SOCIÉTÉ FRANÇAISE DE TRAVAUX PUBLICS FOUGEROLLE

B.P. 46 - 4, avenue Morane-Saulnier

78140 VÉLIZY-VILLACOUBLAY

0°

MÉTRO EXPRESS RÉGIONALLIGNE DE MARNE-LA-VALLÉE - LOT 3

Quelques réflexions relatives à l'utilisationde béton projeté armé et boulonné c o m m e revêtement immédiat

par

C. LOUIS

avec la collaboration de

E. MICHALSKI - J.-L S C O U A R N E C

BUREAU DE RECHERCHES GÉOLOGIQUES ET MINIÈRES

SERVICE GÉOLOGIQUE NATIONAL

Département géologie de l'aménagement

Géotechnique

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

73 SGN 366 AME Septembre 1973

R E S U M E

Ce rapport, établi dans le cadre d'une soumission à unappel d'offre pour la construction d'un tronçon de tunnel du métro expressrégional à Fontenay-sous-Bois, examine d'une manière sommaire les pos-sibilités d'utiliser le béton projeté armé et boulonné c o m m e moyen de sou-tènement immédiat de l'excavation.

Le tunnel, long de 700 m , traverse, avec une hauteur de cou-verture inférieure à 30 m , les Marnes bleues d'Argenteuil. Les carac-téristiques géotechniques permettent d'envisager très favorablementl'exécution de cet ouvrage dans l'esprit de la nouvelle méthode autrichien-ne. L'excavation se fera mécaniquement par passe de 1, 50 à 2 m en demisection avec un front "en escalier". Le revêtement immédiat est consti-tué par 16 c m de béton projeté armé de deux couches de treillis soudé,et renforcé, si nécessaire, par des cintres métalliques T H 21 k g / m ; l'en-semble étant boulonné au terrain au moyen de barres à béton(jÓ 25 m m ,L = 3 à 4 m ) scellées au mortier ou à la résine.

.L'optimisation du revêtement sera obtenue grâce à la miseen oeuvre d'un système d'auscultation important (par mesures topographi-ques, extensométriques, mesure de convergence). Ce contrôle assurerade plus une garantie totale pendant et après l'exécution des travaux.

Tant sur les plans géologique, mécanique qu'hydraulique,la construction du tunnel du lot 3 de la ligne Marne-la-Vallée du métroexpress régional, en utilisant au front d'attaque les techniques modernesde béton projeté armé et de boulonnage, constitue dans les marnes d 'Ar -genteuil une solution particulièrement rationnelle et sûre. Elle permet deplus de réduire au m a x i m u m les perturbations (telles que tassements, etc. )dans le voisinage du chantier, ce qui constitue un avantage extrêmementimportant pour des travaux en site urbain.

S O M M A I R E

RESUMELISTE DES ANNEXESLISTE DES FIGURES

1 - POSITION DU PROBLEME 1

2 - SITUATION GEOLOGIQUE, HYDROGEOLOGIQUEET GEOTECHNIQUE . 3

2. 1 - Géologie 32 . 2 - Hydrogéologie 42. 3 - Géotechnique . 4

2. 3. 1 - Identification2. 3. 2 - Compressibilité2. 3. 3 - Cisaillement

3 - CONSIDERATIONS R E L A T I V E S A L A STABILITE 6

4 - DEFINITION D E S P R O F I L S - T Y P E S 74. 1 - Section courante 74. 2 - Zones de tête 7

5 - T E C H N I Q U E S D ' E X E C U T I O N 85. 1 - Phases d'exécution 85. 2 - Excavation et marinage 85. 3 - Béton projeté 105. 4 - Cintres 105 . 5 - Boulons d'ancrage 11

5. 5. 1 - Description5. 5. 2 - Mise en oeuvre5. 5. 3 - Contrôle du boulonnage

6 - C O N T R O L E E T A U S C U L T A T I O N 156. 1 - Position du problème 156.2- Les moyens d'auscultation 15

6.2.1 - Méthodes topographiques6.2.2 - Extensomètres en sondage6. 2. 3 - Profils de convergence6.2.4 - Cellules de mesures de contraintes

6. 3 - Auscultation préconisée pour la ligne de Marne -la-Vallée - Lot 3 20

6. 3. 1 - Auscultation de surface6. 3. 2 - Auscultation dans le tunnel

7 - C O N C L U S I O N S 23

LISTE DES ANNEXES

Annexe 1 Coupe longitudinale

Annexe 2 Coupe transversaleSolution béton projeté

Annexe 3 Projet de recommandations sur la mise enoeuvre du béton projeté dans les travauxsouterrains

Annexe 4 Schéma d'auscultation du tunnel

1 - POSITION DU PROBLEME

Dans le cadre d'une soumission à un appel d'offre lancépar la Régie autonome des transports parisiens (R. A . T . P . ) pour la cons-truction du lot 3, ligne de Marne-la-Vallée du métro express régional, laSociété Française de Travaux publics F O U G E R O L L E a fait appel auBureau de recherches géologiques et minières (B. R . G . M . ) c o m m e conseiltechnique, pour la préparation d'une variante de construction du tunnel enutilisant le béton projeté armé et boulonné c o m m e revêtement immédiat del'excavation. Cette variante au projet de la R . A . T . P . est conçue dansl'esprit de la nouvelle méthode autrichienne de construction de tunnel̂ "1"'.

