PROJET D'EXÉCUTION DU PUITS A AVEC …infoterre.brgm.fr/rapports/73-SGN-344-AME.pdf · 2 - Calcul plastique dans l'hypothèse d'un puits circulaire 8 3. 1. 3 - Influence de l'eau

COMPAGNIE EUROPÉENNE DE CANALISATION ET DE TRAVAUX

CAPAG- CETRA27, rue Damesme - 75013 Paris

DEUXIÈME ÉMISSAIRE DE MARSEILLE

(Bouches-du-Rhône)

PROJET D'EXÉCUTION DU PUITS AAVEC REVÊTEMENT EN BÉTON PROJETÉ,

ARMÉ ET BOULONNÉ

par

L BERTRAND, J.-L DESSENNE, C. LOUIS, J. PIRAUD

avec la collaboration de J.-P. ASTE et B. DELLERY

BUREAU DE RECHERCHES GÉOLOGIQUES ET MINIÈRES

SERVICE GÉOLOGIQUE NATIONAL

Département géologie de l'aménagement

Géotechnique

B.P. 6009 - 45018 Orléans Cedex - Tél.: (38) 66.06.60

73 SGN 344 AME SePtembre1973

R E S U M E

Dans le cadre des travaux de construction du deuxième émissairede Marseille, le Bureau de recherches géologiques et minières étudiedans ce rapport, pour le compte de l'entreprise C A P A G - C E T R A , une va-riante pour l'exécution d'un puits de grande dimension, de section circu-laire (0 10 m ) ou légèrement elliptique, dans l'esprit de la nouvelle m é -thode autrichienne de construction de tunnels. Le revêtement immédiat(et définitif) est constitué par 2 0 c m de béton projeté armé de deux cou-ches de treillis soudé et renforcé par des cintres métalliques T H 21 k g / m ,l'ensemble étant boulonné au terrain aumoyende barres àbéton (0 25 m m ,L = 3 à 4 m ) scellées au mortier ou à la résine.

Le puits atteindra, en milieu aquifère, la profondeur de 26 m àtravers une formation relativement homogène de marnes sableuses à sil-teuses du Stampien, située sous une couche d'environ 4 m de matériauxrécents qui seront excaves avant le creusement proprement dit du puits.Ces marnes - matériaux tendres à la limite entre les sols et les roches -ont cependant des caractéristiques mécaniques suffisantes (cohésion deun à plusieurs bar, angle de frottement de l'ordre de 30°, résistance àla compression simple de l'ordre de 20 bar) qui devraient permettre uneexécution des travaux dans des conditions optimales. L'excavation sefera mécaniquement par passe horizontale annulaire de 1 m à 1, 50 m(pelle ou benne preneuse, aidée si nécessaire par marteau piqueur oubrise-roche). Dans la zone d'intersection du puits et de la galerie del'émissaire, une légère surexcavation sera nécessaire pour permettre lamise en oeuvre d'une surépaisseur de béton projeté (30 c m au lieu de20 cm) . L'optimisation du revêtement sera obtenue grâce à la mise enoeuvre d'un système d'auscultation important (par mesures topographiques,extensométriques, clinométriques, etc. ). Ce contrôle assurera de plus unegarantie totale pendant et après l'exécution des travaux.

La faible perméabilité des marnes stampiennes devrait permettreun drainage du massif derrière le revêtement (du moins pendant la phaseprovisoire des travaux). Un contrôle piézométrique au voisinage du chan-tier serait souhaitable. Les débits d'exhaure dans le puits seront peu im-portants.

Tant sur les plans géologique, mécanique qu'hydraulique, la cons-truction du puits A du deuxième émissaire de Marseille, en utilisant au frontd'attaque les techniques modernes de béton projeté armé et de boulonnage,constitue dans les formations marneuses du Stampien une solution particu-lièrement rationnelle et sûre. Elle permet de plus de réduire au m a x i m u mles perturbations (telles que tassements, etc. ) dans le voisinage du chan-tier, ce qui constitue un avantage extrêmement important pour des travauxen site urbain.

S O M M A I R E

RESUME1 - INTRODUCTION 1

2 - SITUATION GEOLOGIQUE, H Y D R O G E O L O G I Q U E E TG E O T E C H N I Q U E 12 . 1 - Géologie et hydrogéologie 12 . 2 - Géotechnique 4

3 - APPROCHE THEORIQUE ET MODELE MATHEMATIQUE 63. 1 - Approche théorique 6

3. 1. 1 - Calcul élastique dans l'hypothèse d'unpuits circulaire 6

3. 1. 2 - Calcul plastique dans l'hypothèse d'unpuits circulaire 8

3. 1. 3 - Influence de l'eau 113. 1. 4 - Influence d'une section elliptique 11

3. 2 - Calcul du soutènement 123. 3 - Modèle mathématique 14

3. 3. 1 - Maillage et hypothèses de calcul 143. 3. 2 - Résultats du calcul 15

3. 3. 21 - Cas I - Initialisation des contraintes 153. 3. 22 - Cas II - Excavation sans soutènement 173. 3. 23 - Cas III - Excavation avec un soutè-

nement de 1 0 c m de béton projeté 183. 3. 24 - Cas IV - Excavation avec soutène-

ment de 20 c m de béton projeté 203. 3. 25 - Déplacements 21

3. 3. 3 - Conclusions 23

4 - DEFINITION D E S P R O F I L S - T Y P E S 254. 1 - Section courante 254. 2 - Rebords du puits 254. 3 - Intersection du puits et de la galerie de l'émissaire 25

5 - TECHNIQUES D ' E X E C U T I O N 275. 1 - Phases d'exécution 2 75. 2 - Excavation et marinage 275. 3 - Béton projeté 285.4 - Cintres 295. 5 - Boulons d'ancrage 29

5. 5. 1 - Description 295. 5. 2 - Foration 305. 5. 3 - Mise en oeuvre 305. 5. 4 - Contrôle du boulonnage 32

6 - CONTROLE ET AUSCULTATION 346. 1 - Position du problème 346. 2 - Les moyens d'auscultation 34

6. 2. 1 - Méthodes topographiques 356.2.2 - Extensomètres en sondage 356. 2. 3 - Profils de convergence 356.2.4 - Clinomètre 376. 2. 5 - Cellules de mesures de contraintes 37

6. 3 - Auscultation préconisée pour le puits A de l'émis-saire sud à Marseille 376. 3. 1 - Auscultation de surface 376. 3. 2 - Extensomètres 406. 3. 3 - Profils de convergence 406. 3.4 - Clinomètre 406. 3. 5 - Capteurs de pression 41

6. 4 - Estimation du coût de l'auscultation du puits6. 4. 1 - Appareillage 416.4.2 - Mise à disposition du personnel 42

7 - Q U A N T I T E S MISES E N O E U V R E 447. 1 - Puits de section circulaire 447. 2 - Puits de section elliptique

8 - C O N C L U S I O N S 45

LISTE DES ANNEXES

Annexe 1

Annexe 2

Annexe 3

Annexe 4

Annexe 5

Annexe 6

Annexe 7

Annexe 8

Annexe 9

Log du sondage C 9 situé au droit du puits Adu deuxième émissaire de Marseille et essaisgéotechniques sur les échantillons prélevés.

Note de calcul relative à la comparaisonde sections circulaire et elliptique du puits

Modèle mathématique axisymétrique. Maillage

Modèle mathématique axisymétriqueChamp de contraintes - Puits sans revêtement

Modèle mathématique axisymétrique -Champ de contraintes - Puits revêtu de1 0 c m de béton projeté

Modèle mathématique axisymétriqueChamp de contraintes - Puits revêtu de20 c m de béton projeté

Coupes de l'ouvrage et phases d'exécutionplan n° 73-690-01

Texte provisoire des recommandations sur la miseen oeuvre du béton projeté dans les travaux souterrains.Extrait de Tunnels et ouvrages souterrains.Revue de l'Association française des travaux ensouterrain

Schéma d'auscultation du puits - Plan 73-690-02

LISTE DES FIGURES

Fig. 1 Plan de situation du puits A sur le deuxième émissairede Marseille - Ech. l/2 0 000

Fig. 2 Géométrie du puits du deuxième émissaire de Marseilleet coupe géologique

Fig. 3 Répartition des contraintes autour d'un puits.Cas élastique

Fig. 4 Influence d'une zone plastique sur la répartition descontraintes autour d'un puits

Fig. 5 Modèle mathématique - Conditions aux limites

Fig. 6 Modèle mathématique - Ruptures par cisaillementobservées dans les trois cas envisagés

Fig. 7 Profil optimal du fond de fouille pendant l'exécution destravaux

Fig. 8 Boulons d'ancrage préconisés pour l'exécution du puits Ade l'émissaire

Fig. 9 Mise en oeuvre de boulons à ancrage réparti, avecscellement au mortier injecté

Fig. 10 Schéma montrant le fonctionnement d'un extensomètresimple

Fig. 11 Clinomètre à potentiomètre - Principe de fonctionnement

Fig. 12 Cellule de mesure de contraintes (type Glötzl)

Fig. 13 Disposition des cellules de contrainte pour chaque pointde mesure

1 - INTRODUCTION

Adjudicataire du marché pour la construction du deuxième émis-saire de la ville de Marseille, l'entreprise C A P A G C E T R A doit réali-ser dans le Stampien de la plaine de l'Huveaume, près du Rond-Pointde Mazargues, un puits de grande section (80 à 85 m ^ , diamètre 1 0 m )destiné à l'attaque souterraine des travaux.

La profondeur de l'ouvrage est relativement faible (26 m ) , maisil a un caractère définitif, devant servir, après l'achèvement des tra-vaux, pour l'aération et les visites de l'émissaire.

Soucieuse de réaliser ce puits rapidement et avec un m a x i m u mde sécurité pour ne pas risquer de compromettre le bon déroulementultérieur des travaux de la galerie proprement dite, l'entrepriseC A P A G - C E T R A a fait appel au Bureau de recherches géologiques etminières (B. R . G . M . ) pour la mise au point d'un projet inspiré de lanouvelle méthode autrichienne de creusement des tunnels.

La position de l'ouvrage, dans la partie sud de Marseille, quar-tier Sainte-Marguerite - Mazargue, est précisée sur le plan au l/ZO 000de la figure 1, tandis que sa géométrie est schématisée sur la figure 2.Le projet est essentiellement basé sur l'hypothèse d'une section cir-culaire du puits. Des considérations relatives à l'adoption d'une sectionlégèrement elliptique (plus rationnelle pour l'organisation du chantier,mais moins favorable géotechniquement parlant) sont formulées en finde rapport.

De grands succès ont été obtenus dans ce domaine, tant en Alle-magne qu'en Autriche, au cours de ces dernières années. Il s'agitvraisemblablement là, au moins en France, d'une première applicationde cette méthode à un problème de puits.

2 - SITUATION G E O L O G I Q U E , H Y D R O G E Q L O G I Q U E E T G E O T E C H N I Q U E

2. 1 - Géologie et hydrogéologie

La géologie et l'hydrogéologie ont été bien étudiées dansle bassin de Marseille au cours de ces dernières années, notam-ment dans le Stampien qui intéresse cet ouvrage.

Le caractère ponctuel de l'ouvrage ne mérite qu'un courtdéveloppement appuyé sur les résultats du sondage C 9 réalisé àl'emplacement m ê m e du puits en février 1971 par la SociétéIN J E C S O L . Une coupe détaillée de ce sondage est donnée enannexe 1.

La nature des terrains rencontrés est résumée ci-dessous :

- de 0, 00 à 1, 20 m Remblai- de 1,20 à 4, 2 0 m Eboulis de pente- de 4, 20 à 5, 80 m Marne jaune

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Sablease

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Fig. 2 - Géométrie du puits A du 2ème émissaire deMarseille et coupe géologique

- 4 -

- d e 5, 80 à 15, 10 m- de 15, 10 à 16, 80 m

- de 16, 80 à 25, 00 m

Marne sableuse grisePoudingue avec passagecimenté à peu cimentéMarne sableuse grise

La surface de la nappe est à la base des éboulis et remblaisc'est à dire à une profondeur de 4, 20 m . (niveaux aquifères localisés)

Cet ensemble de marnes et poudingues est bien représen-tatif du Stampien caractérisé par ailleurs par de fréquentes etrapides variations de faciès, liées à une accumulation de maté-riaux, allant des grès et conglomérats jusqu'à des marnes etargiles.

A u voisinage de l'ouvrage, des niveaux aquifères localiséspourront être rencontrés. Ils sont généralement alimentés par deseaux de surface, voire par des eaux provenant de fuites des systè-mes d'alimentation et d'assainissement de la ville . La perméabi-lité des marnes reste très faible (de l'ordre de 10-7 1 0"8 m / s ) .Les venues d'eau, m ê m e au niveau des poudingues, ne gênerontpas l'avancement des travaux.

