation de

voute

parapluie

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Les casquettesD

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Les casquettesD

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La casquette de la descenderie de St Martin La Porte

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•

Voûte Parapluie Schéma de Principe

Coupe Transversale : les tubes « participe» à l’effet de voûte

Coupe Longitudinale : les tubes fonctionnent en poutres portant entre le terrain et le soutènement

Tubes Métalliques Injecté de Mortier

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•

Voûte Parapluie

Implantation

1ère Voûte

2ème Voûte

Forage

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Les injectionsD

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Les injections

Conditions

hydro-géologiques rencontrées

:•Basaltes, laves, scories

: 10 à

100 bars

Rc max

= 500 bars.

•Aquifère

: pression estimée pouvant atteindre 20 bars.•Perméabilité

des terrains rencontrés

: 10 ֿ4 m/s à 10ˉ6 m/s.

•Porosité

moyenne des matériaux

: 20%

Objectif du traitement de terrain par injection.Limiter les venues d’eau totales à

front à

100 l/s.

Soit sur 360 ml moins de 30 l s-1 /100 ml.

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Les injections

•Réalisation d’une enveloppe étanche avec du «Blocker Grout

»

destinée à

empêcher le retour du coulis dans la galerie. •Cette enveloppe se situe à

1 m environ de la périphérie de la section et fait environ 1 m d’épaisseur. •Elle est réalisée avec des produits très fin à

prise très rapide.

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Les injectionsD

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Les injections

•Réalisation d’une 2ème enveloppe avec du «

High

Performance

Grout

»située à

l’extérieur de la première enveloppe, destinée à

contenir les pressions rencontrées. Cette enveloppe fait environ 2 m d’épaisseur.

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Les injectionsD

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Les injectionsD

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Les injections

Matériel nécessaire

:•Jumbo de

forationDiamètre de

foration

: 56 mm•Presse d’injection

: pression d’injection estimée entre 15 et 50 bars.•Presse type Bonne espérance PPC 15000 (pression maxi 100 bars

, débit correspondant 4 m3/h

; pression moyenne

:32 bars débit correspondant 15 m3/h )•Malaxeur adapté

au débit de la presse d’injection •Agitateur avec cuve de 500 l mini•Chariot élévateur pour la manutention de produits.

Composition des coulis•Blocker grout

:ThermaxC-Max

•GroutAidCimentDispersing agent SP40

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Les injectionsRéalisation d’injection après excavation (post-grouting)

Estimation des quantités

:Ces quantités sont estimées sur la base des observations et essais menés depuis la galerie parallèle au pm 1220.Porosité

de 20% applicable sur la totalité

des roches rencontrées.

Blocker Grout

: zone à

traiter de 70 ml environE/C = 2, coulis de densité

1.3=>ciment

CPA 52.5 :

106 tonnesgrout-aid

: 42 tonnesSP40

:

3 tonnesC-Max

:

72 tonnesThermax

:156 tonnes

High

Performance

Grout

: zone à

traiter de 70 ml environE/C = 2 coulis de densité

1.3 => ciment

CPA 52.5 :

380 tonnesgrout-aid

: 190 tonnesSP40

:

10 tonnesSoit au total (BG et HBG) 6 900 kg/ml (hors ciment)

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Les injections

Réalisation d’injection en avant du front (pre-grouting)Estimation des quantités

:Ces quantités sont estimées sur la base des observations et essais menés depuis la galerie parallèle au PM 1220.Porosité

de 20% applicable sur la moitié

des roches rencontrées.High

Performance

Grout

: zone à

traiter de 310 ml environE/C = 2 coulis de densité

1.3 =>•ciment

CPA 52.5 :

1 350 tonnes•grout-aid

: 670 tonnes•SP40

:

40 tonnesSoit 6 640 Kg/ml (hors ciment)

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La congélationD

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