Cours-d-ouvrages-septembre-2015.pdf

INSTITUT DE FORMATION TECHNIQUE SUPERIEURE (IFTS)

Département de Génie Civil 4ème année

Cours de technologie des ouvrages

par : Rafiou TIDJANI-SERPOS

Octobre 2015

TABLE DES MATIERES 1.

GENERALITES SUR LES OUVRAGES DE GENIE CIVIL .......................................................................1

2.

PONTS ......................................................................................................................................................4

Typologie suivant la position ...................................................................................................6 Typologie suivant les matériaux ..............................................................................................6 Typologie suivant le fonctionnement mécanique ....................................................................6

Construction sur cintre ..........................................................................................................26

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Pont à poutres préfabriquées ................................................................................................26 Ponts poussés ......................................................................................................................28 Construction par encorbellement ..........................................................................................28 3.

PONCEAUX : BUSES ET DALOTS ........................................................................................................31

Matériaux utilisés ..................................................................................................................31 Forme de la canalisation hydraulique ...................................................................................32

Différents types de buses .....................................................................................................32 Fondation des buses.............................................................................................................32 Ouvrages d’extrémité ............................................................................................................33 Fonctionnement mécanique des buses ................................................................................34 Domaine d’emploi des différents types de buse....................................................................35 Description des ouvrages à réaliser ......................................................................................36 Fabrication des buses ...........................................................................................................36 Réalisation de la fondation ....................................................................................................38 Mise en place des buses ......................................................................................................38 Réalisation des têtes et puisards ..........................................................................................39 Remblaiement .......................................................................................................................40 Généralités ...........................................................................................................................41 Protection contre la corrosion ...............................................................................................41 Fondation des buses métalliques..........................................................................................42 Montage des buses métalliques............................................................................................44 Remblaiement .......................................................................................................................45 Installation des buses en tranchée........................................................................................48 Installation d'ouvrages multiples ...........................................................................................49

Différents types de dalots .....................................................................................................52 Fondation des dalots.............................................................................................................52 Ouvrages d'extrémité ............................................................................................................52 Domaine d'emploi des différents types de dalots ..................................................................53 Radiers et parafouilles ..........................................................................................................53 Piédroits ................................................................................................................................53 Dalle de couverture ...............................................................................................................54 Observations générales ........................................................................................................54

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Parafouilles ...........................................................................................................................54 Radier ...................................................................................................................................55 Piédroits ................................................................................................................................55 Dalle supérieure ....................................................................................................................56 Récapitulation .......................................................................................................................57 4.

OUVRAGES DE SOUTENEMENT ..........................................................................................................58

Description - Constitution ......................................................................................................59 Dimensionnement courant des ouvrages ..............................................................................60 Domaine d'emploi .................................................................................................................61 Diverses formes de murs en béton armé ..............................................................................61 Description - Constitution ......................................................................................................65 Dimensionnement courant des ouvrages ..............................................................................66 Domaine d'emploi .................................................................................................................66

Murs destinés à soutenir des remblais ..................................................................................68 Murs destinés à soutenir des déblais ....................................................................................69

Description - Constitution ......................................................................................................74 Dimensionnement courant des ouvrages ..............................................................................75 Domaine d'emploi .................................................................................................................76 Description - Constitution ......................................................................................................77 Dimensionnement courant des ouvrages ..............................................................................78 Domaine d'emploi .................................................................................................................78 Description - Constitution ......................................................................................................79 Dimensionnement courant des ouvrages ..............................................................................81 Domaine d'emploi .................................................................................................................81 Description - Constitution ......................................................................................................82 Dimensionnement courant des ouvrages ..............................................................................83

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iii

Domaine d'emploi .................................................................................................................83

5.

BARRAGES ............................................................................................................................................87

Barrage homogène ...............................................................................................................88 Barrage à noyau ...................................................................................................................89 Barrage à masque amont .....................................................................................................90 Généralités ...........................................................................................................................91 Succession des opérations de chantier ................................................................................91

Mise en place des enrochements .........................................................................................92 Masques d’étanchéité ...........................................................................................................93 Parafouille .............................................................................................................................97

Fonctionnement ..................................................................................................................102 Construction ........................................................................................................................103 Barrages poids-voûtes ........................................................................................................103

Evacuateur de crue .............................................................................................................107 Ouvrage de prise d'eau .......................................................................................................108 Ouvrages de vidange ..........................................................................................................108 Remarque ...........................................................................................................................108

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Chapitre 1 : Généralités sur les ouvrages de génie civil

1. GENERALITES SUR LES OUVRAGES DE GENIE CIVIL INTRODUCTION AUX OUVRAGES DE GENIE CIVIL Le génie civil représente l'ensemble des techniques concernant les constructions civiles. Le domaine d'application du génie civil est très vaste ; il englobe les travaux publics et le bâtiment. Le terme travaux publics s'applique, par opposition aux travaux privés, aux infrastructures publiques. Les travaux publics comprennent différents types de travaux :  VRD (voiries et réseaux divers) : enrobé, pose de bordures, assainissement, pose de gaine téléphonique, électricité...  Ouvrages d'art, dit génie civil : réalisation de ponts, écluses, stations d'épuration...  Voie ferrée : création et entretien des voies.... Certains bâtiments de très grande taille sont considérés comme des ouvrages de travaux publics (aéroports, centrales nucléaires, ouvrages militaires, stades...).

NOTION D’OUVRAGE D’ART OU DE GENIE CIVIL Un ouvrage d’art ou de génie civil est une construction nécessaire à l’établissement et à l’exploitation d’une voie de communication. De tels ouvrages sont qualifiés « d’art » parce que leur conception et leur réalisation font intervenir des connaissances où l’expérience joue un rôle aussi important que la théorie. Cet ensemble de connaissances constitue d’ailleurs ce que l’on appelle l’art de l’ingénieur.

FAMILLES D’OUVRAGES D’ART Trois grandes familles peuvent être distinguées :  Les ouvrages d'art liés à des voies de communication :  les ponts, ponceaux et viaducs, qui sont des ouvrages qui permettent de franchir une rivière, un bras de mer, un val, une autre voie de communication ou tout autre obstacle;  les tunnels, qui sont des ouvrages souterrains permettant le franchissement de tout obstacle similaire à ceux franchis par les ponts,  Les structures en élévation comme les auvents de péage ou les grands murs anti-bruit, les grands mâts et portiques,  les écluses, les quais et les ascenseurs à bateaux sont des ouvrages d'art liés à des voies navigables. IFTS – Génie civil

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Chapitre 1 : Généralités sur les ouvrages de génie civil

 Les ouvrages d'art destinés à la protection contre l'action de la terre ou de l'eau :  les murs et écrans de soutènement, qui sont des ouvrages assurant la stabilité de la voie de communication portée.  les jetées et les brise-lames, etc.  Les ouvrages d'art destinés à la retenue des eaux :  les barrages qui sont des grands ouvrages de génie civil, sont souvent rangés dans la famille des ouvrages d'art.  les digues, etc.

FONCTION D’UN OUVRAGE D’ART La fonction d'un ouvrage d'art est liée à la fonction de la voie de communication à laquelle il est lié :  un ouvrage d'art routier supporte une route,  un ouvrage d'art autoroutier supporte une autoroute, qu'il s'agisse de la voie principale ou d'une bretelle de raccordement à l'autoroute,  un ouvrage d'art ferroviaire supporte une voie ferrée. Les voies navigables, canalisations d'eau (aqueducs) ou d'autres fluides ne donnent pas lieu à la définition d'une typologie spécifique à ces voies.

NATURE D’UN OUVRAGE D’ART L'ouvrage d'art peut être qualifié selon le milieu dans lequel il est construit, on rencontre ainsi des ouvrages d'art terrestres, maritimes ou de montagne.

OUVRAGES D’ART COURANTS ET NON COURANTS Les grands ouvrages sont différenciés des petits par la dénomination d’ouvrages non courants.

Ouvrages d’art non courants Sont considérés comme ouvrages non courants, d´une part, les ouvrages répondant aux caractéristiques suivantes :  les ponts possédant au moins une travée de plus de 40 mètres de portée ;  les ponts dont la surface totale de l´un des tabliers dépasse 1 200 mètres carrés ;  les murs de plus de 9 mètres de hauteur ; IFTS – Génie civil

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Chapitre 1 : Généralités sur les ouvrages de génie civil

 les tranchées couvertes ou semi-couvertes de plus de 300 mètres de longueur ;  les tunnels creusés ou immergés ;  les ponts mobiles et les ponts canaux. Sont également considérés non courants tous les ouvrages ne dépassant pas les seuils précédents, mais dont la conception présente des difficultés particulières, par exemple :  celles provenant du terrain (fondations difficiles, remblais ou tranchées de grande hauteur, risques de glissement...) ;  celles sortant des conditions d´emploi classiques (grandes buses métalliques d´ouverture supérieure à 8 mètres, voûtes en béton d´ouverture intérieure supérieure à 9 mètres ou dont la couverture de remblai est inférieure à 1/8 de l´ouverture intérieure, utilisation d´un dispositif ayant pour but de limiter la charge sur l´ouvrage) ;  celles liées à des modifications de solutions types résultant de la géométrie du tracé ou de recherches architecturales (ponts très biais ou à courbure prononcée...) ;  celles dues à l´emploi de techniques non codifiées et n´ayant pas fait l´objet d´un avis technique du SETRA (procédés de soutènement spéciaux...) ;  celles dues au caractère innovant de la technique ou du procédé.

Ouvrage d’arts courants A contrario sont considérés comme ouvrages d’art courant les ouvrages ne répondant pas aux critères ci-dessus.

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Chapitre 2 : Ponts

2. PONTS DEFINITION ET TERMINOLOGIE Définition Un pont est un ouvrage en élévation construit in situ, permettant à une voie de circulation (dite voie portée) de franchir un obstacle naturel ou artificiel : rivière, vallée, route, voie ferrée, canal, etc. La voie portée peut être une voie routière (pont-route), piétonne (passerelle), ferroviaire (pont-rail) ou, plus rarement, une voie d’eau (pont-canal).

Différentes parties d’un pont Un pont est constitué d'un tablier qui repose à ses extrémités sur des appuis les culées et éventuellement sur des appuis intermédiaires les piles. Les piles et culées reposent sur des fondations.

Figure 2-1 : Les différentes parties d’un pont

Terminologie  Tablier : C’est la plate-forme horizontale qui porte la chaussée ou la voie ferrée, et l’ensemble des équipements du pont. Il en existe plusieurs types.  Appuis : Ce sont les éléments verticaux portant le tablier. Leur rôle est de transmettre au sol par l’intermédiaire des fondations les différentes charges venant du tablier. Les appuis intermédiaires sont appelés piles et les appuis extrêmes sont les culées, qui assurent la liaison avec le sol et les remblais d’accès.  Fondations : Elles assurent la liaison entre les appuis et le sol. Elles peuvent être superficielles (semelles isolées ou filantes), semi-profondes (puits massifs en béton) ou profondes (pieux, micropieux).  Voie portée : Partie de la voie de circulation située au-dessus de l’obstacle qui est portée sur le pont. IFTS – Génie civil

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Chapitre 2 : Ponts

Figure 2-2 : Eléments constitutifs d’un pont

      

Dalle de transition : Assure la continuité de la voie de communication. Elancement (E) : Rapport de l’épaisseur du tablier sur la largeur du tablier. Ouverture : Distance horizontale entre nus de pied droit ou pile. Tirant d’air : Distance entre surface de l’eau et sous face du tablier. Gabarit : Espace réservé pour le passage (ouverture x tirant d’air). Travée : Partie comprise entre deux appuis. Équipements des ponts : Dispositifs destinés à assurer la sécurité et le confort des usagers ou la pérennité de l’ouvrage : - Les appareils d’appuis. - Les joints de chaussées. - Les revêtements des tabliers : Les chapes d’étanchéité, la couche de roulement. - Les dispositifs de sécurité : Les trottoirs, les dispositifs de retenue (garde-corps, glissières, barrières, séparateurs). - Les dispositifs d’évacuations des eaux. - Les corniches.

Notion de travée La travée d'un pont est la partie comprise entre deux piles ou entre une pile et une culée. Cette notion ne concerne que les ponts à poutres, suspendus ou haubanés. Pour les ponts en arc ou ponts voûtés en maçonnerie, on parlera plutôt d’arches. IFTS – Génie civil

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Chapitre 2 : Ponts

Typologie suivant la position On distingue la typologie suivante.    

Travée centrale, pour la partie de pont centrale quand il y a un nombre pair de piles ; Travée de rive, pour la partie de pont comprise entre une pile et une culée ; Travée intermédiaire, pour une travée située entre les travées de rives. Travée principale, pour la travée de plus grande longueur (ou portée), qui n’est pas obligatoirement la travée centrale. Typologie suivant les matériaux

Les travées sont franchies ou constituées par :  des tabliers en bois ou métalliques ou en béton armé ou en béton précontraint, formés d'une dalle ou d'une poutraison (ensemble de poutres droites),  des voûtes en maçonnerie (massives, en pierre, ou en béton armé ou non, ou mixte pierre et béton),  des arcs (séparés métalliques ou en béton armé au-dessous du tablier portant la voie),  des poutres à béquilles en béton armé. Typologie suivant le fonctionnement mécanique Concernant les ponts à poutres, la notion de travée conduit à différencier deux types de tabliers :  les ponts à travées indépendantes, dont chaque travée porte sur les piles par l’intermédiaire d’appuis indépendants et qui présentent donc un joint de dilatation à l’interface de deux travées ;  les ponts à poutres continues, où il n’y a pas de séparation entre les travées. Le schéma de la figure 2-1 représente un pont à poutre(s) continue(s). Il convient de noter que la ou les poutres sont à mouvement libre horizontal, par opposition aux ouvrages butés. La jonction avec la chaussée est faite à l'aide d'un joint de dilatation.

CLASSIFICATION DES PONTS Il n’existe pas de typologie idéale. On pourrait la dresser en fonction des matériaux utilisés pour le tablier ou selon l’usage prévu pour le pont (viaduc routier, pont ferroviaire, aqueduc...). Mais la plus sûre, la plus technique aussi, tient compte des réactions produites par l’ouvrage sur ses appuis. On distingue ainsi :  les ponts à poutres  les ponts en arc  les ponts suspendus IFTS – Génie civil

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Chapitre 2 : Ponts

 les ponts à haubans

Ponts à poutres Il en existe de nombreux modèles. Les matériaux utilisés sont le bois, l’acier ou le béton armé, car ils résistent bien à la flexion, contrairement à la pierre. Le plus simple de ces ponts se compose d’une seule travée, appelée poutre.

Figure 2-3 : Principe mécanique des appuis des ponts à poutres

Lorsque la distance du franchissement augmente, il y a lieu de recourir à des appuis intermédiaires : le tablier peut alors être constitué de travées juxtaposées. Sur les ponts à poutres ne sont pratiquement exercées que des forces verticales (↓) : poids de la superstructure, charges liées au trafic et actions des appuis. Les forces horizontales, créées par le freinage des véhicules ou par les effets du vent sont nettement moins importantes.

Ponts en arc Lorsque la brèche à franchir est large et profonde, la technique de la poutre est insuffisante, c’est pourquoi il faut recourir à la voûte ou arc. En pierre, comme les vieux ponts romains, en acier ou en béton armé, comme nos ponts modernes, ils ne sont en tout cas jamais en bois, matériau trop fragile. Un arc fonctionne mécaniquement, comme le montre la figure ci-contre, en reportant les charges par "poussée" aux fondations.

Figure 2-4 : Principe mécanique des appuis des ponts en arc

On distingue les ponts en arc encastré et ceux en arc articulé. Les premiers ont cette particularité d’exercer sur leurs culées des réactions qui tendent à les écarter (→)(voir ci-dessus). Les seconds IFTS – Génie civil

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Chapitre 2 : Ponts

présentent soit deux articulations (forme générale des grands ponts métalliques ou en béton armé), soit trois articulations. Dans le cas des ponts en arc, il y a également lieu de différencier ceux qui ont un tablier supérieur, l’arc supportant la voie proprement dite, de ceux qui ont, un tablier inférieur en descendant le tablier jusqu’au niveau des culées ; la route ou la voie ferrée passe alors complètement sous l’arc auquel elle est suspendue au moyen de câbles d’acier ou de tirants métalliques. D’autres encore ont un tablier intermédiaire, situé dans la hauteur de l’arc.

Ponts suspendus Si l’obstacle à franchir excède les 500 mètres, on peut avoir recours à une suspension du tablier par des câbles en acier à haute résistance, tendus d’une rive à l’autre en prenant appui sur deux pylônes, comme les cordes d’un violon passant sur un chevalet.

Figure 2-5 : Principe mécanique des appuis des ponts suspendus

Ces câbles sont accrochés à de puissants et profonds massifs d’ancrage fixés dans le sol, de part et d’autre des culées. Ces massifs doivent contrebalancer les efforts de traction des câbles.

Figure 2-6 : Principe mécanique des efforts internes des ponts suspendus

Le tablier est relié aux deux grands câbles porteurs, dits «paraboliques», par des câbles rectilignes ou barres métalliques appelés suspentes.

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Chapitre 2 : Ponts

On pourra, sur le schéma ci- dessus, faire un inventaire des forces exercées (↑) en quelques points essentiels du pont. Remarquons par ailleurs que la distante entre le massif d’ancrage et le pylône est environ égale au tiers de la distante séparant les deux pylônes.

Ponts à haubans Quand le tablier est supporté en plusieurs points de la travée (c’est à dire sur chaque voussoir) par des câbles d’acier dont l’autre extrémité est raccrochée à un pylône, il s’agit d’un pont à haubans.

Figure 2-7 : Principe mécanique des appuis des ponts à haubans

Lorsque les haubans sont parallèles entre eux, la configuration est dite en harpe (ci- contre). Les forces exercées sur chaque hauban sont de même intensité.

Figure 2-8 : Principe mécanique des efforts internes des ponts à haubans

Lorsqu’on veut allonger la portée de tels ponts, il est préférable d’utiliser une configuration de haubans rayonnant en éventail ou en semi-éventail. Les forces de compression dans le tablier sont alors inférieures parce que les haubans sont moins inclinés.

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Chapitre 2 : Ponts

PONTS COURANTS Les PONTS COURANTS désignent la majorité des ouvrages d’art de type pont aussi bien en surface totale de tablier, qu’en nombre. Ils représentent de l'ordre de 75 % en nombre du patrimoine d’ouvrages et plus de 50 % en surface. Leur définition se déduit généralement par complémentarité de celle des ouvrages d’art non courants. En France, le SETRA Service d'études sur les transports, les routes et leurs aménagements (anciennement Service d'études techniques, des routes et autoroutes) est un service technique à compétence nationale qui intervient dans les domaines de la route, des ouvrages d'art et plus largement des transports. Selon ce service, sont considérés comme ponts non courants, d'une part, les ponts répondant aux caractéristiques suivantes :      

les ponts possédant au moins une travée de 40 m de portée, les ponts de longueur totale supérieure à 100 m, les ponts dont la surface totale du tablier dépasse 1 200 m², Les ponts mobiles, les ponts canaux, et les ouvrages se caractérisant par des difficultés particulières de dimensionnement, de conception ou de réalisation, relevant de techniques de construction ou de procédés innovants, présentant des géométries complexes (biais important, courbure prononcée…), nécessitant des travaux de fondations spéciaux, des études particulières (effets dynamiques), des phasages d’exécution complexes (contrainte d’exploitation, maintien de la circulation…), ayant un fonctionnement structurel complexe ou répondant à des contraintes architecturales spécifiques.

Dossiers pilotes principaux Dans un souci d’uniformisation des ouvrages, de simplification de leur exécution et de recherche d’économie, le SETRA a défini un catalogue très complet de ponts types dont les études ont pu être standardisées grâce au développement des moyens informatiques. Le SETRA a mis au point des DOSSIERS PILOTES d'éléments types standardisés qui permettent de dimensionner la totalité des ouvrages dans les moindres détails (fondations, appuis, tabliers, équipements…).

