Procédures de contrôle, d’essais et de réparation des dispositifs d’étanchéité par géomembranes PVC-P dans les ouvrages souterrains.pdf

Rencontres Gosynthtiques 2011

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PROCDURES DE CONTRLE, DESSAIS ET DE RPARATION DES DISPOSITIFS DTANCHIT PAR GOMEMBRANES PVC-P DANS LES OUVRAGES SOUTERRAINS METHODS OF CONTROL, TESTS AND REPAIR OF PVC-P SHEET WATERPROOFING SYSTEMS IN TUNNELLING Paul GUINARD SOPREMA, Strasbourg, France RSUM - Cet expos prsente les diffrents dispositifs dtanchit par gomembranes (DEG) PVC-P utiliss en Europe sur les ouvrages souterrains et les compare en fonction de leur capacit tre contrls et rpars. Du plus simple au plus complexe, la description de ces procds permet de comprendre les rles des diffrents composants (gomembranes et quipements) dans le cadre du DEG mais aussi dans la ralisation des contrles et essais. La capacit tre vrifi et ventuellement rpar moindre cot est un critre de choix important dans la slection dun DEG. Mots-cls : tanchit, PVC-P, ouvrages souterrains, essais, rparation ABSTRACT - This paper presents the different PVC-P Sheet Waterproofing Systems developed for tunnelling in Europe, compares them with respect to their capacity to be controlled, tested and repaired. From the simplest to the most complex, the description of these systems allows to understand the role of each element (PVC-P sheets and accessories) in the waterproofing system and the execution of controls and checks. The systems capacity to be tested and eventually repaired at low cost is an important criterion for the selection of the waterproofing system. Keywords: Waterproofing, PVC-P, underground structures, tests, repair 1. Introduction Les dispositifs dtanchit par gomembranes (DEG) sont, pour les ouvrages enterrs, un maillon fondamental dans le processus de construction. Limportance de la protection de louvrage vis--vis des actions de leau est telle que les trois objectifs suivants doivent imprativement tre atteints :

- protection de la structure elle-mme face aux dgradations physico-chimiques et mcaniques que peut engendrer son contact prolong avec leau ;

- protection des quipements lectriques et lectroniques intrieurs ; - scurit des infrastructures internes (routes, mtros, ). Pour russir un tel challenge, il est ncessaire dallier des produits et un processus de construction

appropris. En fait, la russite rsulte dune bonne ralisation des oprations pralables (excavation, soutnement, projection de bton), de ltanchit elle-mme mais aussi des oprations ultrieures (ferraillage, btonnage). A contrario, une erreur de ralisation dune des phases peut nuire au bon fonctionnement du DEG.

Pour limiter de manire importante les risques lis la ralisation de ces diffrentes phases, il est ncessaire de mettre en place :

- une srie de procdures de contrle afin de sassurer de la bonne ralisation des oprations ; - des procdures dessais sur les DEG qui le permettent ; - des procds de rparation efficaces une fois les travaux termins. La prsente communication a pour objectif de dcrire les principaux DEG base de gomembranes

PVC-P utiliss dans le cadre de la ralisation douvrages enterrs et les diverses procdures de contrle, dessais et de rparation actuellement utilises. 2. Dispositifs dtanchit Avant de dcrire les modalits de contrle et dessais, il est ncessaire de prsenter les principaux systmes dtanchit PVC-P utiliss dans les ouvrages souterrains en Europe.

Les diffrents systmes ont les mmes exigences en termes de support et de couche de dsolidarisation.


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2.1. Le support Le support est gnralement constitu de bton projet sur le terrain naturel ou de murs de soutnement. Ces supports doivent tre cohsifs, propres (absence de pollution et de trace dhydrocarbures ou dhuile de dcoffrage), rguliers (absence de pointes agressives) et secs (absence de coules importantes ou deau stagnante).

Dans le cas o le support nest pas conforme, les oprations suivantes peuvent tre menes : - pour rgulariser le support, du bton peut tre projet afin de remplir les creux, fermer les joints

de construction et recouvrir les parties mtalliques (ttes de clous, cintres) ; - pour nettoyer le support, le nettoyage par lavage haute pression est suffisant mais ncessite un

temps de schage ; - pour capter les coules deau importantes, on peut installer des drains protgs par gotextiles

qui redirigeront leau capte vers le collecteur en pied du DEG. 2.2. La couche de protection infrieure Il sagit de la protection de la gomembrane dtanchit lors de la mise en uvre du revtement intrieur (DEG mis en uvre en intrados) ou lors du remblaiement (dalles et pidroits en tranche couverte avec un DEG mis en uvre en extrados). Elle est place entre le support et la gomembrane.