Une réunion technique s'est tenue le 27 septembre 1973 ausiège de la Société F O U G E R O L L E , dans le but d'examiner les problèmesliés à la mise en oeuvre de cette variante. Participaient à cette réunion :

Pour la Société FOUGEROLLE M . M . BERTHAULTCINQUINDUMAYEXPERT-BE ZANCÓNMAUBOUSSINNOGUEROSERIE YS

Pour le B . R . G . M . M . LOUIS

Le lot 3 de la ligne de Marne-la-Vallée est situé à Fontenay-sous-bois . Il est constitué par un tunnel à deux voies, long de 700 m ,avec une section excavée de l'ordre de 70 m ^ pour une largeur ouverte,d'environ 10, 30 m et une hauteur de 8, 20 m , c o m m e le montre la figure 1.L'ouvrage traverse une colline de faible hauteur, la coupe géologique dela figure 1 correspondant à la couverture maximale de l'ordre de 27 m audessus de l'axe longitudinal du tunnel.

Ce rapport fait état des différents points abordés au coursde la réunion technique citée ci-dessus, essentiellement consacrée auxprofils types du tunnel, aux phases d'exécution et à l'auscultation de l'ou-vrage durant les travaux.

La nature et le dimensionnement du revêtement préconisésdans ce rapport ont été retenus compte tenu de l'expérience acquise jusqu'àce jour pour des ouvrages analogues dans des situations géologiques et géo-techniques similaires.

(+) C . LOUIS : La nouvelle méthode autrichienne de construction detunnels - Revue de l'Industrie minérale n° spécial Avril 1972 (p. 1-17)

Cimetière -de Fbntenay

V , I —

Marnes! blanches

Marnfesl bleues

Pantin87.10

d Argenteuil

Gypse

M a m

M ère1 masse

i.

; Q

~or

Fig. 1 - Situation géologique et profilde base du tunnel

55.00

es a à \ fers de lance

- 3 - •

2 - SITUATION GEOLOGIQUE, HYDROGEQLOGIQUE ET GEQTECHNIQUE

2. 1 - Géologie

Le profil géologique le long du tracé montre la successionsuivante, de haut en bas (voir Annexe l) :

- Remblais- Calcaire de Brie : marne blanchâtre calcaire, emballant

des blocs siliceux. L'épaisseur nedépasse pas 5 m

- Marnes vertes et Glaises à cyrènes :

les marnes vertes se présentent sousforme d'argiles vertes compactes, rela-tivement homogènes, de 5 m d'épaisseurenviron

les glaises à cyrènes sont constituéesde feuillets argileux verdâtres et bruns,séparés par de minces lits silteux.Leur épaisseur ne dépasse pas 2 ,2 0 m .

Ces deux niveaux sont latéralement h o m o -gènes. Leur perméabilité est de l'ordrede 1.10-10 m / s

- Marnes supragypseuses comprenant :

au sommet, les Marnes de Pantin qui sontdes marnes calcaires blanches (fissuréespar dessication). Elles peuvent être lesiège d'une nappe. Leur perméabilitépeut atteindre 1, 10"° m / s . L'épaisseurmoyenne est de 3 m .

à la base, les Marnes d'Argenteuilconstituées de bancs successifs de marnebleue ou d'argile brune feuilletée et demarnes plus calcaires verdâtres compac-tes. Leur partie inférieure renfermedes bancs de gypse saccharoi'de impur(bancs de chiens). Dans la région pari-sienne, leur épaisseur moyenne est del'ordre de 10 m ; celle-ci atteint 15 à16 m i e long du tracé.

- Masses et Marnes du Gypse

Le "gypse Première masse" a une épais-seur moyenne de 1 5 m . Sa limite supé-rieure semble difficile à apprécier dansla région intéressée.La présence de cavités n'a pas été signa-lée. Il peut subsister cependant des cavi-tés de dissolution dans le "gypse Deuxiè-m e masse", dont la hauteur sous voûtepeut atteindre 5 mètres, (campagne desondages profonds pour l'ouvrage de fran-chissement de la R N 302 par la voie dedesserte de Fontenay-sous-Bois).' + '

2 . 2 - Hydrogéologie

Le tunnel du R . E . R . se situe entièrement dans les Marnesbleues d'Argenteuil, vers 25 à 30 m de profondeur.

Les seules venues d'eau probables proviendraient des Marnesblanches de Pantin et ne gêneront pas l'avancement des travaux. Lorsdes reconnaissances, elles sont apparues localement saturées, sansêtre le siège d'une nappe aquifère.continue.

Les Marnes d'Argenteuil sont quasi imperméables (de per-méabilité de l'ordre de 10-10 m / s ) . ;

2. 3 - Géotechnique

Les données physiques et mécaniques concernant les Marnesd'Argenteuil ont été communiquées par l'Entreprise F O U G E R O L L E Sd'après l'étude réalisée par S I M E C S O L pour la R . A . T . P .

2. 3. 1 - identification

Teneur en eau naturelle W o = 23 à 42 %toujours inférieure à W P

Limites d'Atterberg : W P = 24 à 43 %W L = 49 à 77 %IP = 24 à 53 %

Les Marnes d'Argenteuil sont plastiques à très plastiques,ce qui est défavorable pour l'évolution des engins.

(+) Bulletin des Laboratoires routiers. Spécial N (Hydraulique dessols) p. 133

_ 5 -

2.3.2 -

Essai oedométriquePression de gonflement 0, 5 barModule de compression verticale

E = 70 à 2 00 bar sous 1 à 2 barE = 1 00 à 220 bar sous 2 à 4 bar

Essai à la plaqueModule de déformation = 300 à 800 barModule d'élasticité = 2 000 bar(l'essai à la plaque intègre un volume de matériauplus important. Les bancs de Marnes d'Argenteuil