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Chapitre 2 : Ponts

Le tableau ci-dessous présente les différents dossiers pilotes relatifs aux ponts. Tableau 2-1 : Définitions des dossiers pilotes du SETRA

Appuis

Ponts à poutres

Dalles

Portiques

Famille

Définition PI-CF

Passage inférieur en cadre fermé

PI-PO

Passage inférieur en portique ouvert

PS-BQ

Passage supérieur à béquilles

PSI-DA

Passage supérieur ou inférieur en dalle armée

PSI-DP

Passage supérieur ou inférieur en dalle précontrainte

PSI-DE

Passage supérieur ou inférieur en dalle élégie

PSI-DN

Passage supérieur ou inférieur en dalle nervurée

PSI-BA

Passage supérieur ou inférieur à poutres en béton armé

VI-PP

Viaduc à travées indépendantes à poutres précontraintes

PR-AD

Poutres précontraintes par adhérence

PSI-OM

Passage supérieur ou inférieur en ossature mixte

P.P.

Piles et palées

C.T.

Culées types

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Figure

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Passage inférieur en cadre fermé : PI-CF L’ouvrage type PI-CF est un cadre fermé en béton armé reposant sur le sol de fondation par sa face inférieure, Il est complété par des murs de soutènement destinés à retenir les terres qui constituent le remblai de la plate-forme.

Figure 2-9 : Exemple de passage inférieur en cadre fermé Mur en retour libre

Tablier

Piédroit

Mur en aile

Radier Mur en retour encastré

Figure 2-10 : Composition d’un PI-CF

Le seul inconvénient c’est qu’il nécessite une déviation provisoire du cours d’eau lorsque cet ouvrage est utilisé comme franchissement de cours d’eau. Le cadre s’accommode au sol médiocre et d’une faible profondeur de fondation : la pression sur le sol est de l’ordre de 0,1 MPa. L’épaisseur constante conseillée de la dalle supérieure est de l’ordre de 1/25 de l’ouverture biaise (40 cm). L’angle de biais sera compris entre 100 et 65 grades. Avantages

Inconvénients

 Structure simple et robuste.  Cher au m².  Facile d’exécution.  Déviation provisoire du cours d’eau lorsque  S’accommode des sols médiocres tels que : cet ouvrage est utilisé comme évacuation 0,05 MPa < qu < 0,1 MPa. des eaux.  Bonne tenue dans le temps. IFTS – Génie civil

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Passage inférieur en portique ouvert : PI-PO L’ouvrage type PI-PO est un portique ouvert en béton armé fondé le plus souvent sur des semelles. Il est complété par des murs de soutènement destinés à retenir les terres qui constituent le remblai de la plate-forme. Portique Mur en aile

Piédroit

Fondation Mur en retour

Figure 2-11 : Composition d’un PI-PO

Le domaine d’emploi du portique ouvert se situe entre 10 et 20 m. Comme le PICF, Il est utilisé dans le cadre de passage de cours d’eau ou de chemin modeste sous voie autoroutière avec, cependant, une portée plus importante (travée de 20 m). De plus, il ne nécessite pas de déviation provisoire du cours d’eau lorsque cet ouvrage est utilisé comme franchissement de cours d’eau. Cet ouvrage nécessite un bon sol pour une fondation superficielle de bonne qualité (pression admissible supérieure à 0,3 MPa) ou des fondations sur pieux verticaux ou inclinés. De plus il est très sensible au tassement. L’épaisseur constante conseillée de la dalle supérieure est de l’ordre de 1/25 de l’ouverture biaise (40 à 80 cm). L’angle de biais sera compris entre 100 et 65 grades. Avantages Inconvénients  Possibilité de travailler sans déviation provisoire  Cher au m². de la voie ou du cours d’eau franchi

Passage supérieur à béquilles : PS-BQ Le pont à béquilles est une structure avec appuis solidaires, à tablier en béton précontraint.

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Chapitre 2 : Ponts

Figure 2-12 : Schéma type d’un PS-QB

Ce type de structure permet de franchir des brèches relativement larges sans appuis intermédiaires en dégageant un gabarit important sur une grande largeur, ce qui présente un intérêt esthétique certain. C’est ainsi qu’il peut, par exemple, remplacer avantageusement une solution classique dans le cas d’une route ou d’une autoroute en déblai important, en assurant le meilleur dégagement de la visibilité et en constituant un point fort susceptible de lutter contre la monotonie de la route. Toutefois cet ouvrage nécessite un bon sol pour fondation superficielle de bonne qualité. L’épaisseur de la dalle supérieure varie selon la structure. L’angle de biais sera compris entre 100 et 65 grades.

Ponts dalles a) Passage supérieur ou inférieur en dalle armé : PSI-DA b) Passage supérieur ou inférieur en dalle précontrainte : PSI-DP

Figure 2-13 : Présentation d’un PSI-DA type

Son domaine d’emploi est le franchissement de routes ou d’autoroutes pour une portée biaise ne dépassant pas 18 m pour une dalle armée et 25 m pour une dalle précontrainte (valeur maximale à ne pas dépasser pour des raisons économiques).

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Figure 2-14 : Sections transversales types d’un PSI – DA

Chapitre 2 : Ponts

Figure 2-15 : Sections transversales types d’un PSI DP

L’épaisseur constante e conseillée de la dalle supérieure varie de 1/22ème pour une travée indépendante à 1/28ème pour une dalle continue d’au moins 3 travées. Le domaine d’application du programme limite à 6 le nombre de travées et à 65 grades l’angle de biais.    



Avantages Inconvénients Simplicité des formes permettant la  Construction sur étaiement de tours : problème sur les cours d’eau, réutilisation des coffrages. voie ferrée, chaussée de circulation. Robustesse de la structure.  Franchissement limité pour les autoroutes Souplesse de l’ouvrage qui encaisse de 4 à supérieures à 2 fois deux voies. 8 cm de tassement différentiel.  Pour la dalle précontrainte : besoin de main Minceur de la dalle (esthétique) de 18 à 25 d’œuvre qualifiée pour la mise en tension. cm (suivant le nombre de travées et le type de dalle). Faible sensibilité aux chocs (ex : voiture). c) Passage supérieur ou inférieur en dalle élégie : PSI-DE

Figure 2-16 : Section transversale type d’un PSI-DE

Une structure en dalle élégie est caractérisée par la présence de vides longitudinaux dans la masse du béton, ce qui permet un gain appréciable de poids propre ; il en résulte des longueurs de grandes portées. Les évidements dans la dalle sont réalisés à l'aide de réservations en tube carton, par disposition de feuillard ou par remplissage de polystyrène. On arrive à un allègement de 25 à 30 % du poids de la dalle.

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d) Passage supérieur ou inférieur en dalle nervurée : PSI-DN

Figure 2-17 : Sections transversales courantes de ponts en dalle nervurée

Une structure en dalle nervurée permet également d’accéder à des longueurs de portées plus importantes par le gain d’inertie des sections.

Ponts poutres a) Passage supérieur ou inférieur à poutre de béton armé : PSI-BA

Figure 2-18 : Coupes transversales courantes de ponts à poutres en béton armé

Il s’agit de tabliers constitués de poutres en béton armé associées à une dalle de couverture. Les poutres sont entretoisées. Les travées sont indépendantes ou continues. Son domaine d’emploi est celui des portées moyennes (entre 10 et 20 m) ce qui permet le franchissement de routes ou d’autoroutes avec un tablier continu ; les travées indépendantes sont

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Chapitre 2 : Ponts

utilisées lorsque des tassements différentiels sont à craindre. Son emploi se restreint à des cas particuliers et ne nécessite pas une main d’œuvre qualifiée. L’épaisseur constante conseillée de la dalle supérieure varie de 1/22ème pour une travée indépendante à 1/28ème pour une dalle continue d’au moins 3 travées.

Figure 2-19 : Plan de poutraison de ponts à poutres en béton armé

b) Viaduc à travée indépendantes à poutre précontrainte : VI-PP Un viaduc permet le franchissement de mont à mont et il est particulièrement adapté au franchissement d’obstacles non courants isolés, constituant des brèches importantes d’obstacles répétitifs et rapprochés (routes, voies ferrées, canaux) pour lesquels une succession d’ouvrages isolés ne serait pas compétitive, ou de zones en terrain dégagé si des remblais ne sont pas réalisables (site tourbeux...).

Figure 2-20 : Coupe transversale d’une poutre de viaduc

Le tablier de l’ouvrage est formé de travées indépendantes, constituées chacune par un certain nombre de poutres à talon préfabriquées de hauteur constantes, précontraintes par câbles, entretoisées ou non, et reliées entre elles par des dalles en béton armé ou précontraint coulées en place.

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Chapitre 2 : Ponts

Sa portée s’étend de 25 à 45 m, exceptionnellement jusqu’à 50 m. L’élancement économique des poutres est de 1/17ème ce qui nécessite de disposer d’une hauteur de tablier relativement importante. L’angle de biais sera compris entre 100 et 70 grades.

Figure 2-21 : Coupe transversale courante d’un viaduc

c) Poutres précontraintes par adhérence : PR-AD Le tablier de type PR-AD est une travée indépendante réalisée au moyen de poutres précontraintes par fils adhérents, solidarisées par une dalle de couverture coulée en place sur des coffrages perdus non participants. Les poutres ne sont pas entretoisées, sauf à leurs extrémités où sont réalisés des chaînages d’about.

Figure 2-22 : Section transversale d’un pont à poutres précontraintes par adhérence

Son domaine d’emploi courant de 10 à 25 m de portée en fait, notamment, une solution classique pour le franchissement de routes dont la circulation ne peut être interrompue, de lignes de chemins de fer électrisées et de certains cours d'eau. d) Passage supérieur ou inférieur à ossature mixte : PSI-OM Ce tablier est une structure composite constituée par des poutres métalliques sous chaussée, solidarisées, à l'aide de connecteurs, avec une dalle de couverture en béton armé (ou précontraint), de manière à former un ensemble monolithique : les poutres peuvent être de hauteur constante ou variable. Les travées peuvent être indépendantes ou continues. Ces ouvrages sont souvent mis en œuvre par poussage ou lançage.

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Chapitre 2 : Ponts

Figure 2-23 : Section transversale d’un pont à ossature mixte

Son domaine d’emploi, qui est lié aux avantages que procure l’utilisation de la charpente métallique, est étendu puisque les portées peuvent atteindre 100 m, même si dans une utilisation courante les portées seront comprises entre 35 et 50 m. L’élancement des poutres seules, qui dépend du nombre de travées, varie de 1/25ème à 1/35ème dans le cas de poutres continues de hauteur constante. L’utilisation normale du programme conduit à limiter à 6 le nombre de travées. L’angle de biais est compris entre 100 et 60 grades dans le cas d’un ouvrage de faible hauteur (≤ 8 m) ; si l’ouvrage est large, l’incidence du biais doit faire l’objet d’une étude particulière.

APPUIS DES PONTS : CULEES ET PILES Culées Les culées sont des appuis d’extrémité d’un ouvrage ; en outre elles assurent le soutènement des terres des remblais d’accès. On distingue différents types de culées :

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Les culées enterrées Elles sont noyés dans le remblai d’accès à l’ouvrage et assurent essentiellement une fonction porteuse car elles sont peu sollicitées par des efforts horizontaux de poussée des terres.

Les culées remblayées Elles sont constituées par un ensemble de murs ou de voiles de béton armé et assurent une fonction porteuse et une fonction de soutènement du remblai.

Figure 2-24 : Culée enterrée

Figure 2-25 : Culée remblayée

Piles Les piles servent d’appuis intermédiaires au tablier : elles reprennent les efforts exercés par le tablier. Celui-ci peut-être simplement appuyé sur elles, partiellement ou totalement encastré. Les piles reçoivent donc des efforts verticaux dans le premier cas, verticaux et horizontaux dans les cas suivants. Les piles constituent les appuis intermédiaires des ponts à plusieurs travées continues. Les piles-culées constituent les appuis d'extrémité, enterrés, complètement ou partiellement, dans les remblais d'accès.

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Figure 2-26 : Piles standards

Figure 2-27 : Variantes élaborées de piles

CHOIX D’UN TYPE DE PONT Généralités Afin de faire le choix du type de pont le plus approprié, il faut connaître l'ensemble des contraintes à respecter et des types de ponts à envisager. La solution retenue résulte de l'étude de ces deux ensembles. C'est une opération de synthèse dans laquelle interviennent de nombreux paramètres et qui fait appel au jugement et à l'expérience. La page suivante énumère les différentes contraintes à respecter lors du choix d'un type d'ouvrage. Le tableau 2-2 présente le domaine d'emploi des principaux types de ponts suivant la portée principale. Le

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tableau 2-3 reprend certaines des contraintes en fonction des types de ponts; cette grille de décision permet de cerner avec plus de précision le type de pont à choisir face aux possibilités déjà connues. Lorsque la grille permet le choix de deux ou plusieurs types de pont en fonction de certaines contraintes, l'ingénieur doit effectuer une étude économique et se servir de son expérience pour finaliser son choix. Les indications fournies dans ces tableaux constituent des limites habituelles pour des ouvrages courants, elles sont tirées de l'expérience et peuvent être modifiées dans certains cas. Ces tableaux ne couvrent pas le choix d'ouvrages d'art non courants ou de ponts de grande envergure; ces cas nécessitent une étude comparative approfondie de quelques types d'ouvrages en fonction de contraintes dont l'importance diffère également.

Contraintes à respecter  Hydraulique  Ouverture  Dégagement vertical  Affouillement  Érosion, glaces  Géotechnique  Capacité portante du sol  Tassement  Glissement  Géométrie  Portée  Largeur de la route  Hauteur libre  Épaisseur du tablier  Biais  Possibilité de remblai  Surface de roulement  Construction  Batardeaux  Étaiement  Disponibilité des matériaux  Préfabrication  Transport et montage des poutres  Période et durée de construction  Maintien de la circulation  Coût  Entretien  Fréquence des réparations IFTS – Génie civil

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 Coût prévu  Durée de vie  Environnement  Aire de travail  Impact sur le cours d'eau  Période de construction

Types de pont selon la portée Tableau 2-2 : Domaine d'emploi des principaux types de ponts

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Types de pont en fonction des contraintes Tableau 2-3 : Contraintes en fonction des types de ponts Contraintes Type de ponts

EpaisPortée seur du L(m) tablier

Biais

Sol* (kPa)

Remblai

Etaiement

Préfabri -cation

Délai de construction moyen à court moyen à court

Entretien

Ponceau

1à8

selon le type

<30°

> 75

oui

oui

possible

Ponceau en arc en béton

3 à 20

L/30

non

> 150

oui

oui

possible

Portique en béton

5 à 20

<20°

> 150

possi ble

oui

non

moyen

faible

<30°

> 150

non

oui

non

moyen

faible

<20°

> 75

non

non

oui

moyen

L/20

<30°

> 150

non

oui

possible

court long à moyen

L/25

<20°

> 150

non

non

oui

moyen

moyen

20 à 45

L/16 à L/22

<30°

> 300

non

non

oui

moyen

moyen

30 à 45

L/28

<30°

> 300

non

oui

non

long

moyen

Dalle pleine en béton Pont acier-bois Poutre en béton Poutre en acier, dalle en béton Poutre préfabriquée en béton précontraint Poutre en béton précontraint par post-tension

6 à 15 6 à 25 10 à 25 15 à 45

L/30 à L/15 L/30 à L/20 L/25

faible faible

moyen

PROCEDES DE CONSTRUCTION DES PONTS Construction des culées Les culées sont généralement totalement (fig. 2-28) ou partiellement enterrée. Phases de réalisation : 1) semelles + porteurs verticaux 2) premier remblai 3) chevêtre + murets garde grève

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4) murs en retour 5) second remblaiement

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Figure 2-28 : Phasage de construction des culées

Construction des piles Les piles témoignent couramment d'un recherche architecturale (fig. 2-29) le coffrage est dans ces cas très spécifique. Une autre particularité des piles est leur hauteur qui peut être très importante (fig. 2-30). Par exemple le viaduc de Millau.

Figure 2-29 : Aspect architectural des piles

Figure 2-30 : Pile à hauteur importante

Pour leur réalisation on utilise couramment :  des coffrages glissants,  ou des coffrages grimpants.

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Construction du tablier Construction sur cintre Si la brèche à franchir n'est pas trop importante :  le tablier du pont est coulé dans un coffrage posé sur étaiement ;  le coffrage est appelé cintre car à l'époque où tous les ponts était en arc le coffrage était cintré... ;  le phasage de la construction est lié au réemploi du matériel ;  la portée économique est de l’ordre de 10 à 25 m ;

Figure 2-31 : Construction sur cintre d’un pont à trois travées

Avantages Inconvénients  Matériel simple (tours d'étaiement,  Lorsque l'obstacle à franchir est très profond cela plateaux coffrants). nécessite beaucoup de matériel.  Qualification courante de la main  Dans le cas d'ouvrages longs il faut soit beaucoup d'œuvre. de matériel soit peu de matériel mais un phasage long.  Problème du maintien de la circulation sous l'ouvrage en construction. Pont à poutres préfabriquées La préfabrication sur la rive apporte une facilité de coffrage et de bétonnage. Le hourdis est coulé sur (ou entre) les poutres. Il faut mettre en place les poutres : IFTS – Génie civil

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Chapitre 2 : Ponts

 soit à la grue depuis le sol ;  soit hissées depuis les piles ;  soit lancées par un portique (ou poutre) de lancement. Pour la dernière méthode, la portée économique des travées est de 30 à 40 m. Ce système est couramment adopté pour les viaducs. La cinématique de lancement d'une poutre est décrite ci-dessous : 1) la poutre est amenée sur le tablier réalisé jusqu'à la travée N-2 ; elle est prise en charge par le portique. 2) la poutre est translatée au sein du portique jusque dans la travée N-1. 3) le portique avance équilibré par la poutre restée sur la travée N-1. 4) le portique prend appui sur la pile isolée.

Figure 2-32 : Schéma de cinématique de lancement de poutres

Figure 2-33 : Dispositif de lancement de poutres

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Chapitre 2 : Ponts

Avantages  Hauteur du pont sans influence.  Pas d'arrêt de circulation sous l'ouvrage.

Inconvénients  Matériel de levage important (surtout le portique).

 Hauteur uniforme du tablier. NB : les poutres peuvent être métalliques et noyés dans le béton (structure mixte). Ponts poussés

Le pont est réalisé et assemblé sur la rive puis mis en place par poussage. NB : on parle de poussage que le pont soit poussé ou tiré. La construction par portion du tablier se fait à l'avancement (au fur et à mesure du poussage) à une ou deux extrémités du pont. Pour limiter le porte-à-faux, les efforts et les déformations associés on utilise un avant bec, un haubanage ou des appuis provisoires (voir figure ci-contre). Les efforts de poussage (proportionnels au poids de l'ouvrage) sont appliqués par des vérins ou des treuils à la portion construite qui repose sur des appuis glissants en téflon ou sur des rouleaux.

Figure 2-34 : Types de poussage

Avantages (sauf dans le cas d'appuis provisoires)  Hauteur du pont sans influence.  Pas d'arrêt de circulation sous l'ouvrage.

Inconvénients  Effort de poussage important.  Poussage délicat dans le cas de pont courbe.  Hauteur du tablier constante préférable.

Construction par encorbellement  Si le pont ne peut être poussé (tablier de hauteur variable, pont courbe...),  Si les travées ont de trop grandes portées pour des poutres,  Si la brèche est trop importante pour un étaiement, IFTS – Génie civil

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Chapitre 2 : Ponts

On pourra construire le tablier du pont en encorbellement c'est à dire : construire un fléau à partir d'un appui (pile) constitué de 2 demi-travées de part et d'autre de celui-ci. Le pont est réalisé par tranches successives appelées voussoirs. Les voussoirs sont :  soit bétonnés en place dans un équipage mobile.  soit préfabriqués, mis en place puis solidarisés.

Le principe d'avancement est décrit ci-dessous : 1) réalisation du voussoir sur pile, 2) pose symétrique des voussoirs courants, 3) réalisation à la jonction de 2 fléaux d'un voussoir de clavage. N.B. : L'avancement symétrique préserve l'équilibre du fléau. Néanmoins un moment de renversement existe en construction : la rotation est empêchée soit par des appuis provisoires, soit par un encastrement du fléau sur la pile.

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Chapitre 2 : Ponts

Figure 2-35 : Principe de construction par encorbellement

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Chapitre 3 : Ponceaux : buses et dalots

3. PONCEAUX : BUSES ET DALOTS GENERALITES SUR LES PONCEAUX Définition Un ponceau est une structure hydraulique aménagée sous un remblai qui permet le passage de l’eau tout en permettant aux humains, animaux, machines et équipements de traverser le cours d’eau. Les ponceaux sont plus économiques à aménager que les ponts et c’est ce qui explique leur popularité. Un ponceau (fig. 3-1) est constitué d’une structure de canalisation hydraulique installée sur un radier et recouvert d’un remblai.