2. 2 - Géotechnique

Trois essais d'identification ont été réalisés sur des échan-tillons intacts provenant du sondage C 9. Mais les marnes sontsurtout connues par un nombre considérable d'essais, liés entreautres aux études du projet de métro(+). U n examen critique del'ensemble des résultats obtenus a conduit à adopter les valeurssuivantes :

Densité saturée

Module dedéformabilité

Coefficient dePoissonCohésion

Angle defrottementRésistance àla traction

Résistance à lacompressionsimple

Y*(2,

E

C

fiRt

R c -

= 2,2 T / m 322 et 2, 29 à 8 et 2 0 m de profondeur

e n C 9)

= 1 500 bar

= 0,3

= 1,0 bar et plus

= 30°

= 2, 0 bar

= 2 0 bar

(+)A citer en référence, entre autres : G A U D I N B : Pressions de ter-rain sur une galerie creusée dans les marnes du Stampien. Bull, liaisonLabor. Pet Ch. 59 - mai-juin 1972 (p. 133-155)

- 5 -

Les remblais d'une part, les poudingues d'autre part,représentent ici des épaisseurs de terrain moins importantes.Les caractéristiques géotechniques sont approximativementles suivantes

Densité saturée Y s

Module de „déformabilité

Coefficient de * %Poisson

Cohésion C

Angle de .frottement

Résistance à „la traction

Remblais

2

100 bar

0, 3

0, 4 bar

20°

0, 1 bar

Poudingue s

2,5

5. 000 bar

0, 3

1, 0 bar et plus

30°

2, 0 bar

- 6 -

3 - APPRQÇPffi_THEQRIQUE E T M O D E L E M A T H E M A T I Q U E

3. 1 - Approche théorique

3. 1. 1 - Çalçul_é_lasti_que ^an_s_rh3rj)ot^ès_e_o^Iu^£u_i^s_çjrçulaire_

Avant excavation, dans un milieu parfaitement élastique,nous avons les relations suivantes :

«"z = Yz (i)

°x ~ ^ y = i _\i V z (2)

ouet (T.

zV

est la contrainte verticalesont les contraintes horizontalesest la densité du terrainest la profondeurest le coefficient de Poisson

Lors de l'excavation, on crée u n cylindre d'épaisseurinfinie. D a n s un plan perpendiculaire à l'axe du cylindre,qui est d'ailleurs un plan principal de contraintes, nousavons la relation d'équilibre suivante entre la contrainteradiale (Tr et la contrainte tangentielle (Tg (fig. 3), ennégligeant les infiniments petits d'ordre 2 :

= rdO" (3)

-i-V

Fig. 3 - Répartition des contraintes autour d'un puitsC a s élastique

- 7 -

D'autre part, une section perpendiculaire à l'axe desymétrie devant rester plane après déformation, nousavons également la relation :

<re + <rr = A (4)

La résolution du système (3), (4), fournit les équa-tions suivantes :

c» = Y (A+ fir-) (s)

En élasticité, les conditions aux limites permettentde calculer les constantes' A et A ' :

Pour r = o¿ 6-r = (Te = — - y z

d'où A = 2 _i¿_ y z (7)

Pour r = a (Tr = o

d'où A1 = 2 a2 ~ y z (8)

II vient finalement

qui représente l'état de contrainte complet en n'importe quelpoint du massif, à la profondeur z et à une distance radiale rde l'axe du puits de rayon a.

La figure 3 représente la variation des fonctions (T ,

(Te e t 0 V

C'est à la paroi du puits que la différence entre contraintemaximale et contrainte minimale est la plus grande. C'estlà que la distribution est la plus défavorable à la stabilité.Le terrain y est soumis aux contraintes de compression :

(H)

- 8 -

E n prenant les données fournies au chapitre 2 pourles marnes du Stampien, nous obtenons à 25 m de profon-deur :

<7"z = 5, 5 bar

(Te = 4, 7 bar

U n essai de compression simple effectué sur un échan-tillon prélevé dans le sondage 9 d'Injecsol à une profondeurcomprise entre 21, 2 m et 21, 7 m a donné une résistancede 21, 3 bar, largement suffisante pour supporter lescontraintes calculées ci-de s sus. B . G A U D I N donne d'ail-leurs pour les marnes sableuses et silteuses du Stampienune résistance en compression simple moyenne de 21 bar(écart-type 1 0).

3. 1. 2 - Calcul plastique dans l'hypothèse d'un puits circulaire

E n réalité, le comportement des terrains est rarementélastique et dépend des contraintes auxquelles ces terrainssont soumis. Dans le domaine de contraintes qui nous inté-resse, il est raisonnable de supposer que les marnes aurontun comportement plastique à partir d'une certaine profon-deur.

Nous pouvons faire l'hypothèse d'une zone cylindriquede rayon b, décomprimée à la suite de l'ouverture du puitsde rayon a (fig. 4 ). Cette décompression va mobiliserla résistance au cisaillement du terrain. Si l'on adopte uncritère de Coulomb, vraisemblable pour des marnes, noussavons que le rapport des contraintes principales ne peut êtreinfini, c o m m e c'est le cas à la paroi en calcul élastique.

Dans un milieu ayant une cohésion C et un angle defrottement C0 , les contraintes G"« et <T"r sont liées parla relation :

Ca + C ctg CÇ _ 1 + sinqf .<Tr + C ctg Cf 1 - sin ^ ^ '

Les équations (12) et (3) permettent de déterminer lescontraintes en un point quelconque situé à la distance r del'axe du puits.

Appelons p la pression qu'exercera le soutènement sur lesterrains, pression égale à la poussée des terrains décom-primés (fig. 4)#

ACT

- 9 -

JX,

a.

Fig. 4 - Influence d'une zone plastique sur la répartitiondes contraintes autour d'un puits

L'intégration sur le rayon r se fera à partir de a, rayon

du puits, tandis que l'intégration sur <T r se fera à partir de

p (fig. 4). Dans ces conditions, la résolution du système

formé par les équations (12) et (3) fournit la solution suivante

2

G- r = (p + C

2 sin C1 - s in

- C ctg (14)

Au-delà du rayon b le terrain est supposé se comporter

élastiquement et les contraintes <T et (P doivent vérifier

les équations (4) et (7), soit :

Pourr = b, G-+CTr = 2 — — (15)

- 10 -

Les équations (13^ (14) et (15) permettent alors de cal-culer la poussée p :

V a 1-sinJf

p =(l-sin«{)(y7J K z + Cctg^)(-) ^-Cctg<^ (16)

La poussée p dépend donc du rayon b de la zone dé-comprimée. La formule (16) montre que cette poussée estmaximale pour b = a, c'est-à-dire au moment de l'ouver-ture du puits quand les contraintes n'ont pas eu le temps dese reporter à l'intérieur du massif, soit :

Pmax = i1 - sinf) ( JZV Y * + C ctgcf ) - C ctg«Ç (1 7)

En considérant les caractéristiques physiques et méca -niques des marnes données au chapitre 2, la poussée maxi-male à 22 m de profondeur serait :

Pmax = 1 , 7 T / m 2 = 0 , 17 bar

Cette poussée est très faible et ne peut êtreenvisagée que c o m m e une poussée instantanée à l'ouver-ture.

Si après ouverture du puits il se crée une zone décom-primée dans laquelle le terrain perd peu à peu sa résistancemécanique, nous devons prévoir la poussée d'un terrain àfaible cohésion, voire à cohésion nulle. Cette poussée estalors donnée par la relation (17) avec C = 0

m a x

soit avec les m ê m e s hypothèses que ci-dessus, à 22 m deprofondeur :

Pm a x= 10,4 T / m 2 = 1, 04 bar

En supposant un angle de frottement plus faible, soittO = 20° par exemple, la poussée serait alors, toujours àune profondeur de 22 m :

Pmax = 13, 7 T / m 2 = 1, 37 bar

- 11 -

3. 1. 3 - Influe_n_œ_de_rea.u

II n'a pas été tenu compte, dans les calculs précédents,de l'influence de l'eau. Or, celle-ci ne peut être négligéepuisque le niveau de la nappe est situé à la cote N G F 20, 90,le puits proprement dit étant ainsi entièrement sous la nappe.

De la cote 20, 90 à la cote 3, 05 du radier du tunnel, lahauteur d'eau est d'environ 18 m , ce qui représente unepression hydrostatique de 1, 8 bar. Cette poussée est doncplus forte que la seule poussée des terres, telle qu'elle aété calculée précédemment.

Si maintenant nous faisons intervenir ensemble l'eauet les terrains, nous devons prendre en compte la densitédéjaugée V 1 des terrains :

- 1 (19)

Soit z\ la profondeur à laquelle se trouve la nappe, lapression verticale effective sur une section horizontalesituée à la profondeur z ( z > z) sera égale à :

(Tz = zi y + (z - zi ) Y* (2 0)

En remplaçant cette valeur de (T"z dans l'équation (18),où îz =y z i on trouve l'équation générale de la pousséemaximale du terrain déjaugé, soit :

Pmax = (1 - sintÇ) j ^ - (z^ + (z-Zl) y') (21)

A la profondeur z = 22 m et en prenant z\ - 4 m , noustrouvons, toujours avec les caractéristiques des marnes duStampien données au chapitre 2 :

' m a x= 6, 5 T/rn2 = 0, 65 bar

La pression totale s'exerçant sur le revêtement estégale à la s o m m e de la pression hydrostatique et de la prèss ion des terrains, soit à la profondeur de 22 m

Ptotale = p1 + Pmax

= 1, 80 + 0, 65 = 2, 45 bar

3. 1.4 -

L'analyse de l'influence de la forme elliptique de lasection sur la valeur des contraintes est faite dans l'an-nexe 2.

- 12 -

Pour une ellipse ayant l'excentricité de la section des-sinée en annexe 8 les deux coefficients extrêmes ont lesvaleurs suivantes pour la contrainte tangentielle :

1, 32 selon le grand axe0, 76 selon le petit axe

Ces coefficients ne sont valables qu'à la paroi du trou.

Ainsi, la contrainte tangentielle calculée pour le casdu puits circulaire au paragraphe 3. 1. 1 aura pour valeur,dans le cas de l'ellipse :

selon le grand axe : 4, 7 x 1, 32 = 6, 2 barselon le petit axe : 4, 7 x 0, 76 = 3, 6 bar

La contrainte selon le grand axe est encore parfaite-ment compatible avec la résistance à la compression sim-ple des marnes.

3. 2 - Calcul du soutènement

Le calcul qui suit est effectué dans l'hypothèse d'un cylindrede section circulaire, soumis à l'action d'une pression radiale exté-rieure uniformément répartie. Soit p cette poussée extérieure etaj et a2 les rayons extérieur et intérieur du cylindre (ai>a2) .Dans ce cas, les contraintes radiale (T"r et tangentielle (TU sonttoutes deux des contraintes de compression et sont égales à :

r- P al2

r = ~ -,

al " a 2

La contrainte tangentielle est toujours supérieure à lacontrainte radiale ; de plus elle est maximale quand r = a2, c'està dire à la surface intérieure du soutènement, soit :

0 ? 2ai¿ - a2

E n considérant que l'épaisseur du revêtement est faible de-vant le rayon du puits, nous poserons :

a £! a2 Ci rayon du puits, a

al - a2 = épaisseur, e

- 13 -

La contrainte tangentielle maximale est alors égale à :

qui est la formule du cylindre mince. L'épaisseur à donnersoutènement pour résister à la pression p est donc :

au

Nous prenons alors les hypothèses suivantes :

a - Une pression extérieure maximale au fond du puits de 2, 5 bar,telle que nous l'avons calculée au paragraphe 3. 1. 3

b - Un rayon de 5 m

c - Une contrainte de travail du béton de 50 bar , valeur admissibleà 28 jours (résistance à la compression simple, valeur moyenneprescrite 280 bar et valeur minimale 230 bar).

L'épaisseur maximale nécessaire pour satisfaire ces condi-tions est égale à :

2, 5 x 5005 Ô = 25 c m

Ces calculs justifient l'épaisseur de 20 c m (+ treillis +cintres + boulons) projetée pour la presque totalité du puits, etl'épaisseur de 30 c m projetée pour l'intersection du puits et de lagalerie.

La forme elliptique de la cavité est, en principe, à décon-seiller si le champ des contraintes horizontales (perpendiculaire àl'axe du puits) est isotrope car elle provoque une mauvaise répar-tition des contraintes pouvant induire, en particulier, des flexionsdans le revêtement.

Un calcul, qui n'est pas rigoureusement exact, amèneraitaussi à faire varier l'épaisseur du revêtement sur le pourtour dela cavité de 2 0 c m suivant le petit axe , à 35 c m suivant le grandaxe.

Cette forme serait tout à fait à proscrire si le puits devaitêtre beaucoup plus profond.

Seul un champ de contraintes horizontales anisotrope seraitcompatible avec la forme elliptique. Encore faudrait-il savoir etpouvoir s'orienter convenablement par rapport aux contraintes.

- 14 -

3. 3 - Modele mathématique

3.3. 1 -

Un modèle mathématique a été exécuté par la méthodedes éléments finis. Ce modèle (annexe 3 et figure 5) simu-lant un puits circulaire, est axisymétrique et le maillageest constitué de :

484 points nodaux456 éléments

Les dimensions sont les suivantes :

- Hauteur 37 m dont : préfouillepuitsterrain sous-jacent

- Rayon 30 m dont : puitsterrain

Les caractéristiques des matériaux sont :

Terrain

U n seul matériau a été envisagé, la marne gréseusedu Stampien qui constitue l'essentiel de la coupe du son-dage 9 d'Injecsol

41815

525

mmm

mm

Densité

Module élastique

Coefficient de Poisson

Angle de frottement

Cohésion

Résistance à la traction

Soutènement

YE

V

c

= 2,2 g

= 1.50C

= 0,3

= 30°

= 1 bar

= 2 bar

Seul le béton projeté a été simulé

Densité ^ = 2, 1 g / c m ^

Module élastique E = 25. 000 bar

Coefficient de Poisson V = 0, 15

Cohésion C = 2 0 bar

Angle de frottement ^ = 37o

Résistance à la traction Rf. = 8 bar

- 15 -

Le calcul est élastique, axisymétrique.

Les conditions aux limites sont les suivantes (fig. 5)

a - Limites latérales du modèle (sauf paroi du puits) : lesdéplacements U R imposés suivant l'axe R horizontalsont nuls.

b - Limite inférieure du modèle : les déplacements 13%imposés suivant l'axe Z vertical sont nuls

c - A l'intersection des limites a et b : les déplacementsimposés suivant R et Z sont nuls (points nodaux fixes).

