E TUNNEL DES BLAGIS : - AFTES

L
E TUNNEL DES BLAGIS :
38 anneaux en béton de fibres métalliques
Jean-François TEISSIER
SIAAP DGT, Chargé d’opération
Pascal BRIAND
RAZEL, Directeur de chantier
Philippe AUTUORI
BOUYGUES TP
Patrick PELTIER
STRADAL, Directeur technique
Benoît de RIVAZ
BEKAERT, Directeur technique
1 - PRESENTATION DU
CHANTIER
Dans le cadre du schéma directeur d’assainissement
de la région parisienne, le SIAAP a
lancé en 2002 la construction d’un ouvrage
d’assainissement entre les communes de
Fontenay-aux-Roses et Cachan, confiée à un
groupement d’entreprises RAZEL, SPIE
Batignolles TPCI et BOUYGUES Travaux
Publics, sous maîtrise d’œuvre SIAAP DGT.
Ce tunnel foré d’une longueur totale de
3520 m et de diamètre intérieur fini 3m08, a
été réalisé en deux tronçons à partir d’un
puits intermédiaire situé sur la commune de
Bourg-la-Reine. Il est destiné d’une part à
améliorer et renforcer le réseau d’assainissement
de la Bièvre, mais aussi à servir de stockage
tampon des eaux d’orage (capacité
totale de 25 000 m 3 ), et ainsi limiter les
déversements en Seine et les inondations
d’une partie de Bourg-la-Reine.
Calé à une vingtaine de mètres de profondeur
dans un horizon géologique composé
principalement de calcaire de Saint Ouen et
sous nappe d’eau d’une hauteur d’une dizaine
de mètres, le tunnel a été réalisé à l’aide d’un
tunnelier de type fermé, à attaque ponctuelle
(bras d’abattage muni d’un godet ou d’une
fraise) et confinement du front à l’air comprimé.
Le revêtement est constitué de voussoirs
préfabriqués d’épaisseur 23cm, et de
longueur annulaire de 1m20, posés au fur et
à mesure par un érecteur central à préhension
par vis, avec mise en place de mortier
dans le vide annulaire en arrière de la jupe
par un point d’injection à travers les voussoirs.
Ces anneaux universels comprennent
six voussoirs (trois voussoirs courants, une
clef et deux contre-clefs) pour un pincement
de 35mm.
2 - ESSAIS SUR VOUSSOIRS
FIBRES : PROCEDURE
Le SIAAP et le groupement d’entreprises ont
décidé, dans le cadre d’un protocole d’essai,
de poser des voussoirs fibrés sur un linéaire
de 50m environ. Pour ce faire, une procédure
a été mise en place, en partenariat avec le
préfabricant STRADAL, permettant de valider,
étape par étape, par des essais préliminaires,
la conception des voussoirs fibrés.
La première étape de cette conception était
le choix de la composition du béton. En effet,
les fibres ne doivent pas être considérées
comme un ajout non perturbant (contrairement
aux armatures passives), mais comme
un granulat spécifique intervenant dans la
rhéologie du béton. De ce fait, la formulation
du béton doit être adaptée. Une série d’essais
a été réalisée dans le laboratoire béton
de BOUYGUES TP, afin de déterminer la formulation
qui représente le meilleur compromis
Rhéologie / Performance.
Ces essais ont également permis la comparaison
entre 2 longueurs de fibres. Les résultats
des essais en laboratoire étant sensiblement
identiques, il a été décidé de
poursuivre l’expérience avec les plus longues
(type 80/60) qui autorisent une plus grande
déformation avant rupture.
La deuxième étape fut la réalisation d’essais
grandeur nature : bétonnage de 4 voussoirs
armés de fibres Dramix RC 80/60 BN
(BEKAERT) suivant la formulation issue de
l’étape précédente, avec 3 variations de
dosage en fibres (à comparer avec le ratio d’armatures
des voussoirs classiques : 85kg/m 3 ) :
1 voussoir contre-clé (50kg/m 3 ), 1 voussoir
standard (40kg/m 3 ), 1voussoir standard + 1
clé (30kg/m 3 ). Des carottages en diamètre
100 mm ont ensuite été réalisés sur l’ensemble
des voussoirs, selon un plan de carottage
TUNNELS ET OUVRAGES SOUTERRAINS - N° 192 - NOVEMBRE/DECEMBRE 2005
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L e tunnel de Blagis : 38 anneaux en béton de fibres métalliques
préétabli, avec des prélèvements répartis
sur toute la surface des voussoirs (au cœur
et à proximité des joints). Les tests réalisés
dans ce laboratoire ont permis de mesurer
le comportement du béton fibré soumis à
des essais d’écrasement en compression et
de traction par fendage, et notamment
d’obtenir des contraintes admissibles en
fonction de la distribution des résultats
expérimentaux.