Figure 3-1 : Eléments constituant un ponceau

Il est à peu près impossible de bien planifier l’aménagement des cours d’eau en milieu rural, sans en même temps considérer l’influence des ponceaux ou des ponts sur les caractéristiques de l’écoulement des eaux de ruissellement.

Différents types de ponceaux Les ponceaux sont caractérisés par leur forme, le type de matériaux utilisés et leur installation dans le remblai. Matériaux utilisés Le matériau utilisé pour la canalisation hydraulique est la tôle d’acier galvanisé ondulé, le béton, le bois et le polyéthylène pour les ponceaux de petite taille. La base sur laquelle la canalisation hydraulique est installée est appelée le radier et elle est en béton ou utilise le matériau originel ou de remblai mais ce matériau doit être suffisamment stable pour recevoir la structure de canalisation et les charges du remblai et des véhicules y circulant. Le remblai est généralement constitué de matériau grossier (gravier, concassé et pierres de différentes tailles). Dépendant de la hauteur du remblai, le matériau doit être compacté pour mieux résister à l’infiltration et à l’affouillement.

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Chapitre 3 : Ponceaux : buses et dalots

Forme de la canalisation hydraulique Les canalisations hydrauliques peuvent être à contour ouvert ou fermé (fig. 3-2). Les canalisations à contour ouvert sont principalement rectangulaires ou voutés. Les canalisations fermées sont de formes rectangulaire, circulaire, elliptique et arqué. Les canalisations rectangulaires (dalots) sont principalement en béton et parfois en pièces de bois. Les formes circulaires (buses) utilisent des tuyaux en acier ondulé, en béton et pour les ponceaux de petite taille, en polyéthylène ondulé. Les formes elliptiques, arquées et voutées sont généralement en acier ondulé. Pour les canalisations à contour ouvert, la base de la structure est installée sur une semelle ou un radier généralement en béton.

Canalisations hydrauliques à contour ouvert

Canalisations hydraulique à contour fermé Figure 3-2 : Formes de ponceaux

BUSES Description Différents types de buses Les buses sont des ponceaux de forme circulaire. Elles peuvent être réalisées suivant diverses techniques dont les principales sont :  la mise bout-à-bout de tuyaux préfabriqués en béton armé ou non,  l'assemblage d'éléments métalliques,  le coulage du béton sur des coffrages circulaires obtenus en général par gonflement d'une membrane. Fondation des buses Dans tous les cas, certaines précautions sont à prendre pour assurer le contact entre la conduite ainsi constituée et le sol en place. IFTS – Génie civil 32

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Chapitre 3 : Ponceaux : buses et dalots

Buse posée sans fondation

La résistance du sol a diminué à cause de l’infiltration et le sol a cédé Figure 3-3 : Conséquence de la pose d’une buse sans fondation

Cette précaution consiste généralement en la réalisation d'un berceau en gros béton (cas des buses en béton armé) ou d’un bloc technique en terre sélectionnée (cas des buses métalliques). Si ces précautions ne sont pas prises, le sol situé sous la buse est détrempé par les eaux qui s'échappent à travers les joints et cède sous l’action répétée des véhicules. Ouvrages d’extrémité Les buses sous chaussées sont celles qui permettent à l'eau des fossés de passer d'un côté à l'autre de la route, elles comportent à l'amont un puisard qui recueille les eaux venant du fossé. Les buses sous remblai comportent en général une tête amont destinée à protéger le remblai contre l'érosion due à la mise en vitesse de l'eau à l'entrée de la buse. Il est courant, dans le cas des buses métalliques, de remplacer les ouvrages de tête par une prolongation de la buse.

Figure 3-4 : Ouvrage d’extrémité d’une buse

La prolongation de la buse au-delà du talus donne d'assez mauvais résultats dans le cas des buses en béton, car celles-ci ont un parement lisse sur lequel glisse le remblai. Cette prolongation n'a d'ailleurs pas la même raison d'être que pour les buses métalliques, car :  la pose de buse en béton armé nécessite de toute façon que l'on fasse du béton sur le chantier, ce qui n'est pas le cas des buses métalliques,

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Chapitre 3 : Ponceaux : buses et dalots

 les buses métalliques sont en général fondées sur un remblai en sol sélectionné, pour lequel une tête en béton constituerait un point dur.

Figure 3-5 : Allongement de la buse tenant lieu d’ouvrage d’extrémité

Pour compléter la protection constituée par la tête, dans le cas de buse en béton, et par la prolongation de la conduite, dans le cas des buses métalliques, il peut être utile de perreyer les talus dans la zone avoisinant l'ouvrage. Cette zone constitue en effet un point faible car elle est exposée au ruissellement des eaux venant de la plate-forme et peut également être atteinte par les eaux qui circulent sous l'ouvrage.

Fonctionnement mécanique des buses La différence fondamentale entre les buses en béton et les buses métalliques est que les premières sont rigides et résistent à cause de cette rigidité, tandis que les secondes sont souples et ne peuvent résister qu'en prenant appui sur le remblai qui les entoure.

Figure 3-6 : Comportement d’une buse en béton sous charge (jusqu’à rupture, la déformation est faible et l’appui contre les terres avoisinantes est négligeable).

Pour réduire les efforts appliqués aux buses, il convient de les protéger par une couche suffisante de matériaux pour remblai et chaussées. En règle générale, une buse doit être enterrée sous au moins

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Chapitre 3 : Ponceaux : buses et dalots

0,80 m de matériaux. Ainsi, une partie du poids de l’essieu qui passe sur la buse est supportée par le remblai avoisinant.

Figure 3-7 : Protection de la buse par le remblai

Domaine d’emploi des différents types de buse Les buses préfabriquées en béton constituent la solution courante pour les petits chantiers. Les buses sont fabriquées en atelier pendant les périodes creuses (saison des pluies par exemple). Il est possible d'y faire du bon béton, si l'on est bien organisé. Sur le chantier il n'y a à faire que le béton de fondation et les têtes, tous les éléments pour lesquels un défaut de qualité n'a que de conséquences mineures. Cependant dès que le diamètre des buses en béton dépasse 1,00 m leur poids important peut provoquer des difficultés de transport et de manutention (une buse de 1,20 m de diamètre et de 1,00 m de longueur pèse 1500 kg). Sur les gros chantiers les buses préfabriquées en béton présentent l'inconvénient d'être relativement longues à poser (nécessité de couler du béton de fondation, de poser les cerces, d’attendre la prise), ce qui n'est pas toujours compatible avec la cadence d'avancement. La buse métallique prend alors l'avantage, car sa fondation n'exige que des travaux de terrassements (excavation, remblaiement, compactage). En site compressible il est difficile de réaliser une fondation rigide qui ne risque pas de se rompre ; il est alors préférable de mettre en place une buse métallique (qui peut tolérer une certaine déformation) assise sur une fondation en matériaux sélectionnés. En site rocheux, la buse en béton peut être posée sans précautions particulières alors que la buse métallique, qui ne supporte aucun point dur en fondation, nécessite l'excavation du rocher et son remplacement par du remblai. En eaux agressives l'emploi des buses métalliques nécessite une protection contre l'oxydation. IFTS – Génie civil

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Chapitre 3 : Ponceaux : buses et dalots

Il y a donc tout avantage à utiliser les buses en béton pour des travaux programmables. Il est bon néanmoins d’avoir en réserve quelques buses métalliques pour des interventions d'urgence (rétablissement rapide d'une voie de communication après coupure), mais de toute façon, l’utilisation ne pourra se faire qu’à bon escient et en n’oubliant pas de tenir compte de leur prix d'achat dans l'évaluation du coût global de l'ouvrage à réaliser. Les buses coulées en place sur coffrage gonflable sont rarement utilisées pour les travaux routiers. Elles ont en effet l'inconvénient d'exiger la confection d'un béton d'assez bonne qualité, en petite quantité et sur le site même de la construction. Elles conviennent surtout pour les drains de très grande longueur (assainissements urbains, aérodromes).

Buses en béton préfabriquées Description des ouvrages à réaliser Une buse en béton comprend :  des éléments de tuyaux cylindriques à extrémités emboîtables. Ces éléments ont en général une longueur d’un mètre pour les petits diamètres ; pour les diamètres importants (1 et 1,20 m) ; cette longueur peut être réduite pour faciliter la manutention ;  un berceau de gros béton, formant la fondation, sur lequel seront posés les éléments ci-dessus ;  des colliers de fixation en béton armé (ou non) couvrant les joints et assurant l’étanchéité ;  des ouvrages d’extrémités en gros béton ou béton armé comportant un radier avec parafouille, un mur de front enserrant l’extrémité de la buse et deux murs latéraux plus ou moins biais suivant l’effet d’entonnement que l'on recherche. Fabrication des buses Les buses devant être constituées par du béton de bonne qualité, il est hautement recommandé de les réaliser en atelier.

Figure 3-8 : Assemblage des buses en béton

L'outillage nécessaire pour la fabrication des buses comprend :  un moule à buses comportant :  un coffrage intérieur rétractable par système à baïonnette ou à excentrique (mandrin);  un coffrage extérieur en deux pièces assemblées par crochet à excentriques (coquille) ; IFTS – Génie civil

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   

Chapitre 3 : Ponceaux : buses et dalots

 des rondelles inférieures moulant l’emboîtement inférieur ;  une couronne supérieure pour le moulage de l'emboîtement supérieur ; un portique pouvant porter 1500 kg (buses de 1,20 m), 1100 kg (buses de 1,00 m), 750 kg (buses de 0,80 m), 600 kg (buses de 0,60 m) ; une bétonnière et le matériel nécessaire au dosage du béton (caisses volumétriques) ; un compresseur et des pervibrateurs de moins de 35 mm de diamètre ; dans le cas des buses en béton armé des gabarits pour la préparation des fers circulaires (cerces).

Les parois des moules qui seront au contact du béton doivent être soigneusement graissées. Les différentes caractéristiques des buses sont indiquées dans le tableau ci-dessous : Diamètre Volume Épaisseur (cm) Poids (kg/m) intérieur (m) béton (m3/m) 0,60 10 0,220 600 0,80 10 0,280 750 1,00 12 0,420 1100 1,20 14 0,590 1500 Les travaux s'exécutent comme suit dans le cas des buses en béton armé : a) Préparation du ferraillage : les cerces sont coupées à leur longueur, puis cintrées et ligaturées, puis assemblées sur les fers longitudinaux, suivant un assemblage de type vannerie.

Figure 3-9 : Préparation du ferraillage d’une buse

b) Aire de coulage : l'aire de coulage doit être propre et résistante. Il vaut mieux cependant ne pas la bétonner pour réduire les risques d’épaufrage des buses lors des manipulations ultérieures. c) Préparation du moule : le mandrin et la rondelle inférieure sont d'abord installés (après avoir été soigneusement graissés) puis le ferraillage est placé autour du mandrin. Des cales en béton maintiennent les fers à la distance requise du fond et de la paroi du mandrin. Il en est également prévu pour que soit respectée la distance requise entre les armatures et les parois de la coquille. Les deux moitiés de la coquille sont ensuite mises en place (après graissage de la paroi intérieure). d) Mise en œuvre du béton : le béton alors confectionné est mis en œuvre par vibration. A défaut de table vibrante, la vibration est habituellement réalisée par des pervibrateurs à aiguilles. Seules les aiguilles de 30 à 35 mm parviennent à pénétrer dans le moule. Une combinaison du piquage et de la vibration permet d'obtenir une bonne compacité. IFTS – Génie civil

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Chapitre 3 : Ponceaux : buses et dalots

Lorsque le remplissage du moule est terminé, on place la couronne supérieure, ce qui façonne l'emboîtement. Le démoulage peut normalement être fait au bout de quelques heures si le béton a été coulé suffisamment sec. Avec deux moules à buses, une équipe peut travailler à plein temps, en démoulant une buse dès qu’elle a fini de couler la suivante. L'assemblage de type vannerie recommandé pour le ferraillage est particulièrement indispensable en cas de démoulage rapide, car il faut que les cerces suivent le léger tassement qui peut se produire au moment où le béton cesse d'être soutenu par le moule. e) Cure de béton : lorsque la buse est démoulée, son béton est exposé à l'évaporation. Il est donc indispensable, soit de le recouvrir d'un enduit de cure, soit de le placer sous des sacs de jute maintenus humides en permanence pendant une quinzaine de jours. Dans le cas des buses en béton non armé la description des travaux est la même, en supprimant tout ce qui concerne le ferraillage. Réalisation de la fondation La fondation comprend :  l'implantation de l'ouvrage,  l'ouverture d'une fouille correspondant si possible exactement aux dimensions du berceau à réaliser pour permettre le bétonnage direct à pleine fouille. Une surprofondeur d'une dizaine de centimètres doit être réalisée pour la mise en place du béton de propreté ;  la réalisation du béton de propreté : Il est recommandé de donner à celui-ci la même composition que le béton de fondation car un béton de propreté trop pauvre risque d'absorber une partie de l'eau de prise du béton qui le recouvre, et peut être ultérieurement détruit par l'eau circulant dans le sol ;  le coulage du socle jusqu'au niveau de la génératrice inférieure des buses. Les volumes à mettre en œuvre par mètre linéaire selon les diamètres des buses sont indiqués cidessous : Φ de la buse Béton de propreté (m3) Socle (m3) Berceau (m3) Total (m3) 0,60 0,120 0,240 0,230 0,590 0,80 0,150 0,300 0,360 0,810 1,00 0,160 0,320 0,390 0,870 1,20 0,190 0,380 0,550 1,120

Mise en place des buses La mise en place des buses nécessite un engin de manutention (chèvre, portique, grue sur pneus). IFTS – Génie civil

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Chapitre 3 : Ponceaux : buses et dalots

Les buses sont placées dans le prolongement les unes des autres, et emboîtées. On termine alors l'exécution du berceau par bétonnage des parois latérales.

Figure 3-10 : Mise en place d’une buse

Les armatures des cerces couvre-joints sont mises en place lors de l'achèvement du berceau. Les cerces sont bétonnées ultérieurement entre deux coffrages latéraux. La face cylindrique extérieure est coffrée au fur et à mesure de l'avancement de bétonnage.

Figure 3-11 : Coffrage des cerces

Réalisation des têtes et puisards Têtes et puisards sont réalisés après la buse et avant remblaiement. Lorsque le terrain est affouillable, la tête aval doit comporter un parafouille, et être prolongé par quelques gabions destinés à reporter l'érosion plus loin. Les têtes peuvent être réalisées en béton armé ou non, et en maçonnerie pour les petits diamètres. La tête amont peut être du même type que la tête aval. Le tableau ci-dessous indique les volumes de béton armé ou non à mettre en œuvre selon le type de tête adopté. Volume (m3) Diamètre Tête en béton armé Tête non armée Amont Aval Amont ou aval IFTS – Génie civil

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0,60 0,80 1,00 1,20

Chapitre 3 : Ponceaux : buses et dalots

0,82 0,82 2,34 2,25

0,56 0,54 1,57 1,50

0,480 0,815 1,275 1,765

Remblaiement Bien que la butée du remblai ne joue pas dans le cas des buses en béton un rôle aussi important que dans celui des buses métalliques, un remblaiement soigné, réalisé avec des terres de bonne qualité, est indispensable. Si cette précaution n'est pas prise, la couche de remblai de 0,80 m qui avait pour but d’amortir l'action de la circulation sur la buse ne joue pas son rôle. Bien au contraire, il se produit un cassis qui majore sensiblement cette action.

Figure 3-12 : Conséquences d’un mauvais remblaiement

Le remblaiement autour de la buse et sur la buse doit donc être fait avec des matériaux graveleux, des sables argileux ou des sables crus très soigneusement compactés. La partie du remblai située à proximité du talus amont doit être réalisée avec des matériaux suffisamment cohésifs pour constituer une protection contre les infiltrations et l'érosion.

Figure 3-13 : Protection amont des matériaux cohérents

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Chapitre 3 : Ponceaux : buses et dalots

Buses métalliques Généralités Les buses métalliques sont constituées par des éléments en tôle ondulée galvanisée, cintrés dans le sens perpendiculaire aux ondulations, et dont les bords sont percés de trous permettant leur assemblage par boulons ou crochets. Les buses de petit diamètre (jusqu'à 2,00 m) sont constituées par deux tôles semi-circulaires assemblées par des crochets ou des boulons (buses dites emboîtables). Le profil des buses de grand diamètre (au-delà de 2,00 m et éventuellement entre 1,75 et 2,00 m) est constitué par des éléments cintrés boulonnés les uns sur les autres (buses dites multiplaques).

Figure 3-14 : Divers types de buses métalliques

Il existe des buses à section circulaire, ou légèrement elliptique (diamètre vertical supérieur au diamètre horizontal), et des buses arches, beaucoup plus aplaties, qui permettent de traiter le cas des faibles hauteurs de remblai.

Figure 3-15 : Principe d’emploi des buses à section elliptique

Protection contre la corrosion Si le milieu dans lequel est placée la buse est peu agressif (terres saines, pas d'eau stagnante), la galvanisation des buses constitue une protection suffisante. Par contre, s'il est agressif (marécages, eau saumâtre, rejets industriels, égouts), il est indispensable de compléter cette protection par une IFTS – Génie civil

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Chapitre 3 : Ponceaux : buses et dalots

application de peinture bitumineuse (à l'intérieur et à l'extérieur). Le travail pourra être réalisé à l'atelier pendant la saison des pluies par exemple, au moins pour la première couche. Fondation des buses métalliques a) Principes généraux La souplesse des buses métalliques leur permet de bien répartir les charges sur le sol meuble, mais les rend très vulnérables à des actions localisées. Ces buses doivent donc toujours reposer sur un soubassement constitué par un remblai de bonne qualité, ne contenant pas de gros éléments (plus de 8 cm). Toute fondation sur un lit en béton ou sur un fond rocheux est à exclure.

Figure 3-16 : Nécessité d’une fondation en sol sélectionné sous les buses métalliques

b) Fondation sur console (sable, gravier, terre ferme) La buse est posée directement sur le sol naturel. On y réalise un berceau épousant la forme de la buse sur le quart inférieur de sa circonférence.

Figure 3-17 : Berceau taillé dans le terrain naturel

Figure 3-18 : Berceau obtenu par remblaiement sous la buse

On peut également creuser sur une plus grande largeur et placer du remblai pour caler le quart inférieur de la buse. c) Fondation sur sol rocheux IFTS – Génie civil

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Chapitre 3 : Ponceaux : buses et dalots

Le sol doit être creusé sur une largeur de deux diamètres pour permettre de placer sous la buse un matelas de terre meuble soigneusement compactée de 20 à 40 cm d'épaisseur, suivant le diamètre de la buse. Si le rocher est recouvert de sol inconsistant, ce sol doit être enlevé sur une largeur d'au moins trois diamètres.

Figure 3-19 : Fondation sur rocher

Figure 3-20 : Fondation sur rocher recouvert de sol inconsistant

d) Sols mous Les sols mous doivent être remplacés par un sol de bonne qualité sur une largeur d’au moins trois diamètres et sur une épaisseur suffisante pour obtenir une portance acceptable (épaisseur minimale 20 cm). En cas de très mauvais sols, on peut placer sous ce matelas de terre une couche de branchages de 25 à 30 cm d'épaisseur qui est ensuite noyée dans une première couche de sol d’apport puis recouverte par une deuxième couche d'au moins 20 cm de sol sans branchages.

Figure 3-21 : Fondation sur mauvais sol

Figure 3-22 : Fondation sur très mauvais sol

Dans certains cas, il pourra même être nécessaire de foncer des pieux sous l'encaissement. La conduite ne sera jamais posée directement sur ces pieux, ni sur la dalle rigide qui pourrait les relier. Il faudra toujours, comme dans le cas de terrains rocheux, intercaler entre le support rigide et la buse, un matelas de terre meuble ou de gravier soigneusement compacté. e) Sols de qualités irrégulières IFTS – Génie civil

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Chapitre 3 : Ponceaux : buses et dalots

Dans le cas de sol de qualités irrégulières, il faut traiter chaque sol suivant le procédé qui lui correspond, en étant particulièrement vigilant sur le traitement des sols les plus mous, car on risque de graves désordres s'il s'y produit des tassements trop importants. f) Tassements longitudinaux Pour éviter que, par suite des différences de tassements entre le milieu du remblai et les bords, la buse ait un point bas en son milieu, il est bon, si on estime qu'il y a des risques de tassement, de donner une contreflèche initiale à la buse. La valeur de celle-ci dépendra de l'importance du dépassement que l'on prévoit, mais il est recommandé de ne pas adopter une différence de pente supérieure à 3 %.