Tous les autres points nodaux du modèle sont libres dese déplacer suivant R et Z

La gravité est la seule force agissant sur le modèle.Deux critères de rupture ont été adoptés :

- un critère de rupture par traction. Une contrainte de trac-tion, quand il y en a une, est comparée à la résistance àla traction.

- un critère de rupture par cisaillement. Les contraintesprincipales agissant dans un élément permettent de cal-culer, à l'aide de l'angle de frottement donné, la cohésionC2 que devrait avoir l'élément pour être stable. Cettecohésion Q-¿ est comparée à la cohésion C ^ fournie dansles données. Si le rapport C j / C 2 est inférieur à 1, l'élé-ment ne peut supporter l'état de contraintes auquel il estsoumis

Cas envisagés

Cas I : Calcul de référence, sans excavationCas II : Excavation du puits, sans soutènementCas III : Excavation du puits avec un soutènement de

1 0 c m de béton projetéCas IV : Excavation du puits avec un soutènement de

20 c m de béton projeté

3. 3. 2 - Résultats_du_ca.lcul.

3. 3. 21 - C A S I - Initialisation des contraintes

Ce cas permet de donner au massif ses contraintesinitiales, c'est-à-dire celles qui régnent avant l'excava-tion. Elles sont induites par le poids et les caractéris-tiques élastiques du matériau. Aucune contrainte rési-duelle, par exemple d'origine tectonique, n'a été simu-lée.

- 16 -

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4

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1

/

Fig. 5 - Modèle mathématique - Conditions aux limites

- 17 -

3. 3. 22 - C A S II - Excavation sans soutènement (annexe 4)

Nous simulons l'excavation du puits dans sa totalité,à partir du cas I, mais aucun soutènement n'est mis enplace.

Les valeurs des contraintes dans le terrain, à laparoi du puits, sont données dans le tableau ci-dessous :

.éléments

Haut du puits 433

414

395

376

357

338

319

300

281

262

243

224

205

186

Fond du puits 167

Coteen m

-1 , 00

-3 , 00

-5 , 00

- 7 , 00

-9 , 00

-10, 75

-12, 25

-13, 75

-15, 25

-16, 50

-17, 50

-18, 50

-19, 50

-20, 50

-21 ,50

Contraintes en barverticales

0, 22

0, 64

1, 07

1, 55

2, 05

2, 50

2, 88

3,27

3, 67

4, 01

4, 30

4, 65

5, 10

5, 75

8,44

radiales

0, 00

0, 03

0, 05

0, 07

0, 09

0, 10

0, 11

0, 12

0, 13

0, 14

0, 15

0, 14

0, 21

0, 16

2, 07

tangentielles

0, 14

0, 60

1, 04

1,47

1, 86

2, 17

2 ,42

2, 64

2, 83

• 2 , 9 7

3, 06

3, 12

3, 18

3, 04

3,96

Critère derupture parcisaillement

14

6,4

3, 7

2,6

1,9

1,6

1,4

1,2

1, 0

0,9

0,9

0,8

0,8

0, 6

0,9

Le niveau des contraintes est évidemment compara-ble à celui que nous avions trouvé par le calcul analyti-que du paragraphe 3. 1. 1. Il en diffère cependant à m e -sure que l'on s'approche du fond du puits où se produisentdes concentrations de contraintes.

Des ruptures se produisent par cisaillement danscertains éléments à partir de la cote -16, 50 m (fig. 6).Ceci signifie que dans ces éléments les cercles descontraintes principales intersectent la droite de Coulomb :

t = 1 + G"tg 30°

qui a été donnée c o m m e critère.

- 18 -

E n réalité, la résistance à la compression simple desmarnes (environ 20 bar) implique un critère parabolique queles cercles mentionnés ci-dessus n'atteignent pas. Cepen-dant, cette résistance est une caractéristique intrinsèque dela roche et non du massif. D e plus, l'exécution d'un ouvragepermanent (ce qui est le cas du puits) oblige à prendre encompte des caractéristiques résiduelles mieux représentéespar la droite de Coulomb que par une enveloppe paraboliquetangente au cercle de compression simple.

Autrement dit, les ruptures observées ci-dessus ne sontpas improbables. Notons également que nous n'avons pas étudiéla propagation de ces ruptures et que le volume final de rocheen état de cisaillement peut être bien supérieur à celui qui estdessiné sur la figure 6.

Ces résultats et ces remarques justifient donc la nécessitéde soutenir cet ouvrage.

3. 3. 2 3 - C A S III - Excavation avec un soutènement de 1 0 c m de

béton projeté (annexe 5)

Nous simulons dans ce cas l'excavation complète du puitset son soutènement immédiat par une couche de 1 0 c m de bétonprojeté

Contraintes dans le béton projeté :

Elements

Haut du puits 432

413

394

375

356

337

318

299

280

261

242

223

204

185

Fond du puits 166

Coteen m

- 1 , 00

- 3 , 00

- 5 , 00

- 7 , 00

- 9 , 00

-10 , 75

-12 ,25

-13, 75

-15,25

-16, 50

-17 , 50

-18, 50

-19 ,50

-20 , 50

-21 ,50

Contraintes en barverticales

0, 1

0, 5

1, 0

1.8

2, 7

3, 7

4,7

5, 7

7, 0

8,2

9,6

11.1

13,8

16,6

25, 3

radiales

0, 0

0, 0

0, 1

0, 1

0, 1

0, 2

0, 2

0,2

0,2

0,2

0,2

0,2

0,4

0, 5

2, 5

tangentielles

1. 1

4, 7

8,3

11,8

14,9

17,4

19,4

21,1

22, 6

23, 6

24,2

24,2

23,9

22,2

15,9

Critère derupture par

cisaillement902

241

112

60,9

37,5

26,8

20, 7

16,6

13, 2

11,1

9,2

7, 7

6,5

4,3

5,0

- 19 -

Les contraintes tangentielles maximales sont voisinesde 25 bar et bien qu'il n'y ait aucune rupture dans le soutè-nement, nous considérons que ce niveau de contrainte estlimite pour un béton projeté qui devra travailler dès samise en place. De plus, c o m m e nous le verrons dans cequi suit, ce soutènement n'empêche pas quelques rupturesdans le terrain. Il est donc insuffisant.

Contraintes dans le terrain contre le revêtement

Eléments

Haut du puits 433

414

395

376

357

338

319

300

281

262

243

224

205

186

Fond du puits 167

Coteen m

- 1 , 00

- 3 , 00

- 5 , 00

- 7 , 00

- 9 , 00

-10, 75

-12, 25

-13, 75

-15, 25

-16, 50

-17, 50

-18, 50

-19, 50

-20, 50

-21 ,50

Contraintes en

verticales

0,2

0, 7

1,1

1,6

2,1

2,6

3, 0

3,4

3,8

4,2

4,4

4,8

5,0

5, 7

6,4

radiales

0, 0

0,1

0,2

0, 3

0,4

0,4

0,5

0, 5

0, 5

0, 6

0, 6

0, 6

0, 6

0,5

2, 0

bar

tangentielles

0, 1

0, 5

0,9

1,3

1,6

1,9

2,2

2,4

2,6

2, 7

2,8

2,9

2,9

2,9

3,2

Critère derupture parcisaillement

17,9

11 ,4

6,8

4,6

3,3

2,6

2,2

1,9

1,6

1,5

1, 3

1,2

1, 0

0,8

1,6

O n constate des ruptures du terrain par c isaillementà 20 m de profondeur (figure 6). Toutefois, les coefficientsde sécurité (critère de rupture par cisaillement) sont infé-rieurs à 2 à partir de la cote -13, 75 m . La garantie dusoutènement est donc insuffisante.

- 20 -

3. 3. 24 - C A S IV - Excavation avec soutènement de 20 c m de

béton projeté (annexe 6)

Ce cas simule l'excavation complète du puits avecun soutènement simultané de 2 0 c m de béton projeté

Contraintes dans le béton projeté

Eléments

Haut du puits

Fond du puits

intrados

431

412

393

374

355

336

317

298

279

260

241

222

203

184

165

Sxtrados

432

413

394

375

356

337

318

299

280

261

242

223

204

185

166

Contraintes en bar

verticales

Tzintrados

0, 2

0,6

1, 2

1, 9

2, 9

3, 9

4,8

5,8

7, 1

8, 2

9,6

10 ,4

14, 1

10, 5

26, 3

Extrados

0, 1

0, 7

1, 2

2, 0

2,9

4, 0

4,8

5,9

7, 0

8,6

9, 3

1 1 , 7

11 ,4

2 0, 0

16. 3

radiales

TRintrados

0, 0

0, 0

0, 0

0, 1

0. 1

0, 1

0, 2

0, 2

0, 2

0, 2

0. 2

0. 0

0.6

-0,9

2,8

Extrados

0. 0

0, 1

0. 3

0, 3

0, 3

0, 4

0, 4

0, 5

0, 5

0, 7

0,4

0, 8

0, 2

0, 7

2.6

tangentielles

(TeIntrados

0, 4

3,4

6,4

9,2

1 1 , 7

13, 8

15, 4

16,9

18, 1

19, 0

19,6

19.6

20, 2

16,9

13, 6

Sxtrados

0, 4

3, 3

6, 3

9, 0

11,5

13, 5

15, 1

16, 6

17, 8

18,7

19,2

19. 5

19,2

18, 1

11. 9

Xntrados

370

163

85

51

33

24

19

15

12

11

9

8

6

5

4

C

Extrados

982

330

184

89

53

35

27

20

16

1 3

1 0

9

7

5

10

Les contraintes tangentielles à l'intrados, c o m m e àl'extrados ne dépassent pas 20 bar. Ce niveau de contrainteest en principe admissible pour un béton projeté à deux jours(résistance à la compression = 1 00 bar). Toutefois, c o m m edans le cas précédent, ces contraintes sont sensiblementtrop élevées pour un béton qui devra travailler dès sa miseen place. De plus, le modèle ne tient pas compte d'un éven-tuel fluage à long terme pouvant accroître considérablementla poussée et par conséquent les contraintes tangentielles.

Nous limiterons donc la contrainte tangentielle dans lebéton à 1 0 bar. Dans ce but, nous mettrons en place descintres qui devront reprendre une partie de l'effort tangentiel.

- 21 -

Cet effort est égal à :

T = 200 x 0, 2 x 1, 0 = 40 t / m

Cintre et béton travaillent en parallèle et les contrain-tes qu'ils subissent sont dans le rapport des modules :

Tc = E c

Si T, = 1 0 bar, nous aurons :

_ , n 2. 100. 000^ 10x = 840 bar

D'autre part, si Si_ et S c sont respectivement lessurfaces, au mètre, du béton et des cintres :

S b +6~c S c = 40 t / m

En utilisant des cintres T H 21 dont la section est26, 8 c m ^ , l'espacement de ces cintres devra être :

26, 86 " 23,8 " f l m

Dans la partie supérieure du puits jusqu'à la cote-12, 25, cet espacement sera pris égal à 1 , 0 m

Toutefois, au niveau de la calotte du futur tunnel del'émissaire (non simulé par le modèle), en raison des ris-ques de concentration de contraintes et de la nécessité delimiter au m a x i m u m la décompression du terrain, l'espa-cement des cintres sera porté à 0, 5 m .

Contraintes dans le terrain

Aucune rupture par cisaillement n'apparaft dans leterrain à la paroi du puits (fig. 6).

3. 3. 25 - Déplacements

Les déplacements radiaux à la paroi du puits dans lesdifférents cas étudiés sont regroupés dans le tableau de lapage 23.

A A A \ / \ / A , 7IT 1

A

1

i

• i

r —

r\

\ \ j

/

C A S 2

Pas de soutènement

C A S 3

Soutènement par 1 0 c m de bétonprojeté

ÇAS__4

Soutènement par 20 c m de bétonprojeté

Fig. 6 - Modèle mathématique - Rupture par cisaillement observées dans les 3 cas envisagés

I

- 23 -

Points

459

439

419

399

379

359

339

319

299

279

259

239

219

199

179

159

Z (m)

0, 00

- 2 , 00

- 4 , 00

-6 , 00

- 8 , 00

-10, 00

-11 ,50

-13, 00

-14, 50

-16, 00

-17, 00

-18, 00

-19, 00

-20, 00

-21, 00

-22, 00

Déplacement radial en m m

sans béton

- 0 , 07

- 0 , 9 4

-1,90

- 2 , 82

- 3 , 6 7

- 4 , 4 4

- 4 , 9 5

- 5 , 4 0

- 5 , 77

- 6 , 02

-6, 10

- 6 , 07

- 5 , 8 7

- 5 , 4 3

- 4 , 51

- 1 , 46

béton projeté10 cm

-0, 11

- 0 , 54

- 1 , 2 7

-1,96

- 2 , 58

-3 ,15

- 3 , 52

- 3 , 87

-4, 14

- 4 , 38

- 4 , 44

- 4 , 53

- 4 , 36

-4 ,25

-3 ,55

- 1 , 08

béton projeté2 0 cm

0,19

- 0 , 34

- 0 , 9 2

- 0 , 31

-1,96

-2,40

-2,69

-2,96

-3,19

- 3 , 3 8

- 3 , 4 6

- 3 , 53

-3,41

- 3 , 50

- 2 , 4 3

- 1 , 1 5

O n constate une limitation considérable de la conver-gence par le béton projeté puisque, sur le diamètre, cetteconvergence passe de 12, 2 m m sans revêtement à 7, 0 m mavec une couche de 2 0 c m de béton.

3. 3. 3 - Conclusions

Sans soutènement, des ruptures se produisent à la paroi dupuits et une altération des marnes serait à craindre.

Avec une couche de 1 0 c m de béton projeté, le niveau descontraintes est élevé et de plus le soutènement n ' empêche pas desruptures dans le terrain.