Cette couche est gnralement constitue de gotextile non tiss dont les caractristiques dpendent principalement de la nature du support. En France, des recommandations AFTES aident son dimensionnement. 2.3. Systmes monocouches La couche dtanchit est ralise base dune gomembrane PVC-P dune paisseur dau moins 2 mm. Cette couche sera gnralement pose en indpendance totale dans les parties horizontales ou en semi-indpendance dans les zones verticales. Les ls seront souds entre eux par soudure chaud (double piste canal central) avec un recouvrement de 8 10 cm.

Suivant les pays, des gomembranes bicolores ou translucides sont utilises. Comme le montre la figure 1, les gomembranes bicolores (une face claire, une face fonce) ont lavantage de permettre un reprage ais des ventuelles dchirures de la gomembrane (fort contraste de couleur). Nanmoins, en France et en Espagne par exemple, des membranes translucides sont utilises, ce qui permet un excellent contrle visuel des soudures.

Les systmes monocouches sont trs utiliss dans les pays du sud de lEurope car ils sont trs peu coteux mais ils ne sont ni rparables, ni contrlables aprs btonnage. 2.4. Systme monocouche avec compartimentage et systmes dinjection priphriques Le systme prcdent peut tre complt par un compartimentage quip de systmes dinjection par tubes perfors disposs le long des profils de compartimentage. Ces derniers sont mis en uvre de manire crer des compartiments de dimensions limites (figure 2). Leau provenant de pertes accidentelles y est cantonne.

La zone est ainsi dlimite par les joints de compartimentage et lutilisation des dispositifs dinjection permet de colmater les fuites ventuelles. Par contre, cest une solution curative car aucune action prventive nest possible et le systme nest pas contrlable avant sa mise en service. Par ailleurs, il est noter que lutilisation des tubes dinjection peut tre rapidement trs onreuse car il est impossible de dterminer lavance la quantit de produit injecter.

Par ailleurs, des tubes dinjection de diamtre plus important peuvent tre placs en cl de vote dun tunnel et permettre linjection de mortier dans les espaces vides qui nont pas t remplis lors du coulage du revtement intrieur.


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Figure 1. Tunnel ferroviaire en Grce

Figure 2. Tunnel avec compartimentage et tubes dinjection


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2.5. Systme monocouche avec protection mcanique et compartimentage, rparable Ce systme consiste raliser ltanchit sur le mme principe que prcdemment (avec compartimentage), sans la mise en uvre de tubes dinjection perfors le long des joints de compartimentage, mais en y ajoutant un dispositif dinjection et une protection mcanique suprieure.

Des dispositifs dinjections rpartis lintrieur des compartiments permettent dune part didentifier les zones qui prsentent des pertes mais aussi dinjecter des mortiers de rsines entre la gomembrane dtanchit et le revtement intrieur (ou la membrane de protection) comblant les ouvertures et rparant ainsi ltanchit.

Sur les zones susceptibles de subir des agressions plus importantes, il est gnralement install une couche de protection mcanique en PVC-P tudie spcifiquement pour sa rsistance au poinonnement et la dchirure (figure 3).

Figure 3. tanchit de soutnement en Italie avec dispositif dinjection

Ce systme, trs utilis en France par exemple, permet la limitation des infiltrations la dimension du compartimentage, la rparation des dommages ventuels par injection mais ne permet pas de contrle de lintgrit de la couche dtanchit avant la fin de la phase constructive et son exploitation. 2.6. Systme double-couche avec protection mcanique, compartimentage permettant un test au vide dair et rparable Les systmes prsents prcdemment ne permettent pas de raliser des contrles de lefficacit du dispositif mis en uvre avant la mise en service de louvrage. Depuis quelques annes, certains fournisseurs proposent des DEG qui offrent la possibilit de vrifier leur bon fonctionnement tout moment : durant la ralisation, juste avant la mise en service ou mme durant lexploitation de louvrage.

Ces systmes consistent mettre en uvre un dispositif dtanchit constitu de 2 gomembranes PVC-P. La premire gomembrane est dispose comme dans les systmes prcdents. La gomembrane suprieure est une membrane structure (prsentant des petits picots en surface) de manire ne pas se coller la premire et laisser libre circulation aux fluides entre les deux gomembranes. Elle est soude aux joints de compartimentage et une enveloppe est ainsi forme entre les deux gomembranes. Le compartimentage sera de dimension infrieure 100 m. Comme montr sur la figure 4, des pipettes sont installes afin de crer la possibilit soit dinjecter une rsine


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lintrieur de lenveloppe, soit de raliser un test au vide dair lintrieur de cette dernire. Il est noter que les pipettes sont mises en place sur la gomembrane visible conservant ainsi toute son intgrit la gomembrane dtanchit la plus expose.