Figure 3-23 : Déformation longitudinale d’une buse sous le poids du remblai

Figure 3-24 : Effet d’une contreflèche lors de la pose d’une buse

Montage des buses métalliques Le montage des buses métalliques doit être effectué suivant les indications données par le constructeur dans ses notices. Ce montage doit être fait très soigneusement pour éviter les infiltrations d’eau au droit des assemblages. Cette eau risque en effet, en ruisselant sous la buse, soit de détremper le sol, ce qui peut produire des tassements par disparition de sa capacité portante, soit d'entraîner les matériaux de fondation et de causer la dislocation de la buse. IFTS – Génie civil

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Chapitre 3 : Ponceaux : buses et dalots

Dans ce but, les recouvrements de tôles aux assemblages doivent toujours être faits en plaçant la plaque située à l’aval au-dessous de la plaque située à l'amont.

Figure 3-25 : Recouvrement des tôles lors de l’assemblage des buses métalliques

Remblaiement a) Etaiement préalable Au fur et à mesure que l'on accumule les remblais sur la buse, celle-ci a tendance à s'affaisser tandis que ses flancs s’écartent. Il en résulte une diminution de résistance. Cet effet est surtout prononcé dans le cas des buses circulaires. Pour cette catégorie de buses, il faut donc, pour les diamètres de plus de 1,25 m, placer des étais verticaux qui s'opposent à l'affaissement. Ceux-ci sont placés à force, par l'intermédiaire de coins, de façon à allonger de 3 à 5 % environ l'axe vertical de la buse. Pratiquement, on dispose à la partie basse de la buse une semelle de madriers S.1, à la partie supérieure à une semelle identique S.2. Sur la semelle inférieure, l'on dresse des étais E que l'on bloque sous la semelle supérieure avec des coins qui soulèveront celle-ci au fur et à mesure de leur enfoncement.

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Figure 3-26 : Etaiement des buses métalliques

Ces coins doivent être en bois tendre de façon à pouvoir s’écraser progressivement au fur et à mesure que le remblai viendra charger le sommet de la conduite et éviter ainsi une déformation dangereuse de celle-ci. Les étais doivent être constitués soit par des rondins de 12 à 15 cm de diamètre, soit par des madriers rectangulaires de 105 × 225. Suivant le diamètre de la conduite et la hauteur du remblai prévu, leur écartement varie de 1 à 2 mètres. Cette opération d’étaiement est fortement recommandée pour les buses de 1,50 m de diamètre ; elle est indispensable pour les buses de plus de 1,75 m de diamètre. En principe, les étais doivent rester en place jusqu'à tassement complet du remblai, mais le plus souvent peuvent être retirés sans inconvénient au bout de quelques semaines. Leur enlèvement est impératif. b) Nature des remblais à utiliser La buse métallique ne peut porter de lourdes charges qu’à condition de s’arc-bouter sur le remblai qui l'entoure. Ce remblai doit donc être suffisamment solide pour résister aux efforts qui lui sont ainsi transmis, sans toutefois contenir de gros éléments susceptibles de déformer ou de percer la tôle. Il est donc recommandé d'utiliser de préférence des sables ou des graviers ne contenant pas de grains de plus de 8 cm de diamètre, et de proscrire l'emploi de matériaux compressibles, ou corrosifs, tels que les terres argileuses, les tourbes… En terrain sain, les déblais peuvent souvent être utilisés pour ce remblaiement. c) Mise en place du remblai La conduite étant maintenue en place par des appuis latéraux, on procède d'abord à son calage de chaque côté (1 et 2), en commençant par-dessous.

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Figure 3-27 : Remblaiement sous une buse métallique

Le remblai est réparti tout le long de la conduite sous ses deux côtés et il y est très énergiquement tassé à l'aide de dames de moins de 50 cm² de section, en prenant toutefois des précautions suffisantes pour ne pas soulever la conduite au-dessus de son assise primitive. Ensuite, le remblai latéral est disposé par couches horizontales de 20 à 30 cm à peu près simultanément de chaque côté de la buse. Chaque tranche ainsi en place sera soigneusement damée avant d'être recouverte par la suivante. Le damage ou compactage peut se faire soit avec des dames à main d'au moins 10 kg et dont la surface frappante ne dépasse pas 250 cm², soit avec des engins mécaniques légers. Un matériel trop lourd risquerait de provoquer des déformations de la conduite. d) Dimensions Le remblaiement doit être fait sur une largeur égale à au moins trois fois le diamètre.

Figure 3-28 : Remblaiement autour d’une buse métallique

Il doit être poursuivi au-delà du sommet de la buse jusqu’à ce que celle-ci soit recouverte par une épaisseur de remblai indiquée par le constructeur, et dont l’ordre de grandeur figure dans le tableau cidessous. Diamètre ou portée en m 0,60 à 0,80 0,81 à 1,25 1,26 à 2,00

Hauteurs minimales en cm de remblai à prévoir avant de permettre le passage d’engins, pour essieux de : 5 à 10 t 10 à 20 t 20 à 50 t 50 à 100 t 100 à 200 t 25 40 60 80 120 40 60 80 120 160 60 80 120 160 200

Tant que le remblaiement n’est pas achevé jusqu’à cette hauteur minimale, il faut éviter le passage de tout véhicule sur la buse.

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Figure 3-29 : Remblaiement sur une buse métallique

Il est nécessaire en outre, que la buse ait été calculée pour supporter les charges en question. Les épaisseurs de terre indiquée ci-dessus sont mesurées entre le fond des ornières et le sommet de la buse. e) Poursuite du remblaiement Le remblaiement au-delà de l'épaisseur minimale définie ci-dessus nécessite également des précautions. Il faut notamment éviter l'emploi de rouleaux vibrants dont l'action risque de désorganiser le massif enveloppant la buse. Installation des buses en tranchée Lorsqu’une buse doit être posée en tranchée, deux hypothèses sont à envisager : a) Premier cas : Le solde naturel n'a pas le module d'élasticité nécessaire à la bonne tenue de la buse. Il faut alors réaliser une tranchée de largeur au moins égale à trois fois le diamètre ou la portée de la buse.

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Figure 3-30 : Pose d’une buse métallique en tranchée en terrain médiocre

b) Deuxième cas : Le module d'élasticité du sol naturel est égal ou supérieur au minimum requis pour la buse. On peut alors réduire la largeur de la tranchée au minimum nécessité par la mise en place de la buse et le compactage du remblai.

Figure 3-31 : Pose d’une buse métallique en tranchée en bon terrain

Si, dans un bon sol, la profondeur de la tranchée est inférieure à la hauteur de la buse, les massifs de butée seront de largeur réduite jusqu'au niveau du sol, puis de largeur normale jusqu'au niveau du sommet de la buse.

Figure 3-32 : Pose d'une buse métallique partiellement en tranchée, en bon terrain.

Installation d'ouvrages multiples Dans le cas d'ouvrages multiples, il faut placer entre les buses une épaisseur de remblai suffisante pour que la contrainte exercée par l'une soit diffusée avant d'avoir atteint l'autre. La figure ci-dessous donne les valeurs de l'espacement E à respecter. IFTS – Génie civil

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Figure 3-33 : Disposition à adopter dans le cas d'ouvrages multiples

Buses coulées en place sur coffrage gonflable La réalisation de buses coulées en place sur coffrages gonflables est une opération relativement délicate qui nécessite beaucoup de soin. Le procédé est donc surtout intéressant pour les ouvrages de grande longueur (terrains d'aviation, égouts) ou les ouvrages en quantité importante. La principale difficulté que l’on rencontre est due à la grande légèreté du tuyau-moule pneumatique qui constitue le coffrage. Celui-ci est en effet soumis au moment du coulage du béton à une poussée ascendante à laquelle il ne peut absolument pas résister par son poids. Son maintien en place nécessite donc son calage en prenant appui sur des étrésillons transversaux soigneusement amarrés. La réalisation d'une telle buse s'effectue ainsi :       

ouverture et nivellement de la fouille, bétonnage du radier, mise en place du système de calage (étrésillons transversaux), introduction du moule, gonflage du moule, coulage du béton, dégonflage et retrait du moule, 24 heures après le coulage.

Le moule doit être gonflé avec précaution, surtout si l'on emploie un compresseur fournissant de l'air à une pression très supérieure (6 à 7 kg/cm²) à celle que l'on doit obtenir (0,4 kg/cm²). Les diamètres des buses ainsi réalisées varient de 8 cm à 3,00 m. Les longueurs des tuyaux-moules correspondant à ces deux valeurs extrêmes du diamètre sont respectivement de 55 m et de 15 m.

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Figure 3-34 : Réalisation d’une buse sur coffrage gonflable.

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DALOTS Description Différents types de dalots Les dalots sont des ponceaux à section rectangulaire qui permettent comme les buses d'assurer le passage d'eau sous la chaussée. Ils sont constitués par deux murs verticaux, les piédroits, sur lesquels repose une dalle en béton armé continu ou constitué par la juxtaposition d'éléments préfabriqués. Les piédroits sont fondés soient sur deux semelles distinctes, soit sur une semelle unique, le radier général.

Figure 3-35 : Constitution de dalot

Les principaux types de dalots sont :  les dalots ordinaires dans lesquels les piédroits sont en gros béton ou en maçonnerie, et qui peuvent être fondés soit sur des semelles en béton, ou en béton armé, soit sur un radier général en béton armé ;  les dalots cadres dans lesquels la dalle, les piédroits et le radier constituent une structure rigide en béton armé (cadre) ;  les dalots portiques qui sont analogues aux dalots cadres mais n’ont pas de radier.

Figure 3-36 : Divers types de dalots

Les dalots cadres ou portiques consomment moins de béton que les dalots ordinaires mais leur exécution est plus difficile. Fondation des dalots La fondation sur semelles distinctes n'est à adopter que dans le cas de terrains résistants et non affouillables (rocher, roche décomposée, argiles sableuses résistant à l'érosion, argiles raides). Par contre, en cas de terrains peu résistants affouillables, le radier général est nécessaire. Ouvrages d'extrémité IFTS – Génie civil

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Chapitre 3 : Ponceaux : buses et dalots

Les ouvrages d’extrémité des dalots sont analogues à ceux des buses en béton. Dans le cas des ouvrages sur radier général, celui-ci peut être prolongé de façon à servir également de fondation au mur de tête. En terrain affouillable le radier doit être protégé à l'amont et surtout à l’aval par des parafouilles, et si nécessaire, le fond du lit au-delà du radier doit être tapissé d'enrochement d'au moins 30 kg pour éviter qu’un trou ne se forme juste devant le parafouille. Domaine d'emploi des différents types de dalots Les dalots ordinaires sur semelles séparées conviennent particulièrement au cas de petits franchissements (moins de 2 m de haut et de 2,50 m de portée) sur terrain rocheux ou inaffouillable. Les dalots ordinaires sur radier général conviennent au cas des franchissements de cette taille lorsque le terrain n’est pas résistant ou qu'il est affouillable. Les dalots cadres conviennent surtout aux franchissements plus importants (à partir de 1,50 m de hauteur et 2 m d’ouverture). On peut en cas de site rocheux franc les remplacer par des dalots portiques.

Dalots ordinaires Radiers et parafouilles L'excavation est faite jusqu'au niveau prévu pour la base du radier, puis, si nécessaire, poursuivie jusqu'à ce qu'il n'y ait plus de terre végétale. On creuse ensuite les tranchées nécessaires à la réalisation des parafouilles, et on y place les coffrages. Le bétonnage s'effectue ainsi :  couler les parafouilles ;  au bout d'au moins trois jours, décoffrer et remblayer la tranchée de chaque côté en damant soigneusement les matériaux, et en incorporant si possible à la partie supérieure des matériaux pierreux susceptibles de protéger ce remblai frais contre l'érosion ;  après décoffrage et remblaiement des deux côtés des parafouilles, mettre en place les coffrages latéraux du radier et couler un béton de propreté de 5 à 10 cm d'épaisseur puis le radier en béton à 300 kg de ciment par mètre cube. Ce béton peut être mis en place par damage si on ne dispose pas de moyens de vibration.

Piédroits

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Chapitre 3 : Ponceaux : buses et dalots

Les piédroits devaient être réalisés soit en béton ordinaire soit en maçonnerie. Leur face supérieure doit être soigneusement nivelée pour pouvoir recevoir la dalle de couverture. Dans le cas des piédroits en maçonnerie cette opération s'effectue par pose d'une chape au mortier.

Figure 3-37 : Nivellement de la face supérieure du piédroit

Il ne faut pas remblayer le sol derrière les piédroits avant d'avoir coulé la dalle de couverture. Dalle de couverture La dalle supérieure est en béton armé. Elle nécessite donc des soins particuliers de mise en œuvre, notamment l'emploi de coffrages suffisamment étanches et bien étayés. Le béton peut être mis en place par piquage et damage si on ne dispose pas de moyens de vibrations. La dalle peut être décoffrée au bout de sept jours, mais il faut attendre 28 jours pour l’ouvrir à la circulation. Pendant ce laps de temps, le maintien de la circulation peut être assuré si nécessaire, en plaçant au-dessus du dalot un platelage provisoire.

Dalots cadres Observations générales Les dalots cadres en béton armé doivent être réalisés avec beaucoup de soin. Ce sont en effet des ouvrages dans lesquels les matériaux (béton et aciers) sont fortement sollicités. Leur construction ne doit être entreprise que si l'on dispose de plans complets de ferraillage et des moyens matériels (moyens de vibrations notamment) garantissant une mise en œuvre parfaite du béton. La composition du béton doit notamment faire l'objet d'études préalables.

Parafouilles

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Chapitre 3 : Ponceaux : buses et dalots

Dans le cas des dalots cadres, il est bon de prévoir des parafouilles armés. À ceci près, les parafouilles sont exécutés comme il a été dit à propos des dalots ordinaires. Des fers laissés en attente permettent la liaison avec le radier. Radier Le radier étant en béton armé doit être impérativement coulé sur un béton de propreté. Les armatures destinées à assurer la liaison entre le radier et les piédroits sont laissées en attente.

Figure 3-38 : Coulage du radier et de l’amorce du piédroit

Il convient de veiller à ce que les armatures en attente ne soient pas tordues pendant le bétonnage, une armature tordue ne pouvant être redressé sans risque sérieux de fissuration de l'acier. Pour limiter les risques, les projets-types prévoient un recouvrement d'armature dans le voisinage de la surface de reprise. Pour faciliter la mise en place ultérieure de coffrages verticaux il est intéressant d'amorcer le bétonnage du piédroit sur une vingtaine de centimètres. Piédroits La réalisation des piédroits s’effectue de la façon suivante :    

brossage et piquage de la reprise de bétonnage ; mise en place du coffrage extérieur ; mise en place des armatures, en les faisant reposer sur la surface de reprise ; mise en place du coffrage intérieur, dont le pied sera buté contre l'amorce de la paroi coulée en même temps que le radier, et qui sera boulonné sur le coffrage extérieur ;  arrosage de la reprise et des coffrages ;  coulage du béton jusqu'au haut du coffrage. Pour faciliter le bétonnage, il est recommandé de ne pas mettre en place de coffrages de plus d’un mètre de haut, au moins sur une face.

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Chapitre 3 : Ponceaux : buses et dalots

Figure 3-39 : Coffrage des piédroits

Après coulage et 24 heures de prise, il convient donc de décoffrer, et de remonter les coffrages pour poursuivre le bétonnage. Dans ce but, des trous sont aménagés dans le béton pour recevoir les fixations des coffrages. Celles-ci sont constituées par des tiges filetées placées dans des morceaux de tuyaux d'arrosage en plastique. Après bétonnage, la tige qui a été protégée par les tuyaux contre le contact du béton peut être facilement retirée. Le trou ainsi obtenu est réutilisé, s'il y a lieu, pour fixer le coffrage dans sa position haute. Après achèvement du bétonnage, les morceaux de tuyaux sont découpés et retirés, puis les trous sont soigneusement bouchés avec du béton. Il faut s'assurer avant de couler que ces tuyaux ne sont pas au contact d’armatures afin qu'ils ne nuisent pas à leur enrobage. Parmi les aciers laissés en attente à l'issue du coffrage des piédroits, figurent les armatures des angles supérieurs du dalot. Celles-ci jouent un rôle essentiel dans la tenue de l'ouvrage. Il faut donc particulièrement veiller à ce qu’elles conservent au cours du coulage la position indiquée sur les plans. Dalle supérieure Lorsque les piédroits sont coulés, on peut mettre en place le coffrage de la dalle supérieure puis son ferraillage. Dans les projets types, ce dernier comprend une nappe inférieure d'armatures sur toute la surface du dalot, et une nappe supérieure plus légère qui prolonge, avec recouvrement, le ferraillage des angles laissés en attente lors du coulage des piédroits. Les extrémités de la dalle sont relevées pour servir d'arrêt de pied de talus au remblai. Ces extrémités ne sont pas en général au niveau de la plate-forme, de sorte qu'elles ne soient pas visibles depuis la route. Il est dans ce cas utile de placer en limite de plate-forme une murette signalant la présence du

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Chapitre 3 : Ponceaux : buses et dalots

dalot. Cette murette peut éventuellement jouer le rôle de butte-roues, si elle est suffisamment ancrée dans le sol. Il est bon de la peindre pour la rendre plus visible. Pour les dalots situés à faible profondeur sous la chaussée, c'est le relevage d’extrémité de la dalle qui joue le rôle de murette.

Figure 3-40 : Aménagement des extrémités suivant la hauteur de remblai

Récapitulation Les dessins ci-après récapitulent les différentes phases d'exécution des dalots cadres. Il a été jugé préférable de prévoir dans les plans un ferraillage qui puisse se mettre en œuvre au fur et à mesure de bétonnage, et qui ne laisse que le minimum de fer en attente. Cette solution majore légèrement les quantités d'acier par rapport à celle qui consisterait à laisser en attente des armatures de grande longueur. Mais elle donne une meilleure sécurité vis-à-vis d'un pliage accidentel des armatures, particulièrement à craindre lorsque celles-ci gênent les ouvriers chargés de la mise en œuvre du béton.

Figure 3-41 : Phases successives du coulage d’un dalot cadre

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Chapitre 4 : Ouvrages de soutènement

4. OUVRAGES DE SOUTENEMENT DEFINITION Les ouvrages de soutènement sont conçus pour créer une dénivelée entre les terres situées à l'amont de l'ouvrage, c'est-à-dire soutenues par celui-ci, et les terres situées à l'aval, devant l'ouvrage. Cette dénivelée peut être réalisée en procédant à la mise en place de remblais derrière l'ouvrage (auquel cas on parle généralement d'ouvrage en remblai ou en élévation) ou par extraction de terres devant celuici (auquel cas on parle généralement d'ouvrage en déblai ou en excavation). Les ouvrages de soutènement sont essentiellement employés, soit en site montagneux pour protéger les chaussées routières contre le risque d’éboulement ou d’avalanches, soit en site urbain pour réduire l’emprise d’un talus naturel, en vue de la construction d’une route, d'un bâtiment ou d’un ouvrage d’art. II existe deux grandes classes d’ouvrages de soutènement :  les murs de soutènement qui sont composés d’une paroi résistante et d’une semelle de fondation. C’est le cas des murs en béton armé en «T renversé» ou des murs-poids, qu’ils soient en maçonnerie (briques, pierres,…) ou formés d’éléments spéciaux (murs Peller, gabions métalliques).  Les écrans de soutènement qui sont composés seulement d’une paroi résistante :  rideau de palplanches formé de profilés métalliques emboîtés les uns dans les autres et fichés dans le sol,  paroi moulée en béton armé,  mur en terre armée avec parement composé d’écailles en béton.

MURS DE SOUTENEMENT Classification des murs de soutènement Les murs de soutènement s'opposent à la poussée des terres soit par le poids propre (mur poids), soit en utilisant comme contrepoids les terres qui reposent sur leurs semelles (murs profilés).

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Figure 4-1 : Mur poids

Chapitre 4 : Ouvrages de soutènement

Figure 4-2 : Mur profilé

Les murs poids peuvent être réalisés en maçonnerie, béton non armé ou en gabions. Les murs profilés sont réalisés en béton armé.