- 24 -

Avec une couche de 20 c m de béton projeté, les déplacementsradiaux de la paroi du puits sont très limités et aucune rupture n'ap-paraft dans le terrain. Pour limiter les contraintes dans le bétonprojeté et pour éviter des risques de décompression liés à l'excava-tion du tunnel non simulé par le modèle, il est préconisé de mettreen place des cintres noyés dans le béton projeté.

Le modèle par éléments finis ne simule pas l'action de l'eauqui, après l'exécution du puits, exercera une poussée non négligeablesur le soutènement. Cette action est prise en compte dans le calculanalytique plastique effectué au paragraphe 3.2, page 12, en suppo-sant une meilleure résistance du béton projeté (contrainte tangentielleadmissible à 28 jours : 50 bar). L'épaisseur de béton ainsi détermi-née, soit 25 c m , est tout à fait compatible avec celle qui a été déter-minée par le modèle pour un comportement élastique instantané.

- 25 -4 - DEFINITION DES PROFILS-TYPES

4 . 1 - Section courante

Le revêtement du puits en section courante comprendrales éléments suivants (voir annexe 7)

- 20 c m de béton projeté- 2 nappes de treillis soudé 0 5 m m à maille de 1 5 c m

(éventuellement maille rectangulaire + )- des anneaux horizontaux de cintres T H de 21 k g / m l- 12 boulons d'ancrages radiaux par anneau (barres à

béton 0 25 m m , de longueur 3 à 4 m ) distants de2 , 60 m (tous les 30°).

Le paramètre qui servira à adapter le revêtement au b e -soin du terrain sera la distance d'entre anneaux horizontaux. A udépart, elle sera fixée à 1, 50 m . Lorsque trois anneaux de 1, 5 0 mauront été réalisés, il sera jugé, d'après le compor tement du ter-rain, s'il y a lieu de conserver cette distance ou de la réduire.

4 . 2 - Rebords du puits

Afin que le m o u v e m e n t des engins n ' e n d o m m a g e pas lesrebords supérieurs du puits, il est suggéré de prévoir une"margelle" constituée d'un anneau en béton ( B T M ) a r m é , dediamètre intérieur 9, 80 m , de 0, 50 m d'épaisseur et 1 m deprofondeur. Cet anneau peut être directement coulé dans unetranchée creusée depuis la surface. Il faudra prévoir des a r m a -tures de liaison avec le revêtement inférieur en béton projeté.

4 . 3 - Intersection du puits et de la galerie de l'émissaire

L'intersection du puits avec la galerie constitue le pointle plus délicat de l'ouvrage. Il importe de terminer complète-m e n t le puits (y compris la fosse située à l'opposé du tunnel)avant d 'entamer la galerie. Les dispositions suivantes serontprises :

a) Au-dessus du plan tangent à la clé de la galerie, sur 2 m ,la distance entre anneaux de cintres et nappes de boulons seraréduite à 50 c m ; ces anneaux seront les derniers anneaux"complets" (exception faite du dernier cintre en fond de puits)

b) Dans la zone de raccordement de la galerie (depuis l'anneausitué 2 m au-dessus de la clé de la galerie, jusqu'au fond dupuits) l'épaisseur du béton projeté sera d ' au moins 30 c m , cequi obligera à prévoir une surexcavation (rayon 5, 20 m ) .

c) Côté fosse au niveau et en vis à vis de la galerie , le revête-m e n t sera conforme au profil type (voir ci-dessus en 4 . 1) en arrê-tant les cintres au niveau de la ligne d'intersection , cela supposeessentiellement que l'extrémité des cintres soit bien boulonnée àla paroi du puits (annexe 7).

(+) Sous réserve d'avoir une section d'acier de l'ordre de1,2 à 1,5 c m 2 / m de longueur dans les deux sens

- 26 -

d) A l'intérieur de la courbe d'intersection entre le puits et la ga-lerie, les cintres, boulons et treillis seront supprimés, cette par-tie étant destinée à être entaillée ultérieurement, lors de l'exca-vation.

e) Pour la fosse el le-même en fond de puits, un revêtement plusléger pourra être adopté étant donné les plus faibles dimensionsde cette excavation. Le revêtement se limitera aux éléments :

- 2 0 c m de béton projeté (en trois couches)- 2 nappes de treillis soudé

un boulonnage seulement si nécessaire

II faut souligner que toute forme anguleuse est à déconseil-ler. Pour assurer une répartition homogène des contraintes, lesangles seront arrondis, c o m m e l'indique l'annexe 7.

- 27 -

5 - TECHNIQUES D'EXECUTION

5. 1 - Phases d'exécution

L a mise en place du revêtement en un point donné se feradans l'ordre suivant (voir annexe 7)

a) Excavation, ou plutôt mise à nu d'une paroi extérieure du puitssur une distance d prévue entre cintres.

b) Projection de 3 c m de béton immédiatement après le passagede l'engin excavateur, afin de ne pas laisser au terrain le tempsde se décompr imer et de s'altérer.

c) Pose des armatures, c'est-à-dire fixation provisoire du treillissoudé puis mise en place du cintre inférieur, enfin pose des bou-lons à travers les trous prévus dans les cintres.(+/

d) Projection de 12 c m de béton, cette couche devant noyer toutesles armatures, y compris les cintres formant ainsi de petitesvoûtes entre chaque anneau. L a projection se fera en plusieurs passes.

e) Finition du revêtement comprenant la pose de la seconde nappede treillis et la projection d'une troisième couche de 5 c m de béton.Il est conseillé de mettre en place ce revêtement complémentaireavec un certain déphasage par rapport à l'excavation en un point.Cette phase de finition pourrait être confiée à une équipe indépen-dante, qui travaillera en ne gênant pas les travaux d'excavation etde revêtement immédiat . Lorsque la distance entre cintres estinférieure à 1 m , il est r e c o m m a n d é de faire cette finition par pas -ses correspondant à 2 ou 3 passes

5. 2 - Excavation et marinage

Cette question est surtout du ressort de l'Entreprise etdépend du matériel dont elle dispose. Cependant, du point de vuede la méthode autrichienne, il faut souligner les points suivants :

a) II est r e c o m m a n d é de c o m m e n c e r à mettre en place le revête-men t sans attendre que l'excavation complète d'un anneau soitterminée : l'excavation doit se faire progressivement en c o m m e n -çant par la périphérie . Pour les phases a) et b), il suffit d 'un fossécirculaire de 1, 50 m de large ; pour la phase c)un recul de 3 m estnécessaire, afin de pouvoir enfiler les boulons.

b) Pour la stabilité du fond de fouille, il est préférable de laisserun noyau de quelques mètres de hauteur au centre du puits, ce quiconstitue un poids stabilisateur non négligeable (fig. 7 ) .

(+) Lors de la mise en oeuvre du cintre en fond de fouille, cedernier pourra être avantageusement positionné à l'aide de fers àbéton (0 16 ou 20 m m ) soudés verticalement tous les deux mètressur le centre. Ces armatures enrobées ensuite de béton projetérenforceront longitudinale men t le puits.

- 28 -

Terrainencaissant

.Revêtementbéton projeté armé

oyau stabilisateur

Fond de fouille

Fig. 7 - Profil optimal du fond de fouille pendant l'exécutiondes travaux (schéma de principe)

L'esprit de la méthode utilisée et la situation conduisentà envisager une excavation débutant par la périphérie ; étant donnéles faibles dimensions du puits, seule une pelle très petite tour-nant au fond de fouille pourra être utilisée. La machine, travail-lant le long de la paroi, déposera le marin au centre, celui-ciétant repris depuis le haut. L'idéal serait évidemment que leterrain soit assez m o u pour être excavé directement depuis lasurface par une benne preneuse ou une benoto.

Notons enfin qu'il y a tout intérêt à travailler le plus long-temps possible depuis la surface avec une grande pelle hydrauli-que équipée en rétro ou en benne preneuse.

5. 3 - Béton projeté

L'annexe 8 donne des recommandations générales concer-nant la préparation et la mise en oeuvre du béton projeté. Etantdonné le caractère définitif du revêtement, la projection du bétonpar voie sèche est recommandée.

- 29 -

Les caractéristiques mécaniques à obtenir pour le bétonprojeté seront les suivantes :

Temps

48 h

28 jours

Moyenne

1 00 bar

28 0 bar

Min imum

80 bar

2 30 bar

Des essais de projection dans des boites plates seront ef-fectués avant le début des travaux. On projettera deux boites pourchaque composition de béton envisagée, afin de disposer de ca-rottes cylindriques en nombre suffisant.

La projection se faisant sur des parois verticales, le do-sage nécessaire en accélérateur de prise sera seulement de 2 à3 °Jo en poids de ciment. On pourra donc vraisemblablement at-teindre la résistance voulue avec un dosage en ciment de l'ordrede 300 kg par m 3 de mélange sec.

5. 4 - Cintres

Pour renforcer l'action du béton projeté, il est suggéréd'utiliser des cintres métalliques type T H 21 k g / m . Il n'est pasnécessaire que les cintres aient une inertie importante ; leurrôle en effet n'est pas de travailler en arc comprimé, mais dereporter des poussées locales sur les éléments de revêtementvoisins, et de transmettre ces efforts loin dans le massif parl'intermédiaire des boulons.

Il faudra donc :

- bien noyer les cintres dans le béton projeté ; cela suppose queceux-ci aient la gorge ouverte vers l'intrados, et non l'inverse,sinon il ne serait pas possible de remplir la gorge de béton ;

- épingler les boulons à travers les cintres. Deux trous distantsde 2, 60 m seront à prévoir dans chaque élément de cintre, sa-chant qu'un anneau complet sera constitué par six éléments decintres de 5, 60 m chacun (dont 40 c m de recouvrement). Lerayon de courbure intérieur des cintres sera égal au rayon in-térieur du puits, augmenté de 5 c m .

5. 5 - Boulons d'ancrage

5. 5. 1 - Description

II est prévu de mettre en oeuvre des boulons légers,non précontraints et scellés au mortier ou à la résine surtoute leur longueur. Ces boulons sont de simples fers àbéton à double torsade, munis à leur extrémité d'un filetagede 1 0 c m destiné à recevoir l'écrou qui retient la plaque,(plaque 1 5 0 x 1 5 0 x 6 m m ) .

- 30 -

L'écrou et le filetage peuvent être remplacés par unesimple tête forgée qui retient la plaque. Dans ce cas, leboulon est enfoncé à fond après avoir enfilé la plaque surla tige. La butée de la plaque peut être réalisée par deuxmorceaux de fer à béton de 1 0 c m soudés sur les extrémitésd'un diamètre de la tête du boulon, (fig. 8).

5. 5. 2 - Foration

L'expérience acquise dans les marnes stampiennes,lors des travaux de la galerie expérimentale du métro deMarseille, montre que le problème le plus délicat est laforation des trous destinés aux boulons. On constate eneffet que les terrains plastiques bourrent : le fleuret sebloque et n'avance plus. Il sera sans doute impossible deforer en fi 35 m m , alors que ce diamètre serait suffisantpour des boulons de ÇÎ 25 m m ; un diamètre de 42-44 m mpourrait être adopté, en forant en rotation avec un taillantbi-lèvres sur mèche torsadée. La nécessité d'un grosdiamètre écarterait l'emploi de boulons à la résine quiimpose un trou parfaitement calibré avec un espace annu-laire de 1 à 2 m m entre la barre et la paroi. Par ailleursla boue de forage se colle à la paroi des marnes et suppri-m e l'adhérence de la résine.

5. 5. 3 -_Mijïe__en_oeuvre.

Il est souhaitable de mettre en place les boulons leplus vite possible après l'excavation ; cependant il serapeut-être difficile de forer les trous à 30 c m du fond defouille. Dans ce cas, après avoir fixé provisoirementle cintre par des étais ou quelques fers à béton soudésentre cintres, la deuxième couche de béton projeté (12 c m )sera mise en oeuvre sans noyer le cintre et les boulons neseront posés qu'après la passe d'excavation suivante. Cesystème présentera aussi l'avantage de pouvoir laisser enfond de fouille un "noyau" plus important (la contrainte des3 m de recul pour pouvoir enfiler les boulons sera ainsiéliminée^ (figi y)

Pour le scellement des boulons, un mortier de cimentprompt est recommandé avec le dosage suivant :

Ciment 1 )Sable fin 1 ) en poidsEau 0, 35 )

II est souhaitable d'utiliser un sable très fin, afin que lemortier puisse être injecté facilement.

- 31 -

25 m m.rt.

L = 3 - 4 m

a) Barre avec tête réalisée par soudure

\>

Coupe A A

Soudures

Ecrou spécial

b) Barre avec nervures servant de filetage

Fig. 8 - Boulons d'ancrage préconisés pour l'exécution dupuits A de l'émissaire.

- 32 -

La technique la plus c o m m o d e consiste à remplir letrou d'ancrage grâce à une "marmite autrichienne" , quin'est autre qu'une cuve a air comprimé (5 bar) avec uneouverture étanche pour l'approvisionner périodiquement enmortier (fig. 9). U n tube flexible (Ci 1 pouce) est enfoncéd'abord en fond de trou. L'air comprimé est alors ouvertdans la marmite ; une certaine résistance est à opposer àla sortie du tube, de manière à obtenir un remplissage par-fait des vides naturels du terrain (fissures et pores). Dansun trou horizontal, le mortier doit être assez visqueuxpour "tenir" sans bouchon. Le boulon est ensuite enfoncérapidement jusqu'au fond du trou, afin d'injecter le terraindu fait de la poussée. E n fin d'opération, le mortier doitêtre surabondant et sortir par l'espace annulaire entre leboulon et le rocher.

A titre indicatif, il est précisé qu'une équipe de 5 ou-vriers bien entraînés pose un boulon en 2 minutes (non c o m -pris le temps de foration).