Figure 4. Pipette dinjection sur un systme double couche

Ainsi, ce systme autorise les contrles des compartimentages par le vide dair durant toutes les phases : durant la construction et pendant lexploitation de louvrage. Par ailleurs, il est facilement rparable par des injections peu onreuses puisque les quantits injecter sont limites lespace compris entre les deux membranes lintrieur du compartimentage. En effet, linjection progressive par les diffrentes pipettes dinjection permet de sassurer que lespace compris entre les deux gomembranes est combl sans perte importante par le trou cr par la dchirure objet de la rparation.

Le DEG ainsi prsent assure la meilleure protection possible de louvrage puisquil peut tre intgralement contrl tout moment. 3. Procdures de contrle Les contrles peuvent tre situs diffrents niveaux. La qualification du personnel, le contrle visuel et le contrle des dispositifs mis en uvre sont les points cls des procdures suivre. Les procdures de contrle doivent tre mises en uvre dans le cadre dun PAQ (Plan dAssurance de la Qualit) adapt au projet. 3.1. Qualification du personnel Llment le plus important est certainement la capacit des intervenants raliser de manire adapte et sur les tches dont ils ont la charge. Le premier des contrles est donc la vrification de la qualification du personnel.

Il existe des organismes de certification, parmi lesquels lASQUAL fait rfrence en France. LASQUAL propose des certifications pour les soudeurs, pour les chefs de chantier et des

qualifications pour les entreprises. Ces qualifications permettent un contrle de connaissances en termes de technicit mais aussi de

scurit, facteur primordial dans les activits de construction souterraine.


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3.2. Contrle visuel Tout au long de la construction, des contrles visuels doivent tre mens afin de vrifier ladquation entre les diffrentes phases de travaux et le respect des normes ou recommandations en vigueur. 3.2.1. Support Le support ne doit pas prsenter dirrgularit trop importante et, dans les zones concernes, le bton projet doit recouvrir entirement les ventuels anneaux de soutnement et les creux ne doivent pas prsenter de relief trop accident. 3.2.2. Couche gotextile La couche de gotextile adapte au support est fixe ce dernier par cloutage avec mise en uvre de rondelles PVC rupture contrle. 3.2.3. Gomembrane(s) dtanchit Les gomembranes PVC sont mises en uvre par soudage aux rondelles PVC cloues lors de la pose de la couche gotextile avec suffisamment damplitude pour pouvoir sadapter aux irrgularits du plan de pose. Lorsquil y a plusieurs couches superposes, elles sont liaisonnes par point de soudure au droit des fixations prcites. 3.2.4. Armatures Les armatures ne doivent pas tre mises en contact avec les gomembranes PVC. Il est donc impratif dutiliser des cales de sparation. Le contrle visuel est particulirement important ce niveau. En France, un cran de protection doit systmatiquement tre mis en uvre au droit des armatures. 3.2.5. Profils de compartimentage Les profils de compartimentage sont disposs soit cheval des reprises de btonnage soit au milieu des passes. Ces joints sont souds sur la gomembrane sur lensemble de leur longueur. 3.3. Contrle mcanique des soudures (non destructif) Ce contrle consiste faire passer une pointe sche prvue cet effet (testeur de soudure) le long de la ligne de soudure en appliquant une pression afin de la faire pntrer entre les gomembranes en cas de manque dadhrence (figure 5).

Figure 5. Contrle de soudure par pointe sche 3.4. Contrle destructif des soudures Lessai de pelage permet de vrifier les caractristiques mcaniques dune soudure.

Il consiste soumettre une traction unidirectionnelle une prouvette de forme gnralement rectangulaire et dcoupe perpendiculairement une soudure. Leffort est appliqu dune part sur le bord libre et dautre part sur le bord excdentaire, ct soudure de lautre l.

Lexamen porte sur la traction exerce et le mode de rupture


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4. Procdure dessais 4.1. Essais pneumatiques des soudures automatiques Les soudures sont ralises principalement avec des machines automatiques et prsentent un canal central entre deux pistes de soudures. Cette disposition permet de raliser un test pneumatique lintrieur de ce canal central en le fermant aux extrmits et en le mettant en pression (2 bars) durant 3 minutes minimum. La continuit de la soudure est ainsi vrifie sur toute sa longueur (figure 6).