Domaine d’emploi des différents types de murs Les murs rigides tels que les murs profilés et les murs poids en maçonnerie ou en béton nécessitent de bons terrains de fondation. Lorsque le terrain est douteux, il y a lieu de recourir aux murs en gabions. Les murs profilés sont intéressants pour les grandes hauteurs, à condition que les quantités à mettre en œuvre soient suffisantes pour justifier toutes les précautions (études préalables, dosages soignés) que nécessite l’exécution du béton armé. Pour les murs de faible longueur ou de faible hauteur, l’emploi des murs poids en maçonnerie ou en béton non armé est préférable.

Murs en béton armé Description - Constitution Les murs de soutènement en béton armé, également appelés murs cantilever, sont très couramment employés. Ils sont constitués d'un voile résistant en béton armé encastré sur une semelle de fondation, en béton armé également, et généralement horizontale. Celle-ci comprend le patin, situé à l'avant du voile, et le talon, situé à l'arrière. La semelle peut être pourvue d'une bêche pour améliorer la stabilité de l'ouvrage au glissement. Cela peut être le cas notamment lorsque la bonne résistance du sol de fondation et/ou des problèmes d'emprise permettent ou imposent une semelle peu large. Lorsque le niveau de fondation est assez profond, ou que des conditions d'exécution le justifient (site aquatique par exemple), il est possible de concevoir la réalisation préalable d'un massif de gros béton ou de béton immergé (réalisé par exemple à l'intérieur d'un batardeau).

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Chapitre 4 : Ouvrages de soutènement

Il est également possible de concevoir un mur sur pieux (ou sur barrettes), si les conditions de sol le justifient, mais une telle disposition reste aujourd'hui assez exceptionnelle dans la mesure où il existe des techniques qui permettent de réaliser, dans des conditions économiques généralement bien plus avantageuses, des ouvrages plus souples susceptibles de s'accommoder plus aisément de tassements généraux ou différentiels. Les murs de soutènement en béton armé sont normalement pourvus d'un dispositif de drainage disposé à l'arrière du voile auquel est associé un dispositif d'évacuation des eaux (barbacanes généralement), lorsqu'ils ne sont pas prévus pour maintenir un niveau d'eau à l'amont. Ils sont constitués de plots de 15 à 30 m de longueur (murs coulés en place). Les variantes de conception sont surtout conçues pour répondre à des situations particulières, généralement liées à des problèmes d'emprise, à l'amont ou à l'aval. Pour des raisons économiques, elles ne sont pratiquement plus employées aujourd'hui. Les variantes d'exécution, plus couramment employées lorsque la hauteur de l'ouvrage n'est pas trop importante, portent essentiellement sur le recours à la préfabrication. Cette préfabrication peut concerner le parement du voile (coffrage intégré à l'ouvrage définitif), le voile lui-même ou encore l'ensemble du mur, semelle comprise (pour des hauteurs qui n'excèdent pas 6 mètres environ). Dimensionnement courant des ouvrages Le dimensionnement géométrique courant d'un mur de soutènement en béton armé est présenté (fig. 4-3). Dans certains cas, les limitations d'emprise, généralement imposées par la présence de constructions ou de voies de circulation, peuvent conditionner la répartition entre patin et talon, et même parfois amener à supprimer l'une ou l'autre de ces parties de la semelle.

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Chapitre 4 : Ouvrages de soutènement

Figure 4-3 : Dimensionnement courant d'un mur en béton armé

Domaine d'emploi Les murs en béton armé sont très probablement les types d'ouvrages de soutènement les plus couramment employés. Ils constituent également la structure type pour les culées d'ouvrages à mur de front. Ils sont bien adaptés pour la réalisation d'ouvrages en remblai comme en déblai, en site terrestre hors d'eau. L'exécution d'ouvrages en déblai peut nécessiter toutefois des emprises importantes ou la réalisation d'ouvrages de soutènement provisoires. Ils s'avèrent souvent économiques pour des hauteurs qui atteignent jusqu'à 6 à 8 mètres, voire une dizaine de mètres. Ils sont plus rarement employés pour de fortes hauteurs, pour des raisons économiques ou d'emprise, bien que leur réalisation soit, en principe, tout à fait possible si les conditions de fondation s'y prêtent. Ces murs nécessitent en principe un terrain de fondation de qualités moyennes à bonnes, susceptible de faibles tassements (quelques centimètres au plus), dans la mesure où le recours à des fondations profondes (ou éventuellement à un traitement préalable du sol) rend généralement la solution peu avantageuse.

Diverses formes de murs en béton armé  Mur en «T renversé» classique Le mur en «T renversé» est la forme classique pour un mur en béton armé de treillis soudé. Il est économique sans contreforts, tant que sa hauteur n’excède pas 5 à 6 mètres, et peut-être réalisé sur un sol de qualités mécaniques peu élevées. En effet, par rapport à un mur-poids de même hauteur, il engendre des contraintes sur le sol plus faibles pour une même largeur de semelle.

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Chapitre 4 : Ouvrages de soutènement

Figure 4-4 : Mur en T renversé classique

Dans le cas de murs en déblai (c’est-à-dire réalisés en terrassant un talus) les limitations de volume de terrassement et les difficultés de tenue provisoire des fouilles obligent à réduire le talon et à augmenter le patin (fig. 4-5).

Figure 4-5 : Cas des murs en déblai

Parfois, la stabilité au glissement du mur nécessite de disposer sous la semelle une «bêche». Celle-ci peut être soit à l’avant, soit à l’arrière de la semelle, soit parfois encore en prolongement du voile. Cette bêche est toujours coulée en «pleine fouille» sans coffrage. Le premier cas (figure 4-6a) peut paraître intéressant car il permet de mettre la semelle totalement hors gel. Mais à l’ouverture de la fouille de la bêche, il y a un risque de décompression du sol dans la zone où il est le plus sollicité. De plus, il y a aussi un risque de voir, après la construction du mur, la butée devant la bêche supprimée par des travaux de terrassement (ouverture d’une tranchée pour pose d’une canalisation par exemple).

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Chapitre 4 : Ouvrages de soutènement

Figure 4-6 : Diverses dispositions de bêches

Le troisième cas (figure 4-6c) est peu employé. Il est néanmoins très intéressant car il permet de réaliser facilement le ferraillage de l’encastrement du voile sur la semelle en prolongeant dans la bêche les treillis soudés formant armatures en attente. Si l’ouvrage est réalisé en terrain meuble, il faut fonder à une profondeur minimale égale à 20 cm + 1/10 de la hauteur. Dans le cas des murs profilés, on peut si la quantité du terrain le permet, remonter le niveau de fondation à condition de placer sous la semelle, une bêche d’ancrage.

 Mur à contreforts Lorsque la hauteur du mur devient importante ou que les coefficients de poussée sont élevés, le moment d’encastrement du voile sur la semelle devient grand. Une première solution consiste à disposer des contreforts dont le but est de raidir le voile.

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Chapitre 4 : Ouvrages de soutènement

Figure 4-7 : Murs à contreforts

 Murs divers On peut encore adopter d’autres solutions pour limiter les poussées des terres sur le voile des murs, mais elles sont d’un emploi peu fréquent. Ces solutions, certes astucieuses et séduisantes, ont l’inconvénient d’être d’une exécution difficile et de grever le coût du mur, même si l’on économise par ailleurs sur la matière.

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Figure 4-8 : Murs divers

Murs-poids Description - Constitution Les murs de soutènement de type « poids » sont pratiquement les plus anciens types de murs de soutènement. Ils peuvent être réalisés en place, auquel cas ils sont généralement rigides et constitués de maçonnerie de pierres jointoyées ou de béton non armé, voire éventuellement de béton cyclopéen (blocs de pierre ou moellons noyés dans du béton). Ces types de murs, relativement étanches, sont en principe pourvus d'un dispositif de drainage lorsqu'ils ne sont pas destinés à maintenir le niveau d'eau dans les terres soutenues (cas quasi général). Ils peuvent être aussi constitués d'un assemblage de pierres sèches, de gabions (gabions de treillage métallique ou même synthétique) ou d'éléments préfabriqués, en béton armé ou non (blocs, caissons ou «boîtes» remplis de terre, poutres, ...), auquel cas ils sont souvent moins rigides, voire relativement souples pour certains d'entre eux. Ces derniers types de murs constitués d'éléments préfabriqués sont pratiquement, avec les murs en gabions de treillage métallique, les murs poids les plus utilisés aujourd'hui. Il en existe une très grande variété. Certains sont aussi appelés murs caissons lorsqu'ils sont effectivement constitués de caissons (avec ou sans fond) ou même de poutres entrecroisées. Dans ce cas, ils sont en principe remplis de terre pour leur donner le poids nécessaire à leur stabilité. Ces murs sont généralement posés soit sur une semelle soit sur des plots isolés en béton armé. Ils peuvent être pourvus d'un dispositif de drainage, IFTS – Génie civil

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mais bien souvent l'emploi de matériaux de remplissage (et de remblai) drainants permet de s'en dispenser. Dimensionnement courant des ouvrages Les murs poids sont généralement réalisés avec un fruit plus ou moins important, qui peut relever d'un choix mais qui peut être aussi imposé par construction pour certains d'entre eux. Ils ont le plus souvent une forme trapézoïdale, avec une largeur à la base couramment égale à un peu plus du tiers de leur hauteur (figure 4-9). En fait, celle-ci dépend largement de la qualité des terrains de fondation, de la pente de terres soutenues et du fruit du mur. La semelle de fondation peut être légèrement inclinée sur l'horizontale, pour améliorer la stabilité de l'ouvrage au glissement.

Figure 4-9 : Dimensionnement courant d’un mur poids

Les éléments constitutifs des murs préfabriqués sont conçus et appareillés pour conférer à la structure une bonne liaison interne et une résistance suffisante dans toutes les directions. Leur nature, leur forme et leurs dimensions dépendent naturellement du procédé concerné. Domaine d'emploi D'une manière assez générale, les murs poids sont surtout utilisés pour la réalisation d'ouvrages en déblai (après terrassement) en site terrestre, hors nappe. Pour des raisons économiques essentiellement, les murs rigides maçonnés ou en béton ne sont presque plus utilisés aujourd'hui. Les dernières réalisations ne concernent pratiquement que des ouvrages en béton (non armé ou cyclopéen), réalisés en déblai, sur des terrains assez résistants ou même rocheux (site montagneux notamment).

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Toutefois, les murs en maçonnerie de pierres sèches ou jointoyées, de par leur ancienneté et leur bonne intégration dans les sites montagneux, contribuent fortement à l'identité de ces paysages. C'est pour cette raison que l'on continue à construire de nos jours ce type d'ouvrage, qu'il s'agisse d'ouvrages neufs pour lesquels on recherche une bonne intégration dans le site, ou de la reconstruction d'ouvrages de même nature qui se sont effondrés. Les murs constitués d'éléments préfabriqués sont bien adaptés lorsqu'il est demandé que l'ouvrage soit «végétalisable», comme cela est souvent possible pour certains murs constitués d'éléments préfabriqués en béton, et/ou lorsque la préfabrication permet de répondre efficacement à certaines exigences de délai ou de site (site montagneux par exemple). Ces derniers types de murs nécessitent presque tous, à des degrés divers, un terrain de fondation de qualités moyennes à bonnes. Leur capacité à accepter des tassements (différentiels essentiellement) dépend beaucoup du type de mur concerné, et notamment de sa technologie ; à cet égard, les murs en gabions de treillage sont en principe assez bien adaptés. La hauteur maximale que permettent d'atteindre les murs poids préfabriqués dépend de leur technologie, et plus particulièrement de la nature, de la forme et de la résistance des éléments constitutifs. D'une manière générale, beaucoup de ces types de murs ne peuvent convenir que pour des hauteurs d'ouvrages faibles à moyennes, qui n'excèdent pas 5 ou 6 mètres environ. Toutefois, certains d'entre eux, comme les gabions de treillage métallique ou certains procédés constitués d'un entrecroisement de poutres en béton armé ont permis d'atteindre des hauteurs bien plus importantes.

Construction des murs de soutènement La construction par tranches horizontales ne convient que dans le cas de murs en maçonnerie ou en gabions destinés à soutenir des remblais non encore réalisés. Dans les autres cas (murs en béton, ou murs de toutes catégories pour soutien des déblais), la construction doit être conduite par tranches verticales.

Figure 4-10 : Les deux méthodes de construction des murs

La longueur de chaque tranche verticale dépend d’une part de l’importance des moyens de bétonnage et d’autre part des possibilités de tenue des talus de déblais. Lors de l’exécution d’un talus de déblais, il faut en effet éviter de laisser le talus trop longtemps sans le soutenir car il risque de s’effondrer. Le mieux est donc de réaliser des tranches verticales suffisamment IFTS – Génie civil

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étroites pour que le sol puisse prendre appui sur le mur déjà réalisé et sur la partie non talutée, et que l’on puisse ainsi réduire le plus possible le soutènement provisoire.

Figure 4-11 : Construction par tranches verticales

Les reprises de bétonnage dans le plan vertical ne nécessitent pas de précautions particulières. Elles constitueront ainsi des joints de retrait en cas de besoin. Pour éviter l’aspect disgracieux que donne la fissuration, il y a lieu de souligner chacune d’entre elles par un sillon.

Figure 4-12 : Joints de retrait (Coupe horizontale du mur).

Remblaiement Murs destinés à soutenir des remblais Dans le cas de murs destinés à soutenir des remblais, on effectue un remblaiement particulier derrière le mur avant de procéder au remblaiement général. Ce remblai nécessite en effet des précautions particulières. Les matériaux à utiliser doivent être de préférence des sols pulvérulents (sables ou graviers) dont la poussée est beaucoup plus faible que celle des matériaux argileux. Si ce matériau est rare et coûteux dans la région où on réalise le mur, on peut en limiter l’emploi à la zone placée immédiatement en arrière du mur et limitée par une pente inclinée à 60° sur l’horizontale.

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Figure 4-13 : Remblaiement d’un mur devant soutenir des remblais

Les remblais derrière les murs de soutènement doivent être compactés avec soin mais sans excès. Un compactage trop énergique peut en effet accroître notablement la poussée des terres et entraîner un début de basculement du mur. Ce basculement a d’ailleurs aussitôt pour effet de réduire la poussée de sorte que le mouvement ne se poursuive pas, mais il vaut mieux cependant éviter qu’il ne s’amorce. Murs destinés à soutenir des déblais Le remblaiement consiste dans ce cas à remplir l’espace compris entre le talus de déblai et le parement arrière du mur. Il est exécuté suivant les indications données à propos des murs soutenant des remblais.

Figure 4-14 : Remblaiement d’un mur devant soutenir des déblais

Ce remblaiement présente certaines difficultés particulières lorsque le mur est exécuté et remblayé par tranches verticales. Le remblai placé derrière le bord de la tranche n’est pas, en effet, tenu latéralement.

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Dans ce cas, le remblai est réalisé en adoptant la pente latérale la plus forte possible à partir de la tranche, et si la stabilité de la partie dégarnie du talus donne des inquiétudes, on la soutient par des étrésillons prenant appui sur le mur.

Drainage des murs La bonne tenue d’un mur dépend très étroitement de la qualité de son système de drainage. L’accumulation des eaux d’infiltration derrière un mur est en effet très dangereuse, car elle se traduit par un accroissement important de la poussée des terres. Le drainage est assuré par des barbacanes constituées par des orifices protégés coté remblai par des massifs filtrants destinés à empêcher l’entraînement du remblai par les eaux.

Figure 4-15 : Barbacanes

Les massifs drainants sont mis en place au moment où le remblai atteint le niveau de la barbacane. L’espacement entre barbacanes doit être de l’ordre de trois mètres et il faut prévoir une ligne de barbacanes tous les deux mètres, la ligne inférieure étant au niveau du sol. Lorsque le remblai derrière l’ouvrage est peu perméable, il convient de placer derrière le mur, au niveau du sol, un drain continu de constitution identique aux massifs drainants derrière les barbacanes et appelé drain de pied.

Figure 4-16 : Drainage d’un mur

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RIDEAUX DE PALPLANCHES METALLIQUES Description - Constitution Les palplanches métalliques à module sont des profilés rectilignes, obtenus par laminage à chaud ou profilage à froid, et mis en œuvre verticalement dans le sol, généralement par battage, vibrage ou vérinage. Conçues pour s'enclencher les unes avec les autres, elles permettent de réaliser des rideaux continus relativement étanches, rectilignes, courbes, présentant des angles et pouvant former des enceintes fermées. Dans le plus simple des cas, lorsqu'ils sont de faible hauteur, les ouvrages de soutènement routiers sont constitués d'un rideau de palplanches à module (généralement obtenues par laminage à chaud) partiellement fichées dans le sol. Dans ce cas, le rideau est dit simplement encastré dans le sol. Il est généralement pourvu en tête d'une poutre de couronnement en béton armé qui a pour objet de le rigidifier longitudinalement et d'en améliorer l'aspect. Pour des hauteurs moyennes à fortes, et d'une manière plus générale lorsque les efforts qui sollicitent le rideau sont importants ou qu'il est impératif de limiter ses déplacements, l'ouvrage peut comprendre alors un ou plusieurs niveaux d'appui. Il peut s'agir de tirants d'ancrage passifs, de tirants d'ancrage précontraints, ou même de butons (essentiellement pour les ouvrages provisoires). Le rideau est alors dit ancré ou butonné.

Figure 4-17 : Exemple de constitution d'un soutènement de rive en palplanches

II est le plus souvent nécessaire de disposer une lierne le long de chaque lit de tirants d'ancrage et à proximité immédiate de celui-ci. Cette lierne, qui a notamment pour objet de raidir longitudinalement le rideau et d'assurer un meilleur fonctionnement de celui-ci, est généralement constituée de profilés métalliques du commerce. Elle est en principe disposée côté terres soutenues pour les ouvrages définitifs, pour des raisons évidentes d'aspect. IFTS – Génie civil

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Dans les cas courants, les rideaux sont uniquement constitués de palplanches, mais ils peuvent être renforcés, par exemple par des caissons de palplanches régulièrement répartis, pour en augmenter la résistance et/ou la rigidité, ou pour améliorer la portance (vis-à-vis de charges verticales). Par ailleurs, pour des raisons d'aspect également, les parties vues des ouvrages définitifs sont généralement soit traitées et peintes, soit habillées d'un parement rapporté.

Dimensionnement courant des ouvrages Pour les rideaux simplement encastrés dans le sol, la hauteur libre (partie vue) est limitée par la flèche admissible en tête de l'ouvrage. Avec des palplanches courantes, cette hauteur n'excède généralement pas 3 à 4 mètres environ. Dans ces conditions, la hauteur de fiche du rideau (partie enterrée), qui dépend naturellement des qualités des terrains concernés, est souvent sensiblement égale à sa hauteur libre (figure 4-18).

Figure 4-18 : Dimensionnement courant d'un rideau autostable

Des hauteurs libres plus importantes peuvent être atteintes par combinaison de palplanches simples et de profilés spéciaux, qui permettent d'augmenter sensiblement l'inertie du rideau. Toutefois, pour les ouvrages routiers, il est généralement plus économique et mieux adapté (réduction des flèches) de concevoir une structure ancrée. Pour les rideaux ancrés par un seul lit de tirants d'ancrage (cas très courant pour les ouvrages définitifs), celui-ci est généralement disposé en partie supérieure du rideau, à environ 0,5 à 2 mètres de la tête des palplanches. La hauteur de fiche est, quant à elle souvent comprise entre le tiers et les deux tiers de la hauteur libre de l'ouvrage (figure 4-19). Lorsque les rideaux sont ancrés par deux ou plusieurs lits de tirants d'ancrage, l'espacement entre lits, qui dépend naturellement de nombreux paramètres, est le plus souvent compris entre 3 et 6 mètres environ. La hauteur de fiche peut être très faible, par exemple s'il est prévu un lit de tirants en partie basse du rideau, mais en principe elle ne devrait pas être inférieure à 0,6 à 0,8 m environ (ouvrages définitifs), selon la nature des terrains, pour des raisons de stabilité vis-à-vis du renard solide ou même pour de simples raisons de construction. IFTS – Génie civil

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La longueur des tirants d'ancrage dépend elle également de nombreux facteurs ; c'est un paramètre important dans la mesure notamment où elle délimite l'emprise de l'ouvrage.