5. 5. 4 - Ççmtrôle _du _bou_lo_nnage_

II est très important de contrôler l'efficacité du bou-lonnage par des essais de traction. O n utilise à cet effetun vérin creux permettant de tirer sur l'extrémité filetéedu boulon. La force correspondant soit à l'arrachement pardéchaussement de l'ancrage (boulon + mortier), soit au glis-sement du boulon dans sa gaine, soit à l'enfoncement de laplaque d'appui dans le massif, soit à la rupture de la tigeelle-même, constitue un paramètre caractérisant la qualitédu boulonnage.

Dans le cadre du creusement du puits de l'émissaire deMarseille, cinq essais au moins pour chaque composition demortier ou technique utilisée sont à prévoir. Le test de qua-lité sera d'obtenir dans 80 % des cas une résistance de :

8 tonnes à 12 heures16 tonnes à 8 jours

fi 30-40 m m

Piéton projet j

1 - Foration du trou

Mortierplastique

Rondelle

Anneau decaoutchouc

Tube PVC

Flexible

P o m p e à injectionde mortier

airomprimé

Mortierlastique

2 - Mise en place du mortier

(hVVVVVÁ

3 - Enfoncement du boulon

IVVyV

4 - Serrage de l'écrou(après prise du mortier)

Fig. 9 - Mise en oeuvre de boulons à ancrage réparti avecscellement au mortier injecté

- 34 -

6 - CONTROLE ET AUSCULTATION

6 . 1 - Position du problème

Le contrôle du comportement d'un ouvrage souterrain ou"auscultation1,1 est une opération qui fait partie intégrante de la nou-velle méthode autrichienne. Il comprend des mesures et obser-vations destinées à analyser non seulement les comportementsmécanique et hydraulique du massif rocheux, mais égalementl'influence des phases d'excavation et l'efficacité du revêtementmis en oeuvre.

L'objectif prioritaire de l'auscultation est de déceler toutedéformation qui puisse aboutir à un accident, mais aussi d'adap-ter le plus exactement possible le soutènement de l'excavation auxconditions de terrain rencontrées. L'entreprise peut donc en at-tendre une sécurité accrue et éventuellement des économies im-portantes dans les quantités mises en oeuvre. Les résultats ducontrôle permettent dans certains cas de faire des réductions no-tables du revêtement.

6. 2 - Les moyens d'auscultation

De nombreux moyens, utilisés couramment pour l'auscul-tation des tunnels et des talus rocheux, sont applicables au casd'un puits.

Etant donné l'amplitude des déplacements attendus, ilconvient de mettre en oeuvre un certain nombre de dispositifspourvus d'une sensibilité de l'ordre de 0, 1 m m . Différentes tech-niques d'auscultation sont à distinguer :

- les mesures de déplacements

. mesures de déplacements absolus - en général par procédésoptiques (topographie)

. mesures de déplacements relatifs - le plus souvent par voiemécanique - ; elles comprennent entre autres l'extenso-métrie (mesure de la variation de distance entre deux points)les mesures de convergence et au clinomètre.

- les mesures de contraintes

II est à noter que la mesure de déplacements absolus néces-site la présence de points de références fixes, soit en surface, soiten profondeur. Ces points de référence doivent être d'autant pluséloignés des points de mesure que les déplacements attendus sontplus grands.

- 35 -

La surveillance de la valeur des contraintes dans le revête-ment est à prévoir pour compléter les mesures de déplacements.Il convient de procéder à un nombre suffisant de mesures pour queles résultats puissent être interprétés de manière satisfaisante.

6. 2. 1 -

La pose de repères topographiques permet de connaîtreles déplacements horizontaux ainsi que les tassements, aufur et à mesure de l'avancement des travaux, dans une zoneen surface autour du puits (et aussi dans la fouille). Le nivel-lement et la triangulation classiques peuvent être utilisés.Des repères fixes doivent être matérialisés à proximité del'ouvrage , hors de la zone d'influence.

6 .2 .2 - Extensomètres en sondage

Les extensomètres permettent de mesurer les déplace-ments relatifs d'un ou plusieurs points d'un sondage. Les ap-pareils (type I N T E R F E L S ) comprennent une ou plusieurs tigesrigides scellées au fond du trou et en différents points du son-dage et guidés jusqu'en surface. L'observateur mesure, àl'aide d'un comparateur, les déplacements longitudinaux del'extrémité de chaque tige sur une table de lecture scellée entête du sondage. Il est donc possible d'évaluer avec une pré -cisión de 0, 1 m m le déplacement relatif entre chaque pointd'ancrage et la tête du sondage.

Des extensomètres simples (fig. 10), aune seule tige,constituent l'appareillage le moins élaboré, mais un m ê m esondage peut recevoir jusqu'à six tiges. La mise en placed'extensomètres multiples permet de cerner la zone d'in-fluence du creusement durant les travaux.

Chez certains fournisseurs, les tiges sont remplacéespar des fils sous tension constante avec un poids accrochéà l'extrémité extérieure et une poulie de renvoi.

6. 2. 3 -

Les mesures de déplacement autour du puits sont complétées par le contrôle du rapprochement de plots scellés dansla parois rocheuse ou du revêtement immédiat de l'excava-tion. Les mesures peuvent se faire rapidement derrièrel'attaque puisque le scellement d'un plot ne nécessite quela foration d'un trou de 30 c m . Les règles de convergencegénéralement utilisées (ruban d'invar tendu) autorisent uneprécision de mesure de 0, 1 m m .

-36 -

Extensometre à barre scellée

barre ancrée

Comparateur

Ancrage

tête encastrée solidaire du terrain

Fi g. 10 - Schéma montrant le fonctionnement d'un extensomètre simple

- 37 -

6. 2 . 4 - Çlin_qmètre_

Le clinomètre permet de déterminer la déformée d'untrou de sondage à l'aide d'une sonde mobile, suspendue àun câble et guidée dans le forage par les rainures d'untubage spécial. La sonde clinométrique comprend, à l'inté-rieur, un pendule qui permet de connaître l'inclinaison del'appareil, donc du trou, tout au long de ce dernier. U nsystème couramment utilisé est celui du "clinomètre àpotentiomètre", fournissant une précision meilleure que0, 1 degré (fig. 11).

6. 2. 5 - Çejhue_s_d _me_suje_s_de_£o_ntr_ain_te_s_

Disposées au contact revêtement-rocher ou dans lerevêtement l u i -même , les cellules de mesure de contraintespermettent de mesurer les poussées transmises par le m a s -sif au revêtement (contraintes normales) et l'état de contrain-te dans le revêtement lu i -même (contraintes tangentiéTlës),c o m m e le montrent les schémas des figures 12 et 13. Lecorps de ces capteurs de contrainte, de type G L O E T Z L , estconstitué d'un vérin plat rempli de mercure . Ce fluide trans-met la pression exercée sur le vérin à l'une des faces d'unem e m b r a n e , dont l'autre face reçoit une pression d'huile ex-térieure développée à l'aide d'une p o m p e . L a m e m b r a n ejoue le rôle d'une soupape dont l'ouverture coincide avecl'apparition d'une pression extérieure supérieure à celledu vérin plat. La valeur de la contrainte sur le vérin platdécoule immédiatement de la connaissance de cette pressionextérieure. U n tube de compensation permet, par son écra-sement, de rétablir le contact vérin plat - revêtement aprèsle retrait qui accompagne la prise du béton (fig. 12).

6. 3 - Auscultation préconisée pour le puits A de l'émissaire sudà Marseille

Le p r o g r a m m e d'auscultation préconisé pour le puits A dudeuxième émissaire de Marseille est représenté en annexe 9 .

6. 3. 1 - Aus_cultatio_n_d_e_s_urfaxe_

Des repères topographiques seront fixés sur deux dia-mètres orthogonaux, parallèles et perpendiculaires à lagalerie. Pour chacun des rayons ainsi déterminés, quatrerepères au moins seront disposés respectivement à 1, 5 m ,5 m , l O m e t Z O m du bord du puits.

Il sera nécessaire de protéger ces installations contretoute détérioration accidentelle au cours des travaux.

- 38 -

a) Principe de l'auscultation

déformée dusondage ^ " \ ^

Puits

1111

f\>C !11

/

i11x\

1111

Hjt

/

/

/

/

/

/

b) Principe de l'appareillage

Fig. 11 - Clinomètre à potentiomètre - Principe defonctionnement

- 39 -

Vérin plat

Conduit deraccordement

Soupape

Tube decompensation

Conduite de pression

Conduite de retour ^

Fig. 12 - Cellule de mesure de contraintes (type Glötzl)

Cellule pourcontrainte normale—

Galette de mortie

Revêtement

Cellule à tube de compensationpour la contrainte tangentielle

Fig. 13 - Disposition des cellules de contrainte pour chaquepoint de mesure

- 40 -

6. 3. 2 - _ i £ £ _

Le contrôle du puits par extensométrie prévoit :

a) 2 extensomètres, radiaux et horizontaux, l'un triple,l'autre simple, à la cote - 5 m dans les m a r n e s gré-

seuses sur deux rayons perpendiculaires. Les ancragesseront situés à 15 m , 5 m et 2 m pour le premier, 5 mpour le second.

b) 1 extensomètre double horizontal à la cote - 1 7 m . Lesancrages seront situés à 1 0 m et 5 m du bord de l'exca-vation

c) 1 extensomètre simple horizontal ancré à 5 m à la cote- 17 m perpendiculaire à l'extensomètre b.

6. 3. 3 - Pxofil£_de__ÇÇ nver_g_eji£e_

L a convergence des parois du puits sera contrôlée danstrois plans horizontaux situés aux cotes 5, 1 0 et 17 m , chaqueplan de m e s u r e comportant huit plots. Il est nécessaire depouvoir effectuer les premières mesu res le plus rapidementpossible après l'abattage. L a fréquence des mesures décroî-tra au fur et à mesure de l'éloignement du front d'attaque etde la mise en place du revêtement.

6. 3. 4 - Çlinomè_tr_e_

U n sondage d'un diamètre de 70 m m environ sera exécutéà 1, 5 m des bords du puits et descendra de 25 m dans lesm a r n e s . Il sera équipé d'un tube rainure, de façon à déter-miner avant le début de toute excavation le profil du trou dansdeux directions perpendiculaires. Les mesures à exécuter aucours des travaux fourniront, à partir de ce profil de référence,les déplacements sur toute la longueur.

D e u x précautions seront à prendre :

- implanter un repère topographique extérieur au niveau de

la tête du tube rainure, de façon à mesure r son déplacementhorizontal absolu ultérieur ;

- protéger efficacement la tête du tube, tout en lui conservantun accès facile.

(+) Cote à partir de la tête du puits

- 41 •

6. 3. 5 - Capteurs de pression.

Pour avoir une information suffisamment précise, huitpoints de mesure seront équipés chacun de deux cellulesG L O E T Z L (fig. 12 et 13 ).

- l'une au contact rocher-béton, tangentie Ile ment à la paroidu puits (type F 15. 25 Q F 50) pour évaluer la contrainteradiale exercée par le massif sur le revêtement ;

- l'autre noyée dans le revêtement, dans un plan méridien(type B 10-20, Q M 200 à tube compensateur N 10) pourmesurer la contrainte tangentielle dans le revêtement.

Elles seront implantées dans une section horizontaleà une profondeur de 10 m dans les marnes .

6 .4 - Estimation du coût de l'auscultation du puits (septembre 1973)

6. 4 . 1 - Ap_p_are_illage_

a) Extensomètres Interfels

- 1 extensomètre triple 655 D M- 1 extensomètre double 555 D M- 2 extensomètres simples

à tête encastrée : 270 x 2 540 D Mtiges d'extension :

51 m à 15 D M 765 D MEmballage du matériel 120 D M

2.635 D M x 1, 76 F = 4.637, 60 F

T . V. A . 20 % 927, 52 F

b) Profils de convergence Interfels

- Boulons de convergence24 à 16, 70 D M 400,80 D M

- Calottes de protection24 à 1,80 D M 43. 20 D M

440 D M x 1,76 F = 781,44 F

T . V. A . 20 % 156,28 F

à reporter 6. 502, 84 F

- 42 -

report 6. 502, 84 F

c) Cellules GlOtzl- Cellules F 15/25 Q F 50 pour

contact béton-terrain8 à 345 D M 2. 760 D M

- Cellules B 10/20 Q M 200avec tube de compensationpour béton

8 à 360 D M 2. 880 D M- Répartiteur de pressions

10 points 800 D M

6.440 D Mx 1, 76 = 11. 334,40 F

T. V . A . 20 % 2. 266, 88 F

d) Clinomètre Terratest

- Tubes rainures en longueur de3 m : 150 F .

9 éléments à 150 F. 1. 350 F- Manchons de 1 5 c m

8 à 65 F 520 F- Obturateurs

2 à 65 F 130 F

2. 000 F 2. 000, 00 FT . V. A . 20 % 400, 00 F

MATERIEL, TOTAL T. T. C 22.504,12 F

(Transport en sus environ 400 F . )

6. 4. 2 - Mise à disposition du personnel

a) Installation des appareils

La journée de technicien supérieur 59 0 FPrévoir :

extensomètres : 6 j.tube inclinométrique : 1 j.cellules Glötzl ; 2 j.

soit.... 9 j x 590 = 5.310,00 F

à reporter 27.814,12 F

- 43 -

report 27. 814, 12 F

Déplacements du personnel

Pr_em_ie_r_voyage et pose du tubeinclinométrique :Trajet Orléans - Paris - Marseille -Orléans en véhicule type 404 PeugeotPrévoir 2. 000 k m à 0, 38 F le k m 760, 00 FPrévoir 3 jours de technicien à 590 F 1. 770, 00 F

Pe_u_3£ième_voj[a£e_et pose de l'extenso-mètre triple et des cellules GlötzlTrajet Orléans - Marseille - OrléansPrévoir 1. 400 k m à 0, 38 F 532, 00 FPrévoir 2 jours de technicien à 59 0 F 1. 180, 00 F

) Location du clinomètre TerratestHors taxes : 1.200 F par mois

pour 2 mois 2. 400, 00 F

c) Mesures sur les appareils

La série de mesures sur tous les appa-reils (extensomètres, inclinomètre,mesures de convergence, cellules Glötzl),dépouillement des résultats, tracés descourbes représentatives des variationsde mouvements

1/2 journée de technicien à 59 0 F/jourPrévoir au moins 10 séries de mesuresc'est-à-dire 5 journées de technicien 2. 950, 00 F

TOTAL GENERAL 37. 406, 12 F .