Un essai par rupture 3 points d’une poutre
constituée à partir du sciage d’un des voussoirs
d’essai a également apporté des informations
complémentaires quant au comportement
du matériau sous flexion.
La troisième et dernière étape pour valider la
conception des voussoirs fut la modélisation
par éléments finis d’un voussoir, et son étude
avec les mêmes cas de charge que les voussoirs
classiques, et en particulier le cas de
charge critique vis-à-vis de la traction dans le
voussoir (à savoir poussée des vérins du tunnelier
sur le voussoir appuyé sur l’anneau
précédent). La modélisation a montré que ce
cas de charges génère des contraintes de
traction présentant un coefficient de sécurité
suffisant par rapport à la contrainte admissible
garantie dans le béton, résultant de
l‘analyse des essais.
Le résultat de ce processus préliminaire a été
de valider la composition du béton avec un
dosage de fibres de 30kg/m 3 . La décision a
alors été prise conjointement entre les différents
partenaires de lancer la production de
38 anneaux en béton fibré, afin de les mettre
en place dans le tunnel.
3 - PRODUCTION DES
VOUSSOIRS
Les voussoirs du chantier des Blagis sont produits
dans un atelier spécialisé de l’usine de
préfabrication, équipé d’un carrousel de circulation
des moules et disposant d’une
annexe dédiée à l’assemblage des cages
d’armatures (montage des sous-ensembles
sur gabarits).
La production en petite série de voussoirs
fibrés a nécessité l’aménagement de la centrale
à béton pour la doter d’un dispositif de
dosage des fibres (bol vibrant) opérant par
pesage (élément indispensable pour garantir
la régularité des dosages et rester productif).
Le malaxeur est de type cuve tournante avec
train valseur, de capacité 1 m 3 de béton fini,
bien adapté pour ce type de béton.
Le cycle de préparation du béton a été
adapté, avec :
• une introduction des fibres via la trémie
bascule des granulats, donc leur introduction
dans le malaxeur avec les composants secs
• un temps de malaxage allongé en phase
humide pour assurer une bonne homogénéité
de la répartition des fibres (mise au
point par essais préalables)
La pratique continue du béton fibré nécessite
une attention particulière sur le nettoyage
plus fréquent des équipements pour
éliminer assez vite les cas d’accumulation de
béton (sur les pales du malaxeur, dans des
angles de trémies ou guides de tapis, sur
des articulations de pièces mobiles comme
les portes …) qui avec la présence de fibres
peuvent s’accroître assez vite.
Il faut donc aussi rationaliser les moyens de
transfert du béton vers le point de coulage et
en adapter les détails de conception.
Le coulage ne pose pas de problèmes : le
béton, normalement ferme, se répartit bien à
la vibration, sans ségrégation (la recette étant
conçue en conséquence) et descend rapidement
aux reins du voussoir puisqu’il n’y a pas
l’obstacle de l’armature.
L’ouverture des capots du moule, le tirage à
la règle de l’extrados et son talochage fin
s’effectuent dans les mêmes délais qu’en traditionnel.
Le talochage nécessite une adaptation
de pratique par les opérateurs pour ne
pas accrocher de fibres et les relever et assurer
le même niveau de finition.
Le stockage des fibres (big bags) est moins
volumineux que des cages d’armatures ; il est
par contre nécessaire de les maintenir à l’abri
(humidité) en respectant les préconisations
du fournisseur, donc de prévoir une zone
adaptée, couverte et dotée des moyens de
transfert vers le doseur.
4 - POSE DES VOUSSOIRS
Les voussoirs sont transportés par camion
depuis l’usine de préfabrication d’Aubergenville,
puis descendus dans le puits de départ sur un
chariot de transfert à l’aide d’une pince spécifique,
en trois paquets de deux voussoirs
positionnés dans le sens transversal. Un
palonnier muni de trois ventouses permet le
dépilage pour transfert vers l’érecteur dans le
train suiveur.
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L e tunnel de Blagis : 38 anneaux en béton de fibres métalliques
Un érecteur hydraulique à 6 degrés de
liberté, muni d’une vis de préhension, permet
ensuite la pose des 6 voussoirs dans la
jupe du tunnelier.
Les anneaux sont liaisonnés longitudinalement
par des broches, mais ne sont pas reliés
entre voussoirs par des boulons.