Figure 4-19 : Dimensionnement courant d'un rideau ancré par un lit de tirants

Domaine d'emploi Les palplanches métalliques sont particulièrement bien adaptées pour la réalisation d'ouvrages de soutènement (et d'étanchement) en site aquatique et, d'une manière plus générale, en présence d'eau (nappe phréatique). C'est la raison pour laquelle elles sont très couramment utilisées aujourd'hui encore pour la réalisation d'ouvrages provisoires tels que batardeaux et blindages de fouilles sous la nappe, et d'ouvrages définitifs tels que murs de quais maritimes ou fluviaux, soutènements de rives et protections de berges. En site terrestre, leur utilisation s'est longtemps limitée à la réalisation de blindages de fouilles sous la nappe et/ou lorsque les conditions d'emprise empêchent l'ouverture de fouilles talutées. Elle a connu cependant un certain essor depuis le début des années 70 pour la réalisation d'ouvrages de soutènement définitifs, surtout construits en déblai, de passages souterrains en site urbain, et voire même parfois de culées d'ouvrages d'art, au sein desquelles les palplanches (mais plus généralement les cassons de palplanches incorporés aux rideaux) ont également un rôle porteur. La principale limite d'emploi des palplanches métalliques est la possibilité de mise en œuvre de cellesci dans le sol. En effet, cette mise en œuvre n'est généralement possible que dans les sols meubles peu à moyennement compacts, ne contenant pas d'obstacles durs divers, naturels ou rapportés (bancs durs même de faible épaisseur, gros blocs, troncs d'arbres,...). Par ailleurs, en site urbain, le problème des nuisances sonores en cas de battage dans des terrains difficiles peut constituer une contrainte. La hauteur maximale des ouvrages qu'il est possible de réaliser à l'aide de rideaux de palplanches métalliques dépend de nombreux autres facteurs, et en particulier du type d'ouvrage concerné. Pour les ouvrages de soutènement définitifs routiers, de type soutènement de rives fluviaux ou ouvrages de soutènement terrestres par exemple, celle-ci excède assez rarement 8 mètres, dans le cas d'un seul lit IFTS – Génie civil

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de tirants d'ancrage et de palplanches simples. Il est rare que ces ouvrages atteignent des hauteurs plus importantes, en raison le plus souvent des difficultés à réaliser plus d'un lit de tirants d'ancrage.

PAROIS MOULEES DANS LE SOL Parois préfabriquées Description - Constitution Une paroi moulée dans le sol est constituée d'une juxtaposition, le plus souvent dans un même plan, de panneaux verticaux en béton armé. Chacun des panneaux est réalisé par exécution préalable d'une tranchée dans le sol, mise en place d'une cage d'armatures dans celle-ci puis bétonnage, à l'aide d'un tube plongeur. En règle générale, les parois de la tranchée sont maintenues par une boue thixotropique (boue bentonitique le plus souvent) depuis le début de la perforation de celle-ci jusqu'à la fin du bétonnage. Le soutènement est réalisé par excavation des terres devant les parois dès lors que le béton a atteint une résistance suffisante. Les parois, qui sont relativement étanches (par l'adjonction si nécessaire de joints d'étanchéité entre panneaux), peuvent être planes, courbes (par juxtaposition de panneaux plans), présenter des angles et former des enceintes fermées. Dans le plus simple des cas, l'ouvrage est constitué d'une paroi continue partiellement fichée dans le sol. Il est alors dit simplement encastré dans le sol. Il peut être pourvu en tête d'une poutre de couronnement, en béton armé également, destinée à lui conférer une certaine rigidité longitudinale, à améliorer son aspect ou encore à supporter des dispositifs de sécurité. Pour accroître la résistance de l'ouvrage et/ou réduire les déplacements de celui-ci, il est possible d'augmenter l'épaisseur des parois, de concevoir des parois à contreforts, ou encore de modifier en conséquence la géométrie en plan de celles-ci (auquel cas on parle généralement de parois à inertie). Toutefois, dès que la hauteur libre de l'ouvrage dépasse 6 à 8 mètres environ, ou que les contraintes relatives aux déplacements sont sévères, la paroi est alors ancrée par un ou plusieurs lits de tirants d'ancrage. Il s'agit en principe de tirants d'ancrage précontraints ; il peut s'agir également, dans certains cas, de butons (ouvrages provisoires ou parois de tranchées par exemple). La paroi est alors dite ancrée ou butonnée. Pour des raisons d'aspect, les parties vues des parois des ouvrages définitifs sont le plus souvent, soit traitées après ragréage ou rabotage, soit revêtues d'un bardage, et les têtes des tirants d'ancrage nichées (ou noyées) dans le béton des parois. Les parois préfabriquées sont constituées, quant à elles, de panneaux préfabriqués en béton armé, descendus dans des excavations dans lesquelles ils sont scellés à l'aide généralement d'un coulis de ciment-bentonite. Celles-ci sont réalisées dans les mêmes conditions que pour les parois moulées, le fluide de forage pouvant être prévu pour servir également de coulis de scellement des panneaux. Les parois sont généralement ancrées ou butonnées. IFTS – Génie civil

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Dimensionnement courant des ouvrages Lorsque la hauteur libre (partie vue) de l'ouvrage n'excède pas 5 à 6 mètres environ, la paroi peut être simplement encastrée dans le sol, avec une hauteur de fiche (partie enterrée) généralement quelque peu inférieure à sa hauteur libre, en raison le plus souvent des bonnes qualités des terrains dans lesquels la paroi est réalisée. Dans les cas courants, l'épaisseur de la paroi est comprise entre 0,60 m et 1,00 m (0,40 m à 0,80 m au plus pour des parois préfabriquées). Les panneaux ont habituellement une largeur comprise entre 2 et 8 mètres, fixée en fonction des risques d'instabilité des parois du forage. Des hauteurs libres sensiblement plus importantes peuvent être atteintes par utilisation de parois de forte épaisseur (toutefois celle-ci excède très rarement 1,50 m) et, surtout, de parois à inertie. Toutefois, il est généralement techniquement plus adapté et plus économique dans ces cas, lorsque cela est possible, de concevoir une structure ancrée (ou butonnée). Il s'agit, en règle générale, de tirants d'ancrage précontraints scellés dans des terrains résistants.

Figure 4-20 : Dimensionnement courant d'une paroi autostable

Pour les ouvrages ne comprenant qu'un seul niveau d'appui (cas très courant pour les ouvrages définitifs), celui-ci est en principe disposé en partie supérieure des parois, à environ à 1 à 3 m de leur tête. La hauteur de fiche dépend naturellement des qualités des terrains concernés ; elle dépasse toutefois rarement le tiers ou la moitié de la hauteur libre de la paroi, en raison des bonnes qualités des terrains dans lesquels ces ouvrages sont réalisés. IFTS – Génie civil

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Chapitre 4 : Ouvrages de soutènement

Lorsque les parois comprennent deux ou plusieurs lits de tirants d'ancrage, l'espacement entre lits dépend naturellement de nombreux paramètres ; il est souvent compris entre 4 et 6 mètres environ. La hauteur de fiche peut être très faible, notamment s'il est prévu un lit de tirants en partie basse des parois, mais en principe elle ne devrait pas être inférieure à 0,5 m environ, pour des raisons de stabilité vis-à-vis du renard solide ou même pour de simples raisons de construction. La longueur des tirants d'ancrage dépend également de nombreux facteurs ; c'est un paramètre important dans la mesure notamment où elle délimite l'emprise réelle de l'ouvrage.

Domaine d'emploi La technique de la paroi moulée ou préfabriquée dans le sol est très largement utilisée depuis le début des années 60 ; il s'agit d'une technique aujourd'hui assez classique et bien maîtrisée par de nombreuses entreprises. Elle n'est possible en pratique qu'en site terrestre (ou éventuellement après remblaiement du site), pour la réalisation d'ouvrages en déblai. Elle peut être utilisée dans pratiquement tous les terrains, y compris les sols très raides, compacts, contenant éventuellement des blocs ou des horizons rocheux, et s'accommode aisément de la présence de nappes. Elle nécessite toutefois des précautions particulières dans certains terrains, et notamment dans les terrains ouverts ou susceptibles de comprendre des vides importants (karsts, poches de dissolution,...), en raison des risques de pertes de boue importantes et brutales. La paroi moulée entre dans la constitution de nombreux ouvrages de bâtiment (parkings souterrains, sous-sols d'immeubles,...) et de génie civil (ouvrages de soutènement isolés, soutènements de trémies et de tranchées, piédroits de tranchées couvertes, murs de quais, éléments de fondations profondes, blindages de fouilles pour la réalisation de fondations massives profondes d'ouvrages d'art,...). Dans le domaine des ouvrages de soutènement routiers, elle est particulièrement bien adaptée en site urbain et, d'une manière plus générale, là où des contraintes d'environnement (présence de constructions, voies de circulation qu'il est nécessaire de maintenir en exploitation, ...) posent de délicats problèmes d'emprise et de limitation des déplacements. Il est techniquement possible de réaliser des parois de forte hauteur (20 à 30 mètres et même bien plus parfois) ; toutefois la hauteur libre des ouvrages de soutènement routiers constitués de parois moulées dépasse rarement une dizaine ou une douzaine de mètres au plus. La principale contrainte dans ces cas est souvent liée aux tirants d'ancrage, dont la réalisation impose de disposer des tréfonds, et dont l'exécution peut être délicate en raison de la présence d'ouvrages enterrés divers (parties enterrées de constructions, ouvrages souterrains, canalisations, ...). C'est la raison qui justifie parfois le recours, pour des ouvrages non butonnés, à des parois à inertie.

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La hauteur des panneaux de parois préfabriquées n'excède pas une douzaine de mètres environ, leur poids maximal étant généralement limitée à 300 kN environ pour des raisons de manutention. De ce fait, la hauteur libre de ces ouvrages ne dépasse pas 8 à 9 mètres au plus.

Parois de pieux – parois composites Description - Constitution Une paroi de pieux est constituée d'une succession de pieux forés, tangents ou sécants. Il s'agit généralement de pieux forés en béton armé, d'un diamètre de 0,60 à 1,20 m au plus, réalisés à l'abri d'un tube de travail provisoire (remonté au fur et à mesure du bétonnage). Le soutènement est réalisé par excavation des terres devant les parois dès lors que les pieux ont atteint une résistance suffisante. Les parois peuvent être planes, courbes, présenter des angles et former des enceintes fermées. La paroi de pieux est le plus souvent ancrée par un ou plusieurs lits de tirants d'ancrage précontraints, situés dans des poutres horizontales métalliques (en principe lorsque les tirants sont provisoires) ou en béton armé. Une paroi composite est constituée de pieux isolés, disposés verticalement avec un entre-axe généralement compris entre 2,50 et 4 mètres, et de voiles, en principe en béton armé (coulé en place ou projeté), réalisés entre les pieux au fur et à mesure de l'excavation des terres devant ces derniers. Il peut s'agir de pieux métalliques, du type pieux H ou d'un assemblage par soudage de deux poutrelles en I par exemple (auquel cas on parle de berlinoise), de pieux préfabriqués en béton armé (auquel cas on parle généralement de paroi parisienne) ou encore de pieux de type forés (ou même de barrettes). Les pieux préfabriqués, qu'ils soient métalliques ou en béton armé, sont généralement mis en place dans un forage préalablement réalisé, à l'intérieur duquel ils sont scellés à l'aide d'un béton, d'un mortier ou d'un coulis (au moins dans la partie en fiche de la paroi). Les voiles sont généralement réalisés par plots de 2 à 5 mètres de hauteur, en béton coffré ou projeté, et liaisonnés aux pieux. Une paroi composite comporte le plus souvent un ou plusieurs niveaux d'appui. Lorsqu'il s'agit de tirants d'ancrage précontraints, comme cela est généralement le cas, ils peuvent s'appuyer sur des poutres horizontales métalliques (généralement lorsque ces tirants sont provisoires) ou en béton armé. Ils peuvent être disposés également au droit des pieux, et même noyés dans le béton de ces derniers à l'intérieur de réservations spécialement prévues à cet effet, lorsqu'ils sont définitifs. Pour des raisons d'aspect, les parties vues des parois composites et des parois de pieux (hauteur libre des parois) peuvent être, si nécessaire, soit traitées, soit revêtues d'un bardage rapporté. Par ailleurs, bien qu'elles ne soient pas conçues en principe pour des terrains qui retiennent une nappe sur leur hauteur libre (souvent simplement pour éviter des suintements d'eau sur les parements vus), ces parois IFTS – Génie civil

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Chapitre 4 : Ouvrages de soutènement

peuvent être pourvues, dans le plus simple des cas, de barbacanes, reliées ou non à un système de drainage. Pour des parois de type berlinoises ou parisiennes, celui-ci peut être réalisé simplement par la mise en œuvre d'un matériau drainant dans l'espace compris entre le pieu et la paroi du forage, sur la hauteur libre de l'ouvrage. Dimensionnement courant des ouvrages Les caractéristiques dimensionnelles des éléments constitutifs des parois de pieux et des parois composites dépendent du type de paroi dont il s'agit. Les principales d'entre elles sont mentionnées dans la description donnée ci-dessus. Ces ouvrages sont le plus souvent ancrés par un ou plusieurs lits de tirants d'ancrage, distants de 3 à 6 m environ, suivant la raideur et la résistance de la paroi. Le premier lit de tirants est généralement implanté en partie supérieure de celle-ci, à environ 1 à 3 m de sa tête. La hauteur de fiche des parois peut être faible, même lorsqu'il s'agit de parois composites avec des pieux relativement espacés, et cela en raison d'une part de la présence, le plus souvent, de plusieurs lits de tirants, et d'autre part du fait que les pieux sont généralement fichés dans des terrains résistants. Domaine d'emploi A l'instar des parois moulées dans le sol, les parois de pieux et les parois composites sont des ouvrages réalisés en déblai, en site terrestre et, le plus souvent aussi, en site urbanisé ou à proximité de voies de circulation routières ou ferroviaires, là où les contraintes particulières d'environnement imposent généralement de limiter l'emprise des fouilles. Ces parois sont réalisables dans pratiquement tous les terrains, y compris les sols raides, compacts, ou comprenant des blocs ou des horizons rocheux. Toutefois, l'exécution des parois composites dans des sols sableux peut s'avérer délicate en raison des risques d'éboulement durant les phases de terrassement. La réalisation de parois de pieux est possible dans des terrains aquifères, mais celles-ci ne sont toutefois presque jamais utilisées dans de telles situations dans la mesure où leur étanchéité « en service » reste incertaine, même si les pieux sont sécants. Les parois composites quant à elles, qui présentent le plus souvent un problème similaire d'étanchéité une fois l'ouvrage terminé, ne sont généralement même pas réalisables sous une nappe, sauf à rabattre celle-ci efficacement. Les parois de pieux sont très peu employées en France, où on leur préfère généralement soit des parois moulées, soit des parois composites lorsque celles-ci peuvent convenir. De ce fait elles ne sont utilisées en pratique que localement dans un ouvrage, le plus souvent lorsque des contraintes particulières de sol et/ou, surtout, d'environnement ne permettent pas le creusement d'excavations, même de faible longueur, dont les parois ne seraient pas « blindées » (présence de constructions extrêmement sensibles, comme par exemple les fondations d'un ouvrage ferroviaire maintenu en exploitation).

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Chapitre 4 : Ouvrages de soutènement

La hauteur libre des ouvrages constitués de telles parois dépasse rarement 8 à 10 m (avec un ou plusieurs niveaux d'ancrage), bien qu'il soit possible techniquement d'atteindre des hauteurs bien plus importantes, notamment si le problème de déviation des forages est bien maîtrisé. En revanche, les parois composites sont assez largement employées pour la réalisation d'ouvrages provisoires ou définitifs, dans la mesure notamment où dans certaines situations, le plus souvent liées à l'absence de nappe et à la nature et aux qualités des terrains traversés, leur utilisation peut s'avérer plus avantageuse que celle de parois moulées. Elles peuvent entrer dans la constitution d'ouvrages tels que des soutènements isolés, des piédroits de tranchées couvertes (généralement encastrés sur la dalle de couverture, qui assure un butonnage efficace), ou encore des blindages de fouilles. La hauteur qu'il est possible d'atteindre peut dépendre assez largement du type de paroi concerné ; ainsi pour les parois de type parisienne, la hauteur dépasse assez rarement une douzaine de mètres au plus, en raison des problèmes de préfabrication et de manutention des pieux préfabriqués en béton armé. Elle peut par contre atteindre une vingtaine de mètres, voire un peu plus, pour des parois de type berlinoise.

Figure 4-21 : Parois de pieux jointifs ou sécants

Voiles et poutres ancrés Description - Constitution Les voiles ancrés sont des ouvrages de soutènement réalisés en déblai, par terrassement du sol en place, de haut en bas, en une seule passe ou en plusieurs si la hauteur de l'ouvrage ou les conditions de stabilité des talus durant les travaux le justifient. Dans le plus simple des cas, ils sont constitués d'un voile en béton armé présentant un fruit parfois assez important et ancré par deux ou plusieurs lits de tirants d'ancrage précontraints. Le voile peut être coulé en place par tranches, lorsque la hauteur le justifie. Celles-ci peuvent être situées dans un même IFTS – Génie civil

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Chapitre 4 : Ouvrages de soutènement

plan ou dans des plans décalés vers l'aval (ouvrage disposé en gradins). Les voiles ancrés n'étant pas conçus pour retenir les eaux d'infiltration ou celles d'une nappe, ils comprennent généralement un dispositif de drainage adéquat constitué d'un réseau de barbacanes et, bien souvent aussi, de drains subhorizontaux plus ou moins profonds.

Figure 4-22 : Voile ancré

D'une manière générale, on désigne par poutre ancrée un voile épais qui ne comporte en principe qu'un seul lit de tirants d'ancrage précontraints. Les têtes des tirants d'ancrage peuvent être noyées dans le béton des voiles ou des poutres. Par ailleurs, un traitement architectural des parements consiste parfois à rapporter sur ces derniers des éléments préfabriqués spécialement conçus à cet effet.

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Chapitre 4 : Ouvrages de soutènement

Figure 4-23 : Poutres ancrées

Dimensionnement courant des ouvrages On ne peut donner d'indications particulières sur le dimensionnement de ces ouvrages, qui dépend assez largement de l'importance de l'ouvrage à réaliser, et notamment de la hauteur terrassée, et des qualités des terrains concernés. La distance entre lits de tirants d'ancrage précontraints est généralement comprise entre 3 et 6 m, voire plus parfois. Leur longueur peut être importante même pour de faibles hauteurs soutenues si les surfaces de rupture potentielles ou les horizons résistants (pour le scellement des tirants) sont profonds. Leur capacité d'ancrage peut varier de quelques centaines de kN à près de 2000 kN, voire plus encore. Domaine d'emploi Les voiles et poutres ancrés sont essentiellement utilisés dans le domaine routier pour la réalisation d'ouvrages de soutènement en déblai et/ou d'ouvrages de stabilisation lors de l'exécution de travaux de terrassement sur versants, et notamment en site montagneux. Les poutres ancrées peuvent être employées seules, ou même en complément d'ouvrages exécutés en remblai notamment lorsque la réalisation de ces derniers modifie les conditions de stabilité du talus aval. Ces ouvrages sont réalisables dans pratiquement tous les terrains, bien que certains d'entre eux, comme par exemple les éboulis ouverts, les terrains de faibles caractéristiques, peu stables, ou qui sont le siège de nappes, peuvent poser de délicats problèmes d'exécution (stabilité des talus durant les terrassements justifiant un phasage particulier ou une stabilisation locale provisoire, exécution des tirants d'ancrage, ...). Ces types d'ouvrages peuvent atteindre des hauteurs importantes ; il est assez courant que celles-ci atteignent une douzaine à une quinzaine de mètres, voire plus.

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Chapitre 4 : Ouvrages de soutènement

Massif en sol cloué Description - Constitution Les massifs en sol cloué sont des massifs de soutènement réalisés en déblai, (par terrassement du sol en place), de haut en bas, par tranches (ou passes) successives. La figure 4-24 illustre le principe d'exécution de ce type d'ouvrage qui consiste généralement, à chaque phase de terrassement, à renforcer le sol en place par des barres passives (clous) disposées en lits peu inclinés par rapport à l'horizontale, puis à réaliser un parement, constitué le plus souvent d'un voile en béton projeté sur un treillis métallique. Ce parement n'étant en général pas étanche ni conçu pour supporter, même localement, une pression d'eau, le massif en sol renforcé comprend un dispositif de drainage adéquat constitué notamment d'un système drainant débouchant sur un réseau de barbacanes et, si nécessaire, des drains subhorizontaux profonds. Le parement brut peut être revêtu d'un parement d'aspect en béton projeté ou coulé en place, ou constitué d'éléments préfabriqués.