- 44 -

7 - QUANTITES MISES EN OEUVRE

7. 1 - Puits de section circulaire

Ces quantités se réfèrent à un puits de 1 7 m de hauteur,surmontant une fosse de déchargement profonde de 5 m .

- Volume à excaver 1. 700 m 3- Surface latérale du puits et de la fosse 700 m 2- Cube de béton projeté en place 160 m 3- Nombre de boulons d'ancrage 025 , L = 3 m 200

soit en poids 2, 3 tonnes- Mortier de ciment prompt 1 m3- Cintres : longueur (avec recouvrement de 40 cm) 345 m

soit en poids 21 kg/ml 7, 3 tonnes- Treillis soudé par panneaux 180 x 5, 60 m

(0 5 m m , maille de 1 5 m m )90 panneaux de 21 kg 1,9 tonne

7. 2 - Puits de section elliptique

Du fait de la faible excentricité de l'ellipse, les quantitésmises en oeuvre sont très voisines dans les deux cas. Signalonsseulement les points suivants :

a) Les cintres devront être livrés avec deux courbures différentes,soit pour chaque anneau :

4 éléments de courbure intérieure 7,15 m , de longueur 4 , 40 m4 éléments de courbure intérieure 3, 65 m , de longueur 4, 1 0 m

b) L'ellipse étant formée de 4 arcs de cercle, il y aura lieu de ren-forcer le boulonnage aux 4 points de changement de courbure. 16boulons par anneaux seront à prévoir, au lieu de 12 prévus pourla section circulaire.

- 45 -

8 - CONCLUSIONS

Les conditions géologique, hydrogéologique et géotechniqueau droit du futur puits A de l'émissaire sont particulièrement favora-bles pour l'exécution de l'ouvrage dans l'esprit de la nouvelle méthodeautrichienne. Cette méthode, généralement appliquée pour la cons-truction de tunnels, peut avantageusement être suivie - moyennantquelques adaptations - pour l'exécution d'un puits, m ê m e de grandedimension.

L'ouvrage traversera, sur la quasi totalité de sa profondeur,les marnes sableuses du Stampien. Ce matériau tendre, mais ayantune bonne cohésion et un angle de frottement suffisant, s'excavera m é -caniquement sans difficulté et présentera une tenue permettant un ren-dement particulièrement bon de la méthode. La présence d'un bancde poudingues plus résistants - d'une épaisseur de 1, 70 m - juste enclé de la galerie, constitue un élément extrêmement favorable pourla stabilité, dans une zone où les cintres horizontaux cesseront deconstituer un anneau fermé en raison de la présence de la galerie.De plus l'effet drainant du niveau de poudingues pourra avantageuse-ment être mis à profit au cours des travaux. Les drains de contactbéton-terrain (demi-tubes P V C disposés selon des génératrices dupuits tous les mètres) seront à prévoir à partir de ce niveau de pou-dingues.

Le calcul des contraintes et des poussées, effectué dans lecas de plusieurs hypothèses élastique et plastique, avec ou sans près -sion d'eau, a permis, en choisissant l'hypothèse la plus pessimiste,de dimensionner le soutènement en béton projeté. L'épaisseur cal-culée tient compte du caractère définitif de l'ouvrage. Le modèlemathématique a mis en évidence une déformation acceptable de la pa-roi du puits, mais aussi la possibilité de désordre en cas d'absencede revêtement.

Le revêtement de béton projeté armé (treillis et cintres)et également boulonné au terrain a été largement dimensionné, demanière à assurer le caractère définitif de l'ouvrage et également àpallier à une éventuelle déficience du boulonnage, toujours délicatdans les marnes. Concernant ce dernier point, des essais préalablesde boulonnage sont recommandés.

Un large programme de contrôle et d'auscultation a étéprévu afin d'avoir de grandes garanties concernant la sécurité, tantlors de l'exécution des travaux que pendant l'exploitation de l'ouvrage.Ces résultats des mesures permettront d'envisager à l'avancementune éventuelle réduction des moyens de soutènement et du revêtementsi les déplacements restent réduits. Cette contrainte relative àl'auscultation, que le constructeur doit s'imposer, trouve une compen-sation inestimable dans les garanties offertes, et l'économie qu'ellepeut permettre de faire sur l'ouvrage.

ANNEXE 1

LOG DU SONDAGE C9

situé au droit du puits A du deuxième émissaire de Marseille

ESSAIS GEOTECHNIQUES SUR LES ECHANTILLONS P R E L E V E S

cix-esî-prover.ce

E . G . C . E

CONSTRUCTION DU' 2e-"( EMISSAIRELieu •( P*«rgr<jto

TKT+fV

2 - 2 au Ö - 2 - 7 !

, 1, O O o

4 20 '

U 6

'17

_ - 20

Z1-

II

11

lu-

25(30 25

R e n b I a i

E bou!¡s íe peníepe nre

M a r n e jaune

M o r n e sableuse grise

Poudingue ovtc passadele a peu Cimenie

M o r n e sableuse gri«

o

- O .

CC

100%

100%

rc\'.yc<ner:\ j'ce h o nfri 11 a n s in lg j t

1. de 8 50 a 3 30

2 - 15.10 - 15 ¡0

3. - 2120 - 21 TO

Miveout deju ojjservéî : ( N . ^ . F

- 4 - _

fi - - « + ^° ' 9 5 ("uri")

Miveau de lo nappe s + lo,i

Arrêt- du sondage à 25.00

Sondage n*

Echantillon n'

Profondeur en mètres

Nature des matériaux

Teneur en eau naturelle

Densité app. humide . .

Densité app. sèche

Poids spécifique

Degré de saturation . .

GHANULOMETRIE

% éléments > 0,5 m m

% éléments 0,5/0,05 . .

% éléments < 0,05 . . .

LIMITES D'ATTERBERG

Limite tie liquidité

Limito d e plasticité

Indico de plasticité . . . .

COMPKL'SSION SIMPLE

Itóriütanco en bars

CISAILLEMENT RECTILIGNE RAPIDE

Anglo du frottement Interne . .

Cohéclon on bars

aWRESSIBILITÉ PERMÉABILITÉ

Indico des vides en fonct. de p

Indice de compressibilité . . . .

Coefficient de consolidation encm-'/3

Coefficient do perméabilité enc m / s

W %

YYd

Y»

S%

Rc

<P#

le

Cv

Ko

1

8,50 / 8,80

marne légèrement

silteuse friable

à dure

gris-verdâtre

H,62,22

1,94

1

uLp

«P

914

77

9

2 • . ' • ' •"

15,10 / 15,60

^poudingue

peu cimenté

V,54

158,0

21,20 /21,70

marne silteuse

dure

grie-bleu

10,3

-, 2,29

2,07

5

44

51

21,3

ANNEXE 2

NOTE DE CALCUL RELATIVE A LA COMPARAISON

DES SECTIONS CIRCULAIRE ET ELLIPTIQUE

Considérons une section horizontale du puits sans revêtement ;on peut l'assimiler à une plaque indéfinie, percée d'un trou elliptiqueet soumise à l'infini à un champ de contraintes hydrostatique p , avec

Po = 1 - Vy Coefficient de Poisson

, Z Poids des terres

1/2 petit axe a = 4,10 m1/2 grand axe b = 5,40 m

c = b2-a2 = 3, 52 m

t 1 f '

Fig. 2-1 - Coordonnées elliptiques,charges et contraintes

Repérons les points du plan par leurs coordonnées elliptiques

, t )Mx = c shw sin Cy = c chv? cos fc,

Les ellipses homofocales à la cavité ont pour équationvl = et ; c o m m e cas particulier, la paroi de la cavité a pour équation\ =\> avec ch»L= —

i" c

- 2 -

Les hyperboles homofocales conjuguées ont pour équation £ = et. ;en particulier l'axe des x a pour équation £ = _ 2 _ et l'axe des y, L - 0

Le calcul analytique a été fait dans l'hypothèse élastique parH I R S C H F E L D ( + ) . En un point M (v£ , & ), les composantes du tenseurcontrainte (tangentes à l'ellipse et à l'hyperbole orthogonales passantpar ce point) s'écrivent :

Sh2tchZ>l + ch2v?« - 2 cos 2 ¿

- cos 2^)2

= p o # sh2*¿ (ch 2<£ - eos 2t,)¿ (1)

Application : Calculons l'état de contrainte en différents pointsdes axes. A la paroi, il suffit de faire « = V?<» . L'ellipse homofocale pas-sant par le point d'abscisse a¿ a pour équation paramétrique

x = ai sin t-, ai = c. sh W iavec

y = bi cos Z-, bi = c. ch Yj i

O n calcule ainsi la valeur {\ i caractéristique de l'ellipse considérée,que l'on reporte dans les équations (l) en faisant £ = IL. . On procède dem ê m e pour avoir la valeur des contraintes en un point d'ordonnée b; dugrand axe, en faisant £. = 0.

Il est intéressant de comparer ces valeurs de contrainte à cellesproduites par une cavité circulaire de rayon a. = 5 mètres, calculéespour un point situé à la m ê m e distance de la paroi. Le calcul élastique,classique, donne les résultats suivants :

(2)a2

(Tr - Po (1 - 7 T )

r étant la distance à la paroi

(+) "Stollen mit elliptischem Querschnitt" in Schweiz. BauzeitungN ° 8, Feb. 1955 (p 102-108)

- 3 -

Les résultats sont rassemblés dans le tableau suivant

Contraintes tangentielles (pour p_ = 1 )

Distance à laparoi

r

0, 000, 601, 603,54

0, 000, 751,964, 108, 20

Ellipse

r<

2, 642, 10

1,691, 36

1,521,461,371, 26

Cercle

&

2, 001, 801,571,34

2, 001,751,511, 301,14

Grand axe (£>= 0)

Petit axe

Contraintes normales

Distance à la paroir

0, 000, 601, 603,54

0, 000, 751,964, 10

Ellipse

(TÍ0, 000, 360, 630, 82

0, 000, 1550, 350, 58

Grand axe

Petit axe

Notons donc que la contrainte tangentielle à la paroi du grand axeest multipliée par 1, 32, et à la paroi du petit axe par 0, 76. Elle y tendvers zéro quand l'excentricité augmente et ne peut devenir négative sile régime est hydrostatique.

fuufo circulaJre de. Sm de foMCorJzaJntes Sur un fixuon. -

¡ultb eJlibt&ULC. Confiainfe. ôar Je. ortend a/c

h'q.X-Z. ConAdintci au. voijintiqe. aiune, ca.virt eJlij^tt

A.F.T.E.S.GROUPE DE TRAVAILBETON PROJETE

ANNEXE 8

TEXTE PROVISOIRE DES R E C O M M A N D A T I O N SSUR LA MISE EN Œ U V R E DU BETON PROJETE

D A N S LES TRAVAUX SOUTERRAINS

AVANT APPROBATION DEFINITIVE, l'A.F.T.E.S.recueillera avec intérêt toute suggestion relativeà ce texte.

Première partie : R E C O M M A N D A T I O N S RELATIVES A LATECHNOLOGIE ET A LA MISE EN Œ U V R E DU BETONPROJETE.

1 — POSITION DU PROBLEME.2 — DEFINITIONS.3 — LES CONSTITUANTS

3. 1 — Les granulats,3. 2 — Les ciments,3. 3 — L'eau,3. 4 — Les adjuvants.

4 — PRESCRIPTIONS SUR LE BETON FRAIS4. 1 — Composition,4. 2 — Consistance.

5 — MISE EN Œ U V R E DU BETON PROJETE5. 1 — Préparation de la paroi à traiter,5. 2 — Drainage des eaux à !a paroi à traiter,5. 3 — Armatures,5. 4 — Malaxage, refoulement,5. 5 — Projection,5. 6 — Conditions de surface,5. 7 — Utilisation de produits de cure,5. 8 — Projection par temps froid,5. 9 — Boulonnage.

6 — CONTROLE ET MISE EN EVIDENCE DE LA QUALITEDU BETON PROJETE

6. 1 — Contrôle des constituants et de l'instal-lation,

6. 2 — Prélèvement d'échantillons,6. 3 — Fréquence des prélèvements,6. 4 — Essais sur échantillons au laboratoire,6. 5 — Essais en place,6. 6 — Essais d'adhérence.

Deuxième partie : sera rédigée ultérieurement.

Projet présenté par C . LOUIS (animateur du groupe detravail N° 6) avec la collaboration de

M M .ANDRIEU,AURRAN,BAUDU,BONNAIRE,CARPENTIER,COLLA,C O M B E ,DIERNAT,D U C O R N O Y ,DUFFAUT,DUVAULT,FINDELING,GESTA,KERISEL,

L A C H A U D ,LEGRAND,LESTRAT,L'HOSTIS,LONGELIN,M A L C O R ,MARIN.PLISKIN,PREVOSTAT,RESCOUSSIER,RESSE,SAILLET,TRUFANDIER,VAN DEN BOGAERT,VINCENT.

Ce document a été établi essentiellement à partir :— du projet de normes allemandes de

« béton projeté » (Deutsches Beton Ve-rein 18 avril 1972).