L’excavation étant poursuivie durant la pose
d’un anneau, la poussée complète d’un voussoir
peut être effectuée dès l’anneau posé,
par l’intermédiaire des 8 vérins de poussée.
Afin que les essais aient une valeur représentative,
les anneaux en béton de fibres métalliques
ont été posés sans modalités particulières,
dans des conditions strictement
identiques aux autres voussoirs, tant du point
de vue manutention et stockage, que du
point de vue mise en œuvre et poussée de la
machine.
5 - CONSTATATIONS
Sur l’ensemble des anneaux posés, il a été
constaté une seule anomalie : l’apparition
d’une fissure, dans les conditions suivantes :
• apparition de la fissure au niveau du radier
de l’ouvrage, sur le dernier anneau posé
(anneau 951), immédiatement lors de la
poussée pour pose de l’anneau suivant
• reprise d’une poussée après une nuit d’arrêt
(pression plus importante pour "décoller"
la machine)
• appui dissymétrique lié à une mauvaise fermeture
de l’anneau posé,
• poussée très hétérogène liée à un besoin
de faire tourner la machine.
Une réparation a été aussitôt faite par colmatage
de la fissure.
La fissure étant apparue sur toute la longueur
de l’anneau, elle est vraisemblablement due
à un effort de traction pure, et de ce fait il
est probable que des aciers passifs
auraient mieux limité l’ouverture de la fissure
(en effet cette configuration de pose
avait déjà été constatée pour des voussoirs
classiques et n’avait pas donné lieu à l’apparition
de fissure ou d’une ouverture plus
réduite et difficile à visualiser compte-tenu
de sa localisation ).
L’analyse de cette fissure semble montrer
qu’elle est principalement due au mode de
mise en œuvre des anneaux. En effet, du fait
du diamètre réduit et de la conception de la
machine et de son train suiveur, l’injection du
produit de bourrage ne peut s’effectuer que
par un seul point par anneau et au travers des
voussoirs. Pour permettre un bon remplissage
du vide annulaire, cette technique
nécessite l’utilisation d’un mortier de bourrage
relativement fluide. Cette relative fluidité
ne permet pas, dans certaines configurations
extrêmes de poussée, de générer une
pression radiale suffisante pour empêcher
une déformation de l’anneau conduisant à
des fissurations.
Ce fut le cas au droit de l’anneau 951 où le
tunnelier a exercé une poussée relativement
forte et principalement sur la partie basse de
l’anneau, générant l’apparition d’une fissure,
localisée à 6 heures.
Malgré cette non-conformité, des avantages
ont été constatés, notamment sur la réduction
des épaufrures lors des manutentions et
mise en place, ainsi que la facilité de réparation
lors de l’apparition des désordres. En
effet, les renforcements par fibres métalliques
permettent une bonne tenue des
arêtes des voussoirs pendant la phase de
mise en œuvre, alors qu’il est toujours difficile
de renforcer ces angles avec les armatures
traditionnelles, compte tenu des enrobages.
6 - CONCLUSION
Après une phase d’études et d’essais en
laboratoire, menées en collaboration avec
toutes les parties, 38 anneaux ont été posés
en galerie. La seule fissure constatée est probablement
liée au mode de mise en œuvre.
L’utilisation des voussoirs fibrés pour les
chantiers de tunnel semble être une bonne
solution, à condition d’adapter les moyens
d’injection dans la méthode de creusement
dès la phase de conception : plusieurs points
d’injection situés à l’arrière de la jupe permettraient
un meilleur serrage de l’anneau et
donc une meilleure répartition des efforts lors
de la poussée des vérins du tunnelier.
L’expérience des 38 anneaux de voussoirs
fibrés sur le chantier des Blagis est
concluante, en particulier d’un point de vue
économique : la fibre est plus coûteuse au kg
qu’une armature traditionnelle, mais son
dosage relatif au m 3 de béton est en général
plus faible. Cette situation est fonction de
chaque ouvrage, du dosage d’armature qu’il
suggère en rapport avec le volume de l’anneau.
Cette expérience permet d’envisager
une économie qui pourrait atteindre 5% du
prix d’un anneau.
En plus de leur intérêt économique, les voussoirs
fibrés apportent d’autres avantages,
parmi lesquels :
• moins d’épaufrures constatées
• réparation plus facile
• les fibres augmentent la résistance à l’abrasion
mécanique, ce qui est important pour
les tunnels avec circulation d’eau
• bonne durabilité des bétons fibrés : dégradation
liée à la corrosion moins importante
que pour les bétons armés classiques, du fait
des petites dimensions des fibres et de leur
intégration dans le squelette du béton.
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