Figure 4-24 : Massif de sol en place renforcé par clonage

Les clous sont généralement constitués quant à eux d'une armature métallique (souvent un rond à béton) scellée dans un forage à l'aide d'un coulis de ciment. Il peut s'agir aussi d'une barre ou d'un profilé mis en place par battage par exemple. Cette technique de clouage des sols meubles n'a connu un réel essor que depuis la fin des années 80, et plus spécialement pour les ouvrages définitifs en 1991.

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Chapitre 4 : Ouvrages de soutènement

Dimensionnement courant des ouvrages Le choix de la longueur, de l'inclinaison et de la répartition des clous dépend de nombreux facteurs et en particulier de la hauteur et de l'inclinaison du parement, de la pente du talus soutenu, du type de clou retenu, des qualités des terrains concernés et des contraintes d'environnement éventuelles. Les massifs cloués comprennent toutefois un minimum de deux lits de clous, alignés ou disposés en quinconce. D'une manière générale, les clous scellés au coulis de ciment (disposition la plus courante pour les ouvrages définitifs) sont disposés selon une maille d'environ 1,5 m à 2 m en hauteur par 2 à 3 m en longueur (soit environ un clou pour 2,5 à 6 m2 de parement). Leur longueur moyenne est souvent de l'ordre de 0,8 à 1,2 fois la hauteur du massif. La maille peut être beaucoup plus serrée pour des clous réalisés par battage environ 1 à 2 clous par m2), et leur longueur moyenne réduite à 0,5 à 0,7 fois la hauteur. Pour des raisons d'efficacité, l'inclinaison des clous sur l'horizontale est faible, généralement voisine de 10 à 15°. Domaine d'emploi Par construction même, la technique du clouage ne peut être utilisée que pour la réalisation d'ouvrages en déblai (hormis le cas naturellement où elle est employée pour le renforcement d'ouvrages existants), en site terrestre hors d'eau. Elle ne peut être éventuellement envisagée sous le niveau d'une nappe que moyennant un rabattement efficace de celle-ci (techniquement et économiquement réalisable uniquement dans des sols peu perméables), garantissant l'ouvrage contre toute action de cette nappe durant sa construction comme en service. Elle est assez couramment employée pour des ouvrages dont la hauteur n'excède pas une dizaine de mètres environ, bien qu'il soit généralement possible techniquement d'atteindre des hauteurs bien plus importantes Elle permet la réalisation d'ouvrages à parement vertical ou incliné (disposition la plus couramment employée notamment pour de fortes hauteurs), continu ou comportant des risbermes. Cette technique est en principe possible dans la plupart des types de sols, en jouant si nécessaire sur certains paramètres tels que la longueur, l'inclinaison ou la densité des clous. Son utilisation peut toutefois s'avérer très délicate, déconseillée ou même impossible dans certains sols tels que par exemple des sables sans cohésion, des sables boulants ou comprenant des poches d'eau, des sols mous ou des sols très argileux dont la teneur en eau peut augmenter sensiblement après la construction, ou encore des sols agressifs vis-à-vis des éléments constitutifs. Le mode de fonctionnement même de ces ouvrages induit un déplacement, dont la valeur en tête peut atteindre quelques millièmes de la hauteur de l'ouvrage, ce qui peut limiter leur utilisation dans certaines conditions d'environnement, et notamment en site urbain. Cela d'autant que les dispositions particulières que l'on peut adopter pour limiter ces déplacements, comme par exemple la réalisation en tête d'une poutre ancrée par tirants d'ancrage précontraints, conduisent généralement à augmenter l'emprise de l'ouvrage.

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Chapitre 4 : Ouvrages de soutènement

OUVRAGES EN REMBLAI ARME Description - Constitution Les ouvrages (ou massifs) en remblai armé ou renforcé sont constitués d'un massif de remblai mis en place par couches successives compactées, entre lesquelles sont disposés des éléments de renforcement (ou armatures) souples et résistants, généralement reliés à un parement. Cette technique s'est considérablement développée depuis les années 65, avec la réalisation du premier mur en terre armée, dans lequel les éléments de renforcement étaient constitués de lanières (ou armatures) métalliques. Elle s’est aussi diversifiée avec notamment l'utilisation, plus récemment, de renforcements géosynthétiques. Aujourd'hui il existe de très nombreux procédés qui relèvent de cette technique. Les éléments de renforcement sont souples, résistants, et plus ou moins « extensibles ». Ils sont le plus souvent métalliques (lanières métalliques, panneaux individuels ou nappes de treillis soudé, ...) ou synthétiques (bandes géosynthétiques, nappes géotextiles, géogrilles, ...) et disposés par nappes ou lits horizontaux distants de 0,30 m à 1,00 m environ. Le parement a un rôle de confinement du remblai, de protection des éléments de renforcement et, naturellement, d'aspect. Il peut être constitué d'écailles en béton, armé ou non, d'éléments préfabriqués divers (éléments en béton, treillis soudé, pneus, ...), ou encore, pour des ouvrages renforcés par nappes géotextiles, par les nappes elles-mêmes, après retournement de celles-ci durant le remblaiement. Dans ce dernier cas, pour des raisons évidentes d'esthétique pour les ouvrages définitifs, et de protection (contre les rayons ultraviolets qui accélèrent leur dégradation, ou encore contre le vandalisme par exemple), le parement « en nappes » est soit végétalisé, soit protégé par un parement d'aspect rapporté. La plupart des procédés existants permettent la réalisation d'ouvrages à parement vertical ou incliné. Il existe par ailleurs de nombreux types d'ouvrages particuliers qui, de par leur constitution, peuvent rentrer dans cette catégorie des massifs en remblai renforcé. C'est le cas par exemple des ouvrages en Pneusol, formés de l'association de sol et d'éléments de pneumatiques. Outre l'intérêt technique qu'ils peuvent présenter, ces ouvrages offrent surtout la possibilité de récupérer des pneus usagés. Cela est également le cas des ouvrages en Texsol, matériau composite obtenu en place par un mélange intime et homogène de sol et de fils de polyester continus. Ces ouvrages présentent un fruit généralement compris entre 10 et 30°, et leur parement est végétalisable. Toutefois, de par leur géométrie transversale, ils s'apparentent davantage à des murs poids.

Dimensionnement courant des ouvrages En coupe transversale, les massifs en remblai renforcé par armatures ou nappes disposés horizontalement ont souvent une section rectangulaire (même longueur des renforcements sur toute la hauteur de l'ouvrage), avec une longueur moyenne des renforcements d'environ 0,6 à 0,7 fois la hauteur IFTS – Génie civil

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Chapitre 4 : Ouvrages de soutènement

H du massif (cas d'un ouvrage à parement vertical avec terre-plein horizontal). Dans certains cas particuliers (ouvrage sur versant et/ou sur terrain rocheux par exemple) la longueur des renforcements en partie basse de l'ouvrage peut être réduite (avec un minimum de 0,4 H), pour limiter l'importance des terrassements.

Figure 4-25 : Dimensionnement courant d'un massif en remblai renforcé

Domaine d'emploi Les massifs de soutènement en remblai renforcé sont essentiellement employés pour la réalisation d'ouvrages dits en remblai (ou en élévation), en site terrestre. Leur exécution impose de disposer d'une emprise assez importante derrière le parement, ce qui peut faire qu'ils sont parfois mal adaptés dans certaines situations. En contrepartie, la très faible emprise généralement nécessaire à l'aval du parement peut rendre leur utilisation particulièrement avantageuse dans certains cas (présence d'une construction ou d'une voie de circulation par exemple), comme par exemple pour soutenir les remblais d'accès à un ouvrage d'art dans une emprise très limitée. Ils peuvent être employés aussi comme massifs de préchargement provisoires, comme culées mixtes (massif de soutènement associé à une culée généralement constituée de poteaux et située devant celui-ci) pour certains d'entre eux et, plus exceptionnellement encore, comme culées porteuses lorsque la situation le justifie (et que l'expérience attachée au procédé peut l'autoriser). Ces ouvrages se caractérisent par leur souplesse, qui leur confère le plus souvent une bonne aptitude à accepter des tassements généraux et différentiels parfois importants. De ce fait, ils sont bien adaptés pour des sols de fondation de qualités moyennes à médiocres (éventuellement associés à un renforcement du sol de fondation par exemple par colonnes ballastées ou par colonnes de jet-grouting), IFTS – Génie civil

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Chapitre 4 : Ouvrages de soutènement

là où des solutions d'ouvrages plus rigides auraient pu justifier le recours à des fondations profondes. Leur déformabilité est surtout limitée par la rigidité du parement (parements en béton notamment), mais certaines dispositions de construction (construction par phases de murs décalés, réalisation de joints de coupure si le procédé le permet, ...) peuvent être envisagées lorsque les tassements attendus sont importants. Ils sont très couramment utilisés également en site montagneux et sur versants, en raison certes de leurs conditions d'exécution qui ne nécessitent pas généralement de moyens particuliers autres que ceux inhérents aux travaux de terrassement, mais aussi en raison de leur souplesse qui leur permet d'accepter d'éventuels mouvements (versants meubles, voire peu stables), et de leur technologie qui, en offrant de larges possibilités quant à la géométrie de l'ouvrage (disposition en gradins par exemple) permet souvent d'apporter une réponse satisfaisante aux problèmes de stabilité et aux considérations d'ordre architectural. La hauteur maximale permise peut dépendre assez largement du procédé concerné. La plupart des procédés sont assez bien adaptés pour des ouvrages dont la hauteur est comprise entre 4 et 8 à 10 mètres environ, mais certains d'entre eux parmi les plus utilisés et les plus anciens ont permis la réalisation d'ouvrages de grande hauteur, pouvant dépasser une vingtaine de mètres environ, d'un seul tenant ou en gradins.

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Chapitre 5 : Barrages

5. BARRAGES DEFINITION Un barrage est un mur érigé au travers d'un cours d'eau et destiné à bloquer dans une cuvette toute ou partie des eaux de ruissellement du bassin versant pour constituer une retenue d'eau temporaire ou pérenne à usage multiple ou spécifique. Suivant l'importance et la fréquence des surplus d'eau (phénomène de crues), on associe au barrage un ou plusieurs dispositifs d'évacuation appelés évacuateurs de crues.

Figure 5-1 : Définition d’un barrage

TYPES DE BARRAGES Suivant le matériau mis en œuvre pour construire le barrage on distingue :    

les barrages en terre ; les barrages en enrochements ; les barrages en béton (barrage -poids, barrage à contreforts, barrage - voûte) ; les barrages en gabions.

BARRAGES EN TERRE Les barrages en terre peuvent être constitués par des matériaux très diverses, à la différence des barrages en béton ou même en enrochements dont les matériaux constitutifs restent contenus dans des fourchettes beaucoup plus étroites.

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Chapitre 5 : Barrages

Le terme « terre » couvre donc toute une gamme de matériaux allant de l’argile pure très fine à des éléments très grossiers. Dans certains cas même, on utilise des roches altérées facilement compactables, tels que des latérites, des schistes et grès tendres etc. Les volumes à mettre en œuvre pour la construction d’un barrage en terre sont en général importants : 5 à 15 fois plus que pour un barrage en béton du type poids susceptible d’être réalisé sur le même site. Pour des petits ouvrages, il est fréquent d’avoir à compacter de 20 000 à 100 000 m3 en terre. Les grands barrages nécessitent des millions et même des dizaines de millions de m3. Le transport et la mise en œuvre des matériaux sont donc des éléments essentiels du prix de revient. Le transport sur de longues distances devient très vite onéreux. Sauf pour des matériaux particuliers, comme la terre destinée à la construction du noyau ou des enrochements de qualité, des distances de 2 000 à 3 000 m doivent être considérées comme le maximum envisageable. De fait il est rare, sauf pour les petits ouvrages, de disposer sur la place des matériaux permettant de bâtir une digue homogène. Le massif sera donc souvent constitué de plusieurs zones formées de terres de caractéristiques différentes.

Différents types de barrages en terre Mis à part les organes annexes destinés à contrôler l’infiltration de l’eau dans le massif lui-même et dans sa fondation, il existe trois schémas principaux de structure de barrage en terre :  le barrage homogène,  le barrage à noyau,  le barrage à masque amont. Barrage homogène Lorsque l’on dispose sur place et en quantité suffisante de matériaux terreux permettant d’obtenir après compactage des conditions d’étanchéité et de stabilité satisfaisante, le type de barrage le plus facile à réaliser est le barrage homogène. Le barrage en terre homogène est constitué d’un massif en terre compactée imperméable, muni d’un dispositif de drains dans sa partie aval et d’une protection mécanique contre l’effet du batillage dans sa partie amont (figure……..). Les détails de conception de ces divers organes sont développés plus loin.

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Chapitre 5 : Barrages Figure 5-2 : Barrage homogène

Barrage à noyau Souvent l’hétérogénéité des matériaux disponibles sur place ou leurs caractéristiques géotechniques ne permettent pas d’envisager une digue homogène étanche. Dans ce cas, une solution couramment adoptée consiste à concevoir un massif en plusieurs zones, dont chacune est constituée d’un matériau différent, suivant le rôle que doit jouer chaque zone. La fonction d’étanchéité est assurée par un noyau étanche réalisé en matériau argileux qui pourra être placé en amont du barrage (figure 5.3) ou au centre de celui-ci (figure 5.4).

Figure 5-3 : Barrage à zones et à noyau amont

Le noyau étanche est maintenu par une ou plusieurs zones constituées de matériaux plus grossiers et relativement perméables, qui assureront la stabilité mécanique de l’ouvrage. Lorsqu’il y a discontinuité importante dans la granularité des matériaux des différentes zones en contact, il y a lieu d’interposer une couche filtrante de transition entre zones (figure 5-4).

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Chapitre 5 : Barrages Figure 5-4 : Barrage à noyau central

Le noyau interne a le gros avantage d’être peu sensible aux agressions extérieures. C’est, en outre, une solution rustique, à longue durée de vie, en général relativement peu coûteuse. Il présente l’inconvénient d’être difficilement réparable en cas de fuite. L’étanchéité du barrage doit être éventuellement prolongée dans ses fondations soit par ancrage du noyau, soit en réalisant au-dessous du noyau une coupure étanche telle que paroi moulée, rideau d’injection, etc. Barrage à masque amont La réalisation d’un noyau étanche peut présenter des difficultés telles que manque de matériau convenable, difficulté de mise en œuvre etc, on devra comparer alors cette technique à celle d’une digue homogène à masque amont étanche. Le masque amont est une paroi étanche plaquée sur le talus amont du barrage. Il existe de nombreuses natures de masque étanche telles que béton de ciment ou bitumineux, chapes préfabriquées, membranes souples etc. Le masque amont repose en général sur une couche d’éléments fins drainants et peut nécessiter, suivant sa nature, une couche de protection (figure 5-5).

Figure 5-5 : Barrage à masque amont

Le masque amont présente l’avantage de pouvoir être exécuté après l’édification du remblai et de pouvoir être réparé aisément. Il est par contre plus exposé aux agressions extérieures (mécaniques, thermiques, etc.) et il est par conséquent plus fragile que le noyau interne. Comme dans le cas du barrage à noyau, le masque amont doit être prolongé s’il y a lieu, par une coupure étanche dans les fondations du barrage.

Réalisation des barrages en terre

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Chapitre 5 : Barrages

Généralités La bonne connaissance du site d'un barrage et la conception judicieuse d'un ouvrage bien adapté à son site ne suffisent pas à garantir la qualité et la sécurité de l'ouvrage. Le soin apporté à l'exécution du barrage et les moyens qui y sont consacrés ont également une importance capitale pour la réussite de l'opération. Il est donc nécessaire de s'assurer que le chantier est confié à un exécutant compétent et expérimenté et que celui-ci dispose effectivement de tous les moyens nécessaires pour réaliser l'ouvrage dans de bonnes conditions. D'une façon générale, de même qu'il appartient à l'entrepreneur de prévoir et d'organiser son chantier pour que soient respectées les dispositions prévues au marché d'exécution du projet, de même il devra mettre en œuvre sous sa responsabilité tous les moyens de surveillance nécessaires pour s'assurer de façon permanente de la qualité des travaux exécutés et notamment de la bonne exécution du compactage. Néanmoins le maître d'œuvre doit s'assurer que l'entreprise dispose effectivement des moyens requis pour effectuer les travaux conformément au projet et dans les délais impartis. Il importe à cet effet que l'entreprise indique dans son offre les moyens en personnel et en matériel qu'elle se propose d'affecter au chantier et le programme des travaux. Il est vivement conseillé de rendre contractuels ces éléments à la signature du marché, après les avoir ajustés éventuellement après la consultation. Il est donné ci-après des éléments destinés à faciliter la mise au point des documents correspondants. Succession des opérations de chantier L'enchaînement chronologique des différentes phases du chantier comprend les opérations suivantes : a) Travaux préparatoires  Installation du chantier, implantation du barrage et mise en place éventuelle des déviations de circulation, reconnaissance complémentaire des ballastières,  Construction de la dérivation provisoire du cours d'eau, et dérivation de celui-ci,  Décapage des fondations et creusement éventuel de la clé d'ancrage du barrage, préparation des zones d'emprunt,  Déboisement et défrichement de la cuvette, démolition éventuelle d'infrastructure noyée. b) Exécution de l'ouvrage  Remblaiement de la clé d'ouvrage et des fondations jusqu’au terrain naturel,  Mise en place de la conduite de prise et de vidange, lorsqu'elle est sous le barrage,  Approvisionnement des matériaux filtrants,  Mise en place du système de drainage horizontal,  Exécution du remblai et exécution simultanée du dispositif de filtre vertical, IFTS – Génie civil

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    

Chapitre 5 : Barrages

Génie civil des ouvrages de prise et de restitution, Génie civil de l'évacuateur de crue, Mise en place de revêtements de talus, Mise en place des équipements hydrauliques, Travaux de finition, fermeture des zones d'emprunt, revêtement de crête et de route d'accès, équipements divers et aménagements des abords.

BARRAGES EN ENROCHEMENTS Définition Un barrage en enrochements est essentiellement un grand tas de gros cailloux. La fonction de résistance à la poussée de l'eau est assurée par le poids du massif. Mais le tas n'est pas imperméable par lui-même, et il faut lui adjoindre un organe d'étanchéité qui constitue la partie la plus délicate de l'ouvrage. Ce type de barrage est souvent économique dans les régions d'accès difficile car il y a peu de transport à effectuer, les enrochements étant prélevés sur place. Il supporte assez bien les tassements et ne soumet sa fondation qu'à une pression modérée. On peut exécuter des ouvrages de moins de 40 m de haut sur des fondations alluvionnaires peu compressibles. Le barrage en enrochements résiste assez bien aux séismes, à condition que les pentes des parements y soient adaptées et que les enrochements du parement aval soient bien arrimés. Il est peu sensible aux températures excessives (chaud et froid), à condition d'être constitué d'enrochements de bonne qualité. Le barrage en enrochements comme le barrage en terre résiste très mal à la submersion. La revanche, c'est-à-dire la différence entre la cote des plus hautes eaux et celle du couronnement doit donc être établie en conséquence et être d'au moins 1,50 m pour les petits ouvrages. Elle peut atteindre 5 à 6 m pour les grands.