— des documents E.D.F. préparés dans lecadre de ce groupe de travail (notesE.D.F. R.E.H. Alpes Nord du 28-9-1972).

— des communications présentées au Collo-que sur le Béton projeté de Stuttgart les2 et 3 novembre 1972.

— de l'expérience allemande de béton pro-jeté.

A V A N T - P R O P O S

Co projet de recommandations concerne la mise enœuvre du béton projeté utilisé c o m m e soutènement, ouen lieu et place de soutènement, et c o m m e revêtementpour la construction d'ouvrages souterrains, quelle quesoit leur nature.

L'utilisation du béton projeté est envisagée dansl'esprit de la « nouvelle méthode autrichienne de cons-truction de tunnels » ou des méthodes similaires. Dans¡app'ication de ces méthodes, c'est en règle généralele béton projeté qui est mis en œuvre et non pas dumortier projeté ou gunite (voir les définitions du pro-cha>n paragraphe). Cette restriction s'explique unique-ment pour des questions de résistances mécaniques.Dans le cas de mortier projeté, ces dernières sont géné-ralement insuffisantes.

La mise en œuvre du béton projeté en travaux en sou-terrain intervient essentiellement dans deux cas bien dis-tincts, à savoir :

— comme moyen de soutènement, seul ou associé àd'autres, avec une mise en œuvre immédiate aprèsl'excavation au front de taille. La mise en œuvradu béton projeté a lieu sur le terrain. Il constituaessentiellement une « peau de confinement », soupleet continue.

— c o m m e revêtement lorsque la mise en œuvre dubéton projeté a lieu dans une phase ultérieure àl'excavation au front de taille. Le délai entre l'exca-vation et la mise en place du béton projeté est alorsarbitraire. La projection du béton intervient sur unsoutènement provisoire quelconque ou sur le terrainlui-même, lorsque ce dernier est stable sans agentde soutènement.

La mise en œuvre de la nouvelle méthode autrichienneou de méthodes similaires sous-entend la maîtrise de latechnologie du béton projeté. C'est la raison pour laquellele présent projet de recommandations portera d'abord surla technologie et la mise en œuvre du béton projeté (puis-qu'il n'existe actuellement en France aucune recomman-dation dans ce domaine) ; cette première partie étant sui-vie de prescriptions liées à l'application de la nouvelleméthode autrichienne ou méthodes similaires.

PREMIERE PARTIE

1. — POSITION DU PROBLEMELes recommandations formulées ci-sprès l'ont été dans

l'optique d'une utilisation de béton projeté en travauxsouterrains. Moyennant certaines rectifications ou adapta-tions, ces recommandations pourront cependant être sui-vies pour toute autre utilisation du béton projeté, notam-ment pour les travaux en surface.

2. — DEFINITIONS

Le béton projeté (Spritzbeton, Shotcrete) est un bétonmis en œuvre par refoulement dans une conduite et pro-jeté sur une paroi par un jet d'air comprimé.

Le mortier projeté, souvent désigné par le terme« gunite » (Spritzmortel, gunite) est un matériau pro-jeté dans lequel les granulats ont une dimension infé-rieure à 3,25 m m (Module A . F . N . O . R . 35). Cette défini-tion est donnée essentiellement pour la distinguer de laprécédente ; dans la suite, il ne sera question que debéton projeté.

Il existe actuellement deux grandes techniques deprojection :

— par voie sèche— par voie mouillée

c o m m e le schématise la figure 1. La distinction s'établità partir de la position de l'introduction de l'eau degâchage du béton dans le circuit de mise en œuvre dubéton projeté.

Dans la projection du béton interviennent :— la machine à projeter (machine à refoulement

pneumatique ou pompe à béton).

— la conduite d'amenée du mélange sec ou mouillé,

— la lance, qui est le dispositif situé en bout de laconduite d'amenée du mélange. Sur ia ¡anca sontreliés les tuyaux d'approvisionnement :

• en eau et éventuellement adjuvants liquides, pourla projection par voie sèche,

• en adjuvants liquides et dans certains cas en aircomprimé pour la projection par voie mouillée.

Il est convenu de désigner par le terme « porte-lance »l'ouvrier ou le dispositif qui exécute la projection.

Dans la projection par voie sèche, l'air comprimé estIntroduit à la machine et propulse le mélange sec (gra-nulats, ciment et éventuellement adjuvants en poudre)par la conduite d'amenée vers la lance où l'eau et éven-tuellement des adjuvants liquides sont introduits.

Dans la projection par voie mouillée, la machinepropulse le mélange (granulats, ciment, eau sans accélé-rateur de prise) préalablement gâché selon les pro-cédés traditionnels.

La propulsion du mélange mouillé est réalisée :

— soit dans un Jet d'air comprimé (dans la conduite).Le mélange est alors en suspension dans le flotd'air (le flux est « dilué ») ;

— soit par l'action d'une pompe à béton, la conduitene véhicule alors pas d'air (le flux est dense).

Dans cette technique de projection par voie mouillée,l'accélérateur liquide est toujours introduit à la lance.

FIG. N 1 DIFFERENTES TECHNIQUES DE PROJECTION DE BETON

Granulats .ciment , accélérateurs en poudre

PROJECTION

PAR

VOIE SECHE

Air comprime Mélange dans flot d'air

EauLiquide

Adjuvantséventuel

PROJECTION

PAR

VOIE MOUILLEE

A FLUX DILUE

r..Béton frais mouillé

Air comprimé Mélange dans flot d'air

PROJECTION PAR

VOIE MOUILLEE

A

FLUX DENSE

rBeton frais mouillé

. . P o m p e à bétonAccélérateur liquide

••—7~

Air comprimé

41

LES CONSTITUANTS

3 1 — Les granulats

Les granulats doivent être conformes aux normesA.F N . O . R . N F . P 18-301 et 304. Leur teneur en eau à lamachine à projeter doit être homogène et rester faible,m a s non nulle, pour la projection par voie sèche.

Le rendement de la projection du béton, défini c o m m eet." nt le rapport en volu.ne du béton en place et dubét~n préparé, et sa résistance après durcissement sont!,és entre autres à la granulométrie des granulats.

Le rondement, en particulier, sera d'autant plus élevéque la granulométrie sera plus continue. La figure 2donne, à titre indicatif, deux exemples de fuseaux granu-lométriques satisfaisants pour la projection par voiesèche ou mouillée. La tolérance admissible autour de'?. courbe granulométrique optimale fixée par le maîtred'œ'jvre, suite à des essais préalables, sera de plus oum e n s 5 °o.

3. 2 — Les ciments

Les ciments employés doivent être conformes auxnormes en vigueur (notamment en juin 1973 les normesA . F . N O . R . N.F.P. 15 - 101, 102 - 300, 302 à 313, 350) ; sice n'est pas le cas, une étude préalable est à prévoir.

L' tilisation de mélanges est possible, après étudesspéciales.

Des prescriptions spéciales peuvent intervenir selon letype et l'usage de l'ouvrage et selon la nature des eauxpouvant être rencontrées. La percolation de l'eau à tra-vars le revêtement peut augmenter l'agressivité (*).

3. 3 — L'eau

L'eau de mouillage doit être conforme à la normeA . F . N O . R . N.F. P 18-303.

3. 4 — Les adjuvants

3. 4. 1 — Les accélérateurs de prise

Les accélérateurs de prise devront être l'objet d'uncontrôle poussé. Pour ce contrôle, quelques remarquess'imposent, no tamment concernant les points critiquessuivants :

— les accélérateurs de prise devront être compatiblesavec le ciment utilisé ;

— leur influence sur les caractéristiques du bétondevra être connue et acceptée par le maître d'eeu-vre, uns étude préalable de cette influence seranécessaire dans chaque cas particulier ;

— les accélérateurs de prise devront, de plus, satis-faire aux normes de sécurité du travail et ne pascorroder les armatures.

3. 4. 2 — Autres adjuvants

Les autres adjuvants du béton projeté seront soumis auxm ê m e s régies que celles relatives aux accélérateurs deprise (paragraphe 3. 4 . 1) ; ils seront de plus compatiblesavec ces derniers.

l") A titre indicatif il est rappelé qu'en présence d'eau sulfatésles ciments CPA à faible teneur en C3A (aluminate tricalciqu»),CPAL ou CPALC avec clinker à faible teneur en C3A et les cimentsà forte teneur en laitier sont recommandés (voir circulaire n* 44 du1S juillet 1967 du Ministers de l'Equipement et du Logement), etque pour les eaux acides, eaux d'égouts et eaux de percolation IIconvient de choisir des ciments à faible teneur en chaux (cimentade laiüar et ciments pouzzolanniques).

FIG. N 2 FUSEAUX GRANULOMETRIQUES OPTIMAUX POUR LA PROJECTION OU BETON

COVPTE TENU DE L'EXPERIENCE ACTUELLE / 1973 / GRANULATS SEULS

100

90

80

70

^ 60

C

°> 50

CO

co

1 3020

10

0Modules

Tamis [jl

Passoires 0

SABLES

Gra

20

0.08

0.10

lulats

concas

y.

23

0.16

0.20

pour 0

béton [

voie m

(seV

26

0.315

0.40

max.= 8rrrojete pouillée

/ \

29

0.63

0.80

mar,

-k>

/

\\ 1 Granu

32

1.25

1.60

GRAVILLONS

S

/

]~pour 0 m a ;béton projvoie séch

lats roulés et lavés

35

2.50

3.15

38

5.00

6.30

/

i.- 16mm

2tè pari

41

10.0

12.5

44

20.0

25.0

At BF.TON PROJETE PAR VOIE SECHE

ON

CCD

CO

co

1-

Modules

Tamis lj]

Passoires 0

00

90

80

70

60

50

-in

30

20

10

0

GraC(

. . — - ^

20

0.08

0. 0

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)ncassj

23

0.16

0.20

SABLES

\

26

0.315

0.40

ÏGr

29

0.63

0.80

anulats r<

32

1.25

1.60

GRAVILLONS

iules

y

/

et lavés.

35

2.50

3.15

38 41

i

5.00 , 100

6.30 1 2.5

44

20.0

.•5 0

B) BETON PROJETE PAR VOIE MOUILLEE

O N

cCD

coi—

MIS

/

H

Modules

Tamis |j)

Passoires 0

100

90

80

70

60

50

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10

?n

in

c

Grance

20

0.08

0.10

jlats

ncasse

23

0.16

0.20

SABLES

d\\

yr

26

0.315

0.40

|G7a

29

0.63

0.80

nulats rou

32

1.25

1.60

FIG N 3 FUSEAUX GRANULOMETRIQUES OPTIMAUX POUR

MELANGE GRANULATSCIMENT

GRAVILLONS

A

es et lavés|

35

2.50

3.15

i

38 41

5.00 10.0

6.30 12.5

LE BETON PROJETE

44

20.0

25.0

4 — PRESCRIPTIONS SUR LE BETON FRAIS

4. 1 — Composition

Le dosage initial des composants du béton à projeterdoit être déterminé en tenant compte du fait que le bétonprojeté en place aura un dosage final différent du dosageinitial en raison des retombées. Ces retombées affectentessentiellement le pourcentage de gros éléments. Il enrésulte une augmentation du dosage en ciment de l'ordrede 10 à 20 % au cours de la projection et un transfertvers les granulats fins de 10 à 20 % également (valeurrelative aux tamisats) sur la courbe granulométrique dubéton en place. Ces remarques concernent essentielle-ment le béton projeté par voie sèche (pour des granulatsde 0 • 12 m m ) .

Le dosage initial en ciment sera supérieur à 275 k g / m '(valeur indicative) avec un pourcentage d'éléments fins( < 0.01 m m ) supérieur ou égal à 17 % en poids dumélange (pour un mélange contenant 5 % d'élémentsfins inertes, cette dernière règle donne un dosage en placed'au moins 300 k g / m 1 ) . Il est à remarquer que la projec-tion de béton par voie mouillée nécessite un dosage enciment supérieur (de 30 °o environ) à celui intervenant

lors dfi la projection par voie sèche. Des fuseaux granulo-métriques cptimals de mélange granulats-ciment pourprojection par voies sèche et mouillée sont donnés àtitre indicatif en figure 3. Dans chaque cas concret, ledosage sera accepté par le maître d'œuvre, compte tenude la granulométrie des granulats et de la techniqueadoptée.

Une constance dans la composition du béton projeté(surtout de la teneur en eau dans la projection par voiesèche) devra être respectée.

4. 2 — Consistance

Lors de la projection par voie sèche, la consistance dubéton est difficilement contrôlable en raison m ê m e duprocédé de mise en œuvre. Par voie mouillée, la consis-tance du béton dépend du mode de refoulement, selon quele flux est dilué ou dense (fig. 1).

La consistance peut être contrôlée par mesure del'affaissement au cône d'Abrams (« slump test »), à condi-tion de ne pas employer d'accélérateur de prise.

5 — MISE EN ŒUVRE DU BETON PROJETE

5. 1 — Préparation de la paroi à traiter

D'une manière générale, il est recommandé de traiterla paroi dans les plus brefs délais après sa mise à nu(à la suite d'une excavition ou d'un déroctagej.

La préparation de la paroi consiste généralement enuno acticn mécanique à la p;:roi. de manière à nettoyer,décaper ou purger cette dernière avant la projection.Cette action mécanique est obtenue par l'intermédiaired'un outil ou d'un jet de fluides ou de particules solides.

Certains terrains de faible tenue ne supportent aucuntraitement de préparation de la paroi. C'est surtout lemanque de cohésion du matériau qui interdit toute inter-vention. Dans de tels cas, il est préférable de projeterle béton directement sur la paroi - brute d'excavation »plutôt que de risquer le développement de hors profilsimportants lors d'un traitement de surface. Dans les trèsmauvais terrains (manque de cohésion, facturation inten-se, venues d'eau...) il peut être nécessaire d'étudier unecomposition spéciale du béton projeté pour la coucheprimaire dite « couche de sécurité ».