Figure 6. Contrle de soudure par mise en pression du canal central 4.2. Essais des points triples par la cloche vide Ltanchit des points triples peut tre vrifie grce lutilisation de cloches vide. Ces appareils sont constitus dune demi-sphre transparente relie une pompe vide qui permet de crer une dpression. Lessai est ralis par la mise en dpression de la cloche vide qui est place sur la gomembrane au droit du point triple qui a t pralablement recouvert dune solution savonneuse. Si ltanchit est dfectueuse, des bulles vont signaler la position du dfaut. Cette mthode peut aussi tre utilise pour le contrle des rparations manuelles locales. 4.3. Essais vide des systmes compartiments Vacuum Dans le cas o ltanchit a t ralise avec un dispositif Vacuum , on peut raliser cet essai qui consiste crer une dpression lintrieur du DEG. En raccordant les pipettes une pompe vide munie dun manomtre ( valeurs ngatives), on vacue lair se trouvant entre les deux gomembranes (voir figure 7).

Cet essai permet de vrifier quil ny a de fuite ni dans la gomembrane expose leau ni dans la gomembrane visible qui, elle, est expose aux dgradations de chantier par exemple.

Cet essai peut tre ralis la fin de la mise en uvre des gomembranes, aprs btonnage de louvrage, au moment de la rception puis tout moment de la vie de louvrage pour sassurer de lintgrit du DEG (il peut en effet y avoir une gomembrane abime sans apparition dhumidit puisque la deuxime gomembrane assure alors son rle dtanchit, ce que cet essai permet de dtecter).


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Figure 7. Essai au vide (pipettes dinjection, pompe et contrles de pression) 5. Mthodes de rparation 5.1. Rparation par injection des joints Dans le cas o des tubes perfors ont t installs le long des profils de compartimentage, lutilisation de ces tubes dinjection permet de combler les vides laisss lors de la mise en uvre du bton et disoler compltement un compartiment. Ce nest pas pour autant un moyen de rparation idal dans tous les cas car il prsente les inconvnients suivants :

- linjection se fait par les bords du compartiment. Il est donc difficile de traiter lensemble de la surface ;

- linjection est ralise dans un espace non confin et la quantit injecte nest donc pas contrlable car elle peut rentrer dans le terrain sans pour autant combler les espaces vides ;

- il est impossible de savoir quelles sont les zones qui ont t rellement traites. 5.2. Rparation par injection en utilisant les pipettes Dans le cas dun systme monocouche avec protection mcanique, compartimentage et rparable, les pipettes dinjections sont mises en uvre de manire pouvoir injecter chaque compartiment avec des rsines polyurthanes ou acryliques.

La rpartition de ces pipettes en diffrents points de la surface du compartimentage permet de sassurer que les injections pourront tre ralises sur lensemble de la surface (cest une volution par rapport la mthode prcdente). En revanche, linjection se faisant toujours dans un espace non confin, il est impossible de contrler la quantit de rsine injecter puisquune partie peut se disperser dans le terrain.


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5.3. Rparation des DEG double-couches Dans le cas des DEG double-couche, la gomembrane visible est structure (elle prsente de petits reliefs qui la sparent de lautre gomembrane et permet la circulation de fluide entre les deux gomembranes). Linjection est donc ralise entre les deux gomembranes partir dune des pipettes et en vrifiant, par aspiration, par une autre pipette larrive de liquide afin de sassurer quil remplit entirement la surface comprise entre les deux pipettes (figure 8).

Figure 8. Rparation des DEG double-couche (injection / aspiration)

Les quantits injectes sont totalement matrises puisquelles sont cantonnes lintrieur de lenveloppe forme par les gomembranes et ne peuvent se disperser dans le sol. On peut sassurer que toute la surface a t traite grce la vrification de larrive de liquide au droit de chaque pipette.

La rparation est donc assure. 6. Conclusions Suivant leur constitution, les DEG offrent la possibilit dtre contrls et rpars de manire plus ou moins efficace. Cette capacit tre contrls et ventuellement tre rpars permet de comparer le niveau de sret de ces dispositifs.

Il revient donc au concepteur de faire une analyse de risque afin dvaluer limportance de ltanchit pour le projet et de dterminer les consquences dune fuite accidentelle. Si le projet se trouve toujours au dessus de la nappe et que des fuites ponctuelles peuvent tre admises sans dommage pour la structure ou pour les quipements, il pourra utiliser des systmes dtanchit simples et pour lesquels les contrles ne seront pas pousss. Si, lautre extrme, le projet se trouve en permanence sous la nappe phratique et que les structures ou les quipements sont mis en pril en prsence deau, il devra se tourner vers des systmes plus complets.

Cette approche originale permet lobtention dune relle adquation entre le systme dtanchit et le projet. Cela permet une optimisation des cots de construction et dexploitation et des rsultats proches des besoins rels des utilisateurs.

Pompe dinjection

Fuite

Rsine dinjection Pompe daspiration


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