Réalisation des barrages en enrochements Mise en place des enrochements a) Mise en place des blocs  Enrochement arrimés : Les talus amont et aval sont constitués d'enrochements rangés (arrimés) sur quelques mètres d'épaisseur. Sur un parement en effet, l’éjection d’un bloc formerait un trou qui serait une amorce de déséquilibre ultérieure encore plus grave. Les blocs IFTS – Génie civil

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Chapitre 5 : Barrages

sont en général mis en place à la grue, les intervalles étant bouchés par de petits enrochements placés à la main. Pendant ce dépôt, on opère un arrosage qui élimine les poussières et favorise le glissement des blocs les uns par rapport aux autres.  Enrochement en vrac : Ils sont simplement déversés depuis des camions et régalés au bouteur. Le remblai est arrosé par des jets sous haute pression (7 bars). L'eau dépoussière, remue les blocs en faisant pénétrer les petits entre les grands, et ramollit les angles vifs ce qui permet une mise en place plus définitive en diminuant très sensiblement les tassements ultérieurs. La consommation d’eau est toutefois très importante (4m3 par m3 d’enrochement).

b) Préparation du contact massif-fondation Il faut enlever soigneusement la terre végétale de surface et tous les matériaux susceptibles de fluer. La mise en place d'un radier général en maçonnerie (qui a parfois été faite) est à proscrire car un tel organe fait apparaître des sous-pressions réduisant la stabilité et provoquant des soulèvements. Si le sol de fondation est susceptible d'être saturé, il faut intercaler entre le massif proprement dit et sa fondation, un filtre à plusieurs couches traversées de drains collecteurs et calculé de telle manière que les éléments les plus fins du soubassement puissent le traverser et n'aillent polluer les enrochements Masques d’étanchéité On classe les différents types de masques suivant :  leur position : amont ou interne  ou suivant leur rigidité : souples ou semi-rigides. Lorsque le masque recouvre le parement amont, la totalité du massif intervient dans la stabilité du barrage. S'il est à l'intérieur, seule la partie située à l'aval sert complètement à la stabilité de l'ensemble, et la composante verticale (à effet favorable) de la poussée hydrostatique est moins importante. Le masque amont permet donc en général d'avoir des pentes plus raides ce qui entraine des économies de matériaux. D'autre part, il peut être réalisé indépendamment du massif. Ceci est un gros avantage sur le plan de l'organisation du chantier car si l'avancement du massif mené avec de gros moyens pour être économique va en général très vite, la mise en place du masque, relativement délicate, est beaucoup plus lente. Le masque interne est évidemment mieux protégé contre les intempéries, les variations de températures et le rayonnement solaire. Par contre les réparations ultérieures sont pratiquement impossibles. De plus le chantier est plus difficile à mener car il faut monter le masque en parallèle avec les 2 massifs d'enrochements de part et d'autre. IFTS – Génie civil

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Chapitre 5 : Barrages

Finalement le choix est fonction de critères économiques locaux. a) Masques amont Ils peuvent être en béton de ciment, en béton bitumineux, en acier, en terre, enfin en membranes imperméables.  Masques en béton de ciment : On n'utilise pratiquement plus la solution du masque composite formé d'éléments préfabriqués de quelques m2 réunis entre eux par un joint étanche, souple, du fait du coût de la main d'œuvre nécessaire pour sa mise en place. La solution préconisée est celle de la dalle découpée par des joints munis de lames d'étanchéité. Les joints sont parallèles et perpendiculaires aux lignes de plus grande pente du parement. Ces joints, outre leur rôle pour limiter les effets du retrait du béton, permettent au masque de résister à une série de déformations de flexion et de compression :  une flexion générale correspondant au déplacement du massif vers l'aval ;  des flexions locales produites par les irrégularités de tassement. Le masque a tendance à ne reposer que sur quelques joints au lieu d'être entièrement appliqué à la surface du massif.  Masques en tôle d'acier : La tôle d'acier est très résistante mécaniquement, suffisamment déformable, et complètement étanche. Les problèmes de corrosion pouvant être surmontés (peinture bitumineuse, protection cathodique, nuance d'acier peu ou pas oxydable), cette solution peut être intéressante. Elle est néanmoins très chère. La structure est formée de plaques d'épaisseur minimum 6 mm, de 3 m suivant la ligne de plus grande pente, sur 8 m horizontalement. Ces plaques sont ancrées dans le massif par leur milieu, réunies par des joints de dilatation, parallèles aux lignes de plus grande pente et raidies dans la même direction par des fers plats soudés. Le talus amont est préparé comme pour recevoir un masque de béton armé.  Masques de béton bitumineux : Ce type de masque est bien adapté aux barrages en enrochements étant donné les qualités mécaniques et hydrauliques du matériau. Le masque est conçu et réalisé de la même manière que dans le cas d'un barrage en terre.

b) Masques internes On distingue essentiellement :  les écrans internes en béton armé mince ;  les écrans internes en terre ;  les écrans internes en béton bitumineux.

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 Ecrans internes en béton armé mince : Cette solution, assez fréquemment adoptée il y a quelques dizaines d'années, n'est plus utilisée maintenant car elle est assez difficile à mettre en œuvre. Le voile est en béton armé mince. Il est en général inutile de mettre en place des joints de dilatation, puisque le masque est complètement à l'abri des variations de température. On ne laisse que des joints de retrait. Le ferraillage est adapté aux efforts mais le plus souvent il n'est pas très important. Parfois, pour accroître l'étanchéité en cas de fissure, on place à l'amont du béton, une certaine épaisseur de terre compactée (fig. 5-6). Le problème est difficile car il faut réaliser un masque très souple sinon il y a rupture et fuites. Il est presque impossible de localiser précisément après coup les fuites, et les réparations sont extrêmement délicates à effectuer. C'est pourquoi cette solution est maintenant à peu près complètement abandonnée.

Figure 5-6 : Barrage en enrochements à écran interne en béton

 Ecran en terre : L'étanchéité d'un barrage en enrochement, peut être réalisée par un noyau interne en terre compactée comme pour certains barrages en terre. Il importe alors de soigner particulièrement les filtres entre le noyau en terre et les enrochements. On est souvent conduit à adopter une structure de barrage à zones, avec des couches d'enrochements de petit diamètre pour assurer la transition entre le noyau et les enrochements grossiers (fig. 5-7). Ce type d'ouvrage mixte s'étudie et se conçoit comme un barrage en terre.

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Chapitre 5 : Barrages

Figure 5-7 : Barrage en enrochements à noyau argileux.

 Ecran interne bitumineux : Placé à l'intérieur du massif le béton bitumineux n’est plus soumis au rayonnement solaire, au gel, à l'érosion, ni à la glace. Les principales difficultés liées à l'emploi du bitume disparaissent et on peut profiter pleinement de ses deux qualités essentielles : la souplesse et l'étanchéité. Cette solution est particulièrement intéressante pour des ouvrages en site de climat sévère ou soumis à des marnages rapides. Elle est souvent économique. A la réalisation on constate les avantages suivants :  la construction suit la progression des remblais ;  le problème du compactage du béton bitumineux sur rampant est supprimé ;  il n'y a pas de joints ;  la mise en œuvre est simple. Les écrans internes de ce type sont mis en place avec la pente maximale vers l’amont, compatible avec les impératifs de la construction, c’est-à-dire 0 ,4/1. Les nécessités d’exécution imposent une épaisseur minimale de 0,50 rn, dans la plupart des cas elle est de 1 m. La structure bitumineuse la plus utilisée est un béton cyclopéen composé de 2 matériaux de base :  un mortier bitumineux coulé à chaud de formule suivante : o gravillons 5/8 mm roulés : 43 % du poids des agrégats o sable 0/5 mm roulé : 45 % o filler : 12 % auxquels on ajoute, en proportion de 11,5 % du poids total des agrégats, un bitume 80/100 ;  une ossature de blocs 150/300 mm incorporés au mortier en proportion de 50 % Le mortier est coulé à 180°. Le montage de l’écran bitumineux peut se faire avec vibration (vibreur lourd de 8 t sur grue) ou sans vibration. La figure schématise les phases d'exécution. Réalisés depuis 1970, ces ouvrages ont donné toute satisfaction. Il n'y a pratiquement aucune fuite.

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Chapitre 5 : Barrages

Figure 5-8 : Barrage en enrochements à noyau interne en béton bitumineux cyclopéen

Parafouille Le parafouille est l'organe qui relie le masque étanche à la fondation, elle-même étanche ou rendue telle par injection ou au moyen d'une paroi moulée ou d'un rideau d'injection (fig. 5-9).

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Figure 5-9 : Parafouille léger pour petit ouvrage

Ce raccordement doit être plus ou moins articulé. Si la fondation est très rigide (rocher), le parafouille est fixe et le masque suit le massif dans ses déformations. Si la fondation est compressible, le parafouille a tendance à s'enfoncer et à se déplacer vers l'amont. On comprend pourquoi, si le masque est trop rigide, l’étanchéité est difficile à réaliser. Et, si une fuite se produit, le gradient vers le drain et les enrochements est énorme (trajet très court). En cas de fondation alluvionnaire, une telle fuite peut entraîner, en un temps très bref, la ruine complète de l'ouvrage. A chaque fois qu'on le peut, il y a intérêt à mener le parafouille jusqu'au rocher sain. Dans le cas des ouvrages importants, le parafouille est un organe complexe avec galeries de visite où débouchent les drains (fig. 5-10).

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Chapitre 5 : Barrages

Figure 5-10 : Parafouille avec galerie de visite

BARRAGES EN BETON Différents types de barrages en béton Parmi les barrages en béton on peut distinguer trois types selon leur forme et leur comportement mécanique :  barrages-poids : massifs, ces barrages de section transversale triangulaire, résistent à la poussée de l'eau par leur poids. A ce type on peut rattacher les barrages-poids précontraints, les barrages- poids évidés dans lesquels certains évidements ont été ménagés, et enfin les barrages mobiles et certains seuils en rivières.  barrages à contreforts : de formes très variées, ils ont en commun de résister pour l'ensemble par leur poids et par leur forme. Constitués d'un voile à l'amont qui reporte la poussée de l'eau sur des contreforts, ils utilisent moins de béton que les barrages-poids.  barrages-voûtes : ils résistent grâce à leur forme à la poussée de l'eau qu'ils reportent sur les terrains d'appui en rive et en thalweg. Constitués d'une voûte, parfois très mince, à simple ou à double courbure, les barrages-voûtes transmettent au rocher d'appui des efforts nettement plus élevés que les autres types de barrage.

Barrages-poids Les concepteurs de barrage font appel aux barrages-poids lorsqu'ils doivent obstruer une large vallée ou de petites plaines. De par sa simplicité de construction, son coût de maintien faible et la sécurité IFTS – Génie civil

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qu'il offre, le barrage poids est le type de barrage le plus utilisé au monde. Ce barrage peut être construit partout, il suffit que la fondation rocheuse sur laquelle il sera posé soit suffisamment solide pour résister à son poids dépassant souvent plusieurs dizaines de millions de tonnes. En effet, des fondations de résistances insuffisantes peuvent engendrer un glissement ou même un renversement de l'ouvrage.

Figure 5-11 : Barrage-poids

Ces barrages ont la forme d'un triangle rectangle, avec un socle massif, deux pentes et un sommet. Ils possèdent une face intérieure verticale recouverte d'argile ou de goudron pour assurer une étanchéité maximum ainsi qu'une face semi-verticale qui assure la stabilité de l'édifice. Le modèle de construction le plus répandu est la levée de terre bien que de plus en plus, les barrages modernes soient construits en béton pour leur coût moins important et une meilleure résistance au temps. Les barrages-poids sont constitués d'un noyau résistant aux infiltrations, fait d'argile ou de sable très fin, qui s'enfonce dans le sol et forme une barrière d'étanchéité qui se loge dans une tranchée creusée dans le socle rocheux du fond de la vallée. Sous cette tranchée se trouve un rideau d'imperméabilisation, qui descend parfois jusqu'à plusieurs dizaines de mètres sous les fondations du barrage. La sécurité des barrages poids dépend entièrement de ce rideau dont le rôle est de réduire les infiltrations dans les fondations et sous le barrage. Comme tous les barrages-poids souffrent de fuites plus ou moins importantes, ils sont pourvus d'un système de drainage interne pour épuiser l'eau qui s'infiltre dans les parements comme au cœur du barrage.

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Barrages à contreforts Dans de larges vallées où le barrage-poids massif en béton serait coûteux et où le barrage-voûte n'est pas mécaniquement possible, il faut envisager le barrage à contreforts. Les barrages à contreforts sont des barrages en béton constitués :  des murs, généralement de forme triangulaire, construits dans la vallée parallèlement à l’axe de la rivière. Ces murs sont les contreforts.  des bouchures entre les contreforts pour maintenir l’eau de la retenue. Ces bouchures s’appuient sur les contreforts auxquelles elles transmettent la poussée de l’eau. Les bouchures sont très souvent inclinées vers l’aval pour que la poussée de l’eau soit orientée vers le bas de façon à améliorer la stabilité des contreforts. Dans le sens transversal, notamment vis-à-vis des effets sismiques de rive à rive, les contreforts peuvent être munis de butons. Les bouchures elles-mêmes peuvent être de plusieurs types :  un épaississement amont du contrefort. Une étanchéité doit donc être prévue entre chaque demi-bouchure.  une dalle plate en béton armé.  une voûte de faible dimension. Les voûtes sont en béton armé et de très faible épaisseur Comme les autres barrages, le barrage à contreforts doit assurer deux fonctions : être étanche et être stable sous la poussée de l'eau qu'il retient. Ces deux fonctions vont être séparées : le voile à l'amont as- sure l'étanchéité et les contreforts la stabilité. Toutefois le voile par un fruit notable allant parfois jusqu'à 1/1 va introduire une composante verticale, dirigée vers le bas, de la poussée de l'eau. Le voile à l'amont peut être de conception variable (fig. 5-12) :  Solidaire des contreforts avec parement amont plan. Les diverses sections de voile sont liées aux contreforts et fonctionnent en console courte.  Constitué d'une dalle posée aux extrémités sur les têtes de contreforts. Le voile travaille en flexion comme une poutre posée sur 2 appuis simples aux extrémités.  Solidaire des contreforts avec parement amont cylindrique. Cette disposition massive facilite la transmission de la poussée au contrefort.  Constitué d'une voûte de faible portée et donc de faible épaisseur s'appuyant sur les contreforts.

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Figure 5-12 : Différents types de barrages à contreforts

Sa forme permet une réduction du volume de béton par rapport au barrage-poids, ce qui compense les sujétions apportées par des coffrages de surfaces souvent plus importantes et toujours plus compliquées. Ces barrages offrent un avantage considérable pour la quantité de béton nécessaire : il faut 4 à 5 fois moins de béton pour un barrage à contreforts par rapport à un barrage-poids de même hauteur. Inversement, il s’agit de structures complexes, plus sensibles aux effets thermiques et aux séismes et qui nécessitent une attention particulière pour le contact avec le rocher de fondation. Une variante majeure de ce dernier type forme les barrages à voûtes multiples : une vallée trop large pour être barrée par une seule voûte est découpée par plusieurs contreforts et la bouchure est constituée par une voûte plus importante.

Barrages-voûtes Fonctionnement Comme son nom l’indique, un barrage-voûte résiste à la pression de l’eau par l’effet voûte, c’est à dire en s’arc-boutant sur les flancs de la vallée. Son mode de résistance est donc très différent de celui d’un barrage-poids et met en jeu, non plus l’équilibre statique de tranches verticales parallèles, mais l’équilibre élastique de l’ensemble de l’ouvrage. Par contre, il sollicite fortement ses appuis et exige donc un rocher de bonne qualité pour rester dans le domaine élastique. Ce type de barrage est IFTS – Génie civil

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particulièrement adapté aux vallées étroites et profondes et de forme assez régulière. Ils sont notamment utilisés lorsque la largeur de la gorge ne dépasse pas 5 à 6 fois la hauteur du barrage projeté. Pour des largeurs plus importantes des dispositions constructives particulières doivent être adoptées.

Figure 5-13 : Barrage-voûte

C’est le type de barrage le plus achevé en ce sens que c’est celui qui utilise le mieux les matériaux employés. Ses progrès sont allés de pair avec l’amélioration de la qualité des ciments et la maîtrise de la fabrication et de la mise en place des bétons Construction Les barrages-voûtes sont des barrages monolithiques mais ils ne sont évidemment pas construits en une seule étape. Pour la phase de construction, le barrage est découpé en plots verticaux de dix à vingt mètres de longueur. Chaque plot est lui-même construit par levées de bétonnage successives, le béton étant serré par vibration. Lorsque tous les plots sont construits, on procède au clavage de la voûte en injectant, sous pression, les espaces entre les plots. Cette opération permet de redonner à la structure un fonctionnement d’ensemble. Barrages poids-voûtes Entre les barrages-poids et les barrages voûtes se situent des ouvrages mixtes, poids-voûte ou voûte épaisse. Les formes sont habituellement simples : le parement amont est un cylindre vertical, le parement aval présente un fruit de 40 à 50% au lieu des 80% du barrage-poids classique. La courbure en plan fait participer les appuis à la résistance de l’ouvrage.

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BARRAGES EN GABIONS Définition Ce sont des massifs constitués de gabions (cages métalliques remplis de pierres) et munis d'un dispositif d'étanchéité. Les barrages en gabions sont des ouvrages flexibles, faciles à mettre en œuvre et possédant un effet drainant permettant d'éviter les sous-pressions dans certaines parties de l'ouvrage.

Différents types de barrages en gabions On distingue différents types de barrages en gabions dont :     

Barrage à parement aval vertical (fig. 5-14) ; Barrage à massif aval totalement gabionné (fig. 5-15) ; Barrage à massif aval mixte (fig. 5-16) ; Barrage à parement aval en gradins de gabions (fig. 5-17) ; Barrage à parement aval incliné (fig. 5-18).

Figure 5-14 : Barrage à parement aval vertical

1 : Enrochements 2 : Couche de pose 3 : Massif amont en matériaux argileux 4 : Murette d’étanchéité en béton 5 : Parement aval vertical en gabions 6 : Bassin de dissipation en gabions semelles 7 : Géotextile ou filtre

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Figure 5-15 : Barrage à massif aval totalement gabionné

1 : Enrochements 2 : Couche de pose 3 : Massif amont en matériaux argileux 4 : Murette d’étanchéité en béton 5 : Géotextile ou filtre 6 : Massif aval en gradins de gabions 7 : Bassin de dissipation en gabions semelles 8 : Tranchée d’ancrage

Figure 5-16 : Barrage à massif aval mixte

1 : Enrochements 2 : Couche de pose 3 : Massif amont en matériaux argileux 4 : Murette d’étanchéité en béton 5 : Déversoir en gradins de gabions 6 : Mur interne vertical en gabions 7 : Massif aval en enrochement 8 : Bassin de dissipation en gabions semelles 9 : Géotextile ou filtre 10 : Tranchée d’ancrage IFTS – Génie civil

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Figure 5-17 : Barrage à parement aval en gradins de gabions

1 : Enrochements 2 : Couche de pose 3 : Massif amont en matériaux argileux 4 : Murette d’étanchéité en béton 5 : Géotextile ou filtre 6 : Massif aval en gradins de gabions 7 : Bassin de dissipation en gabions semelles 8 : Tranchée d’ancrage

Figure 5-18 : Barrage à parement aval incliné

1 : Enrochements 2 : Couche de pose 3 : Massif en matériaux argileux 4 : Murette d’étanchéité en béton 5 : Pente inclinée en gabions ou matelas 6 : Géotextile ou filtre 7 : Bassin de dissipation en gabions semelles 8 : Drain 9 : Tranchée d’ancrage IFTS – Génie civil

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OUVRAGES ANNEXES Les ouvrages annexes sont des dispositifs installés pour remplir des fonctions spécifiques en rapport soit avec l'utilisation de l'eau stockée, soit avec la sécurité du barrage. Dans le cadre du présent cours on considérera les ouvrages de prise d'eau, les ouvrages de vidange et les ouvrages évacuateurs de crues comme ouvrages annexes. Evacuateur de crue L'évacuateur : il est rare que le volume de la cuvette puisse contenir toutes les eaux de ruissellement d'une saison pluvieuse ; lorsqu'elle est pleine il faut que les eaux puissent s'évacuer sans submerger les digues. On place en général à cet effet un mur en béton dont la crête se trouve à une cote inférieure à celle du barrage ; c'est lui qui fixe la cote maximum de la réserve. Il est situé en général au centre du barrage, à l'emplacement de l'ancien lit des eaux de ruissellement (déversoir central). On le place parfois au prolongement de l'axe du barrage sur les rives (déversoir latéral). Cet ouvrage constitue souvent la partie la plus délicate et la plus onéreuse du barrage. L'évacuateur de crue se compose d'une partie déversante (admission) et d'une partie "dispositif de restitution".

Figure 5-19 : Evacuateur de crue

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Ouvrage de prise d'eau Ils sont constitués soit par des siphons, soit par des pertuis de fond avec dispositifs de mise en service (tour d'admission, conduite, vannes, bassin de tranquillisation, passerelle de service...). Ils sont généralement prévus pour l’irrigation. Ouvrages de vidange Ce sont des dispositifs de fond destinés à vidanger totalement ou partiellement la retenue en cas de menace de destruction ou de comportement préjudiciable du barrage ou d'un de ces organes essentiels. Remarque Il arrive, sur les petits barrages que les ouvrages de prise d'eau et de vidange soient confondus en un. Dans ce cas on ne peut effectuer qu'une vidange partielle de la retenue en cas de nécessité;

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