Lorsqu'une bonne adhérence du béton projeté est impe-rative dans le processus de soutènement (cas de pro-jection sur une paroi rocheuse ou sur une sous-couchede béton projeté), il importe de nettoyer la paroi de toutce qui la souille : poussières, parties altérées, friables ouinstables. Cette préparation de la paroi peut être effec-tuée au moyen d'un jet d'air comprimé ou d'eau souspression, ou encore par sablage, grattage, déroctage,ou tout autre procédé mécanique adéquat. Les surfacest, traiter, constituées de béton ou de maçonneries, doi-vent être nettoyées si possible par sablage.

Dans certains cas critiques, des essais d'adhérence dubéton projeté sur le terrain sont à prévoir avant l'établis-sement du projet d'exécution. C e point sera abordé dansle paragraphe 6. 6.

L'hygiène et la sécurité du travail réglementent la pra-tique du sablage (se référer à la circulaire ministérielleT.E. 7. 72 du 28 mars 1972).

Si la surface à traiter est sèche, il est recommandéde la mouiller suffisamment pour qu'elle n'absorbe pasl'eau du béton fraîchement projeté.

5. 2 — Drainage des eaux à la paroi à traiter

II est nécessaire de détourner par drains forés oupar canalisations superficielles, toutes les venues d'eau.Il est impératif de prendre des dispositions pour quetout développement de sous-pressions d'eau sur la sur-face nouvellement traitée soit évité avant le durcisse-ment du béton projeté.

5. 3 — Armatures

II est possible d'armer légèrement le béton projeté lors-que son épaisseur dépasse 7 c m . En règle générale, ilest préférable d'utiliser des fers à béton de petit diamè-tre (3 m m étant un minimum). La distance entre deuxbarres parallèles devra être supérieure ou égale à 10 c m ,quelle que soit la nature des armatures (fers à béton,treillis soudé, cintres, etc.). Le grillage torsadé et lemétal déployé sont déconseillés.

L'enrobage de toute pièce métallique devra avoir uneépaisseur d'au moins 2 c m .

La fixation des panneaux de treillis soudé ou de fersà béton est nécessaire afin d'éviter tout mouvement deces derniers pendant la projection. Ces mouvementscontribueraient à accroître le pourcentage de retombéeslors de la projection. Il est souhaitable que les panneauxd'armatures soient fixés rigidement sur une premièrecouche de béton projeté d'au moins 2 cm d'épaisseur.Dans tous les cas. plusieurs points de fixation sont àprévoir par mètre carré, sur la paroi du terrain ou Surune sous-couche de béton projeté. La distance entre unenappe d'armatures et la paroi sur laquelle la projec-tion s'applique devra être comprise entre 2 et 7 c m .

Après la projection, tout mouvement ou déplacementdes armatures est à proscrire, il conduirait à de gravesdéfectuosités de la couche projetée.

5. 4 — Malaxage, refoulement

Le malaxage et le refoulement constituent essentiel-lement un problème technologique ; ils dépendent dela machine de projection utilisée (voir paragraphe 2).Le type de machine utilisé sera soumis à l'agrément dumaître d'œuvre.

44

5. 5 — Projection

Dans la mesure du possible, ¡I est recommandé detenir la lance de projection perpendiculairement à lasurface à traiter et de s'efforcer d'obtenir avec peu depertes par rebond, un enrobage régulier, avec unecouche bien compactée et d'épaisseur correcte. Laprojection verticale vers le bas est délicate. Les pertessont inexistantes, mais les granulats non enrobés et lesrebonds sont alors mélangés au béton.

La distance entre la lance et la surface à traiter serèg'e d'après la vitesse de sortie du produit à projeter.Cette vitesse dépend de la pression de refoulement etde la longueur de la conduite. En général, la distancelance-surface à traiter doit rester dans les limites de0.50-1,50 m .

Le nombre des passes en vue d'obtenir une épaisseurdonnée de béton projeté sera le plus faible possiblepour une teneur donnée en accélérateur et une techniquede projection donnée.

Il serait souhaitable que la projection soit, non plusmanuelle, mais commandée à distance. Dans le cas deprojection manuelle, le porte-lance sera muni de moyensde protection adéquats.

5. 6 — Conditions de surface

La surface projetée sera laissée brute de projection,sans la remanier, pour éviter de détruire sa structure et

d'altérer ainsi sa qualité. S'il est exigé que cette surfaceait un autre aspect, on la traitera avec du mortier proje-té (sans accélérateur) au cours d'une autre phase detravail.

5. 7 — Utilisation de produits de cure

Dans certaines circonstances particulières, des produitsde cure devront être utilisés pour protéger le bétonprojeté. Les modalités d'application de ces produitsseront conformes à celles en vigueur pour le bétonclassique.

5. 8 — Projection par temps froid

Certains ciments conduisent à un béton projeté sensi-ble à des températures inférieures à 5° C . De plus, onne doit pas projeter de béton sur une surface recou-verte de glace. Dans de telles circonstances, des étu-des spéciales s'imposent.

5. 9 — Boulonnage

Le problème du boulonnage sera abordé dans la deuxiè-m e partie, il ne concerne pas la technologie du bétonprojeté, mais plutôt la mise en œuvre de la nouvelleméthode autrichienne.

6 — C O N T R O L E ET MISE EN EVIDENCE D E LA QUALITE D U B E T O N PROJETE

6. 1 — Contrôle des constituants et de l'installation

Avant de commencer la projection, on doit, en règlegénérale, effectuer des tests de qualité avec les consti-tuants du béton et les installations de malaxage et derefoulement, dans les conditions m ê m e s de la mise enœuvre. La technique de projection du béton (composi-tion, matériel, etc..) sera adaptée à la nature du support(détermination du béton de convenance).

6. 2 — Prélèvement d'échantillons (fig. 4)

II est recommandé d'utiliser des boîtes plates, offrantune surface suffisante (50 x 50 c m au moins), danslesquelles on projette du béton perpendiculairement aufond incliné à 45°. L'épaisseur de prélèvement sera de15 c m , de manière à pouvoir exécuter des éprouvettesde 12 c m de hauteur.

Il faut préparer suffisamment de boîtes, de manièreà avoir la possibilité d'analyser le béton frais et dedéterminer les caractéristiques mécaniques du bétondurci (résistances à court et à long terme).

Le conditionnement et la conservation des échantil-lons seront conformes aux normes en vigueur pour lebéton classique.

6. 3 — Fréquence des prélèvements

La fréquence des prélèvements sera fixée par lemaître d'ceuvre ; à titre indicatif, il est recommandé deréaliser un prélèvement au moins tous les 200 m 3 debéton.

6. 4 — Essais sur échantillons au laboratoire

Après projection de béton frais dans les boîtes, onétudie sur les éprouvettes la granulométrie, la densitéapparente et la composition réelle du béton.

Pour les essais mécaniques, les échantillons serontcarottés à un diamètre de 6 c m dans la zone centraledes bacs (fig. 4) . Les échantillons auront un élance-ment de 2.

Pour le béton durci, on mesurera sur les éprouvettesla densité apparente, la résistance à la compression (etéventuellement à la traction indirecte, par fendage oupar flexion, ainsi que la perméabilité à l'eau et la poro-sité). Si nécessaire, des essais de déformabilité à courtterme peuvent être prescrits, en vue de vérifier leshypothèses des notes de calcul (voir deuxième partie).

Concernant les caractéristiques physiques ou mécani-ques du béton projeté, des valeurs minimales admissi-bles seront fixées par le maître d'oeuvre.

Si des essais à court terme sont réalisés sur les bétonsprojetés accélérés, les caractéristiques mécaniquesseront contrôlées pour les âges suivants :

1 jour - 2, 7, 28, 90 jours

Entre 0 et 24 heures, un essai au moins sera à prévoirà un âge variable, suivant les possibilités du chantier.Compte tenu des horaires de travail les plus courants,il apparaît que des essais à 6 heures ou à 16 heuressont les plus c o m m o d e s .

Six points au moins définiront donc les courbes d'évo-lution des caractéristiques mécaniques des bétonsprojetés accélérés. La fréquence de tels essais serafixée par le maître d'oeuvre.

Pour les essais à court terme, entre 0 et 36 heures,le carottage cylindrique est délicat, voire impossible.Il est recommandé alors d'effectuer les essais sur descubes avec une arête de 10 c m . Au-delà de 36 heures,les essais seront réalisés sur des carottes cylindriques0 6 élancement 2, conformément à ce qui précède.

45

«T~ —»f

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V .

6. 5 — Essais en place

FIG. N 4 M O D E D E P R E L E V E M E N T ET

D ' E C H A N T I L L O N N A G E du B E T O N P R O J E T E

Des essais en place (tels que essais au pénétromè-tre. au scléromètre, essais de poinçonnement, d'arra-chement de tiges, etc..) seront facultatifs. Les résultatsde ces essais, s'ils sont pratiqués, devront être l'objetd'une corrélation avec les résultats d'essais convention-nels en laboratoire. Ces derniers sont recommandésc o m m e essais contractuels.

Des carottages pourront enfin être effectués à titrede contrôle, directement sur le béton projeté en place.Des essais de résistance sur le béton projeté en placesont fortement recommandés, cela impose d'avoir unrevêtement (homogène quant au durcissement) d'aumoins 15 c m d'épaisseur.

6. 6 — Essais d'adhérence

Dans certains cas particuliers, par exemple pour lestunnels traversant un massif rocheux fissuré, l'efficacitédu soutènement par béton projeté est liée à la bonneadhérence du béton sur le rocher. Le béton projeté,m ê m e en faible quantité, assure un clavage des blocsrocheux, ce qui évite toute dislocation du massif. C eclavage au droit des joints et fissures du massif estinopérant si l'adhérence du béton projeté est mauvaise.

Dans de telles circonstances, c'est-à-dire lorsque lesoutènement est, en totalité ou en partie, basé sur ceprocessus, il est recommandé de procéder a priori, à uncontrôle de l'adhérence du béton projeté sur le massifet en particulier sur les joints et fissures. Il arrive eneffet parfois que, pour les massifs ayant des joints oufissures avec remplissage talqueux ou argileux, l'adhé-rence du béton projeté soit très faible, voire nulle.

Seul le maître d'oeuvre jugera de l'opportunité deréaliser dans de telles situations des essais d'adhéren-ce ; la technique préconisée étant d'effectuer des essaisd'adhérence par arrachement de disques de béton projetéà la paroi sur les joints jugés critiques et sur une paroisaine, fraîchement ouverte dans la matrice rocheuse.Le maître d'œuvre fixera le pourcentage (par exemple50 %) de l'adhérence maximale obtenue sur la matricerocheuse que l'on devra au moins obtenir sur les jointsou fissures les plus critiques. L'étendue maximale(valeur unitaire exprimée en m 2 ) des joints ou fissuresse singularisant par une faible adhérence du bétonprojeté pourra éventuellement être prescrite.

MODE DE PROJECTION DANS LES BACS

J _ _1

6. 7 — Fiche d'essai

En vue de normaliser la présentation des résultatsrelatifs au contrôle et à la mise en évidence de laqualité du béton projeté, une fiche d'essai, donnée enannexe, a été mise au point. Elle devrait permettre deréaliser au sein de l'A.F.T.E.S. une banque de donnéestechnologiques sur le béton projeté.

. 15cm_ 50cm mini

BAC DE PRELEVEMENT

A . F. T . E . S.Groupe d« travail n* ó

"Béton projeté"

BANQUE DE DONNEES TECHNOLOGIQUESSUR LE BETON PROJETE

F I C H E D ' E S S A I S

à retourner à C . LOUIS - B . R . G . M . - B P 6009 - 45018 O R L E A N S - C é d e x

w

Organisme :Chantier :Date de l'essai année -Mode de projection :Type de machine à projeter :_

H

z

O

u

1 - G R A N U L A T SNature et origine

Granulat 1Granulat 2Granulat 3

Module A F N O R maximal (mm)_% de module £38 ¿^5 m m

de module £35 ($O> m m -% de module £30 ij O, 8 m mf. de module ¿2 0 0) 0, 08 m m _

100%

80

Modulée 20 Z3

Tamis (/) 0. 08010. 160

PatsoirtsO, 1 00 0, 200

<t> i

26 29 30

0. 315

t La_0, 400 ¡Q.B00O

32 33 34 35 36 37 38 39 40

10

41

10

12.5

42

12.5

16

43

16

20 25

2 - C I M E N T

3 - E A U

Type . .Dosage (en kg/m^) C% fines ^0, 08 m m (granulats et ciment)_Eau dea granulats (% du poids des granulats).Eau de gâchage {% du poida de ciment) E / C

4 - ADJUVANTS TypeDosage (% du poids de ciment)_

W

at—t

Hwr—1

tíwHO

tí

O

w

a

<;UW

100

300

200

100

Rc (ba

3 4 5 10 20 50Temps (jour)

10)

Slump test (cm)Densité

w S

à 7 jours28 -90 -

Rt 7 :Rt 28Rt 90 :

à r jour2 -7 -

28 -

90 -

Rc 1 =•Rc 2 :Rc 7 ••

Rc 2 8 ••

Rc 9 0 ••

à 7jours28 • -90 -

E 7 =E 28 =E 90 =

Observations :

ex. concassé calcaire de Rinxent (62) ff) ^"3, 15

le.

Responsable

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PROJET D'EXÉCUTION DU PUITS A AVEC …infoterre.brgm.fr/rapports/73-SGN-344-AME.pdf · 2 - Calcul plastique dans l'hypothèse d'un puits circulaire 8 3. 1. 3 - Influence de l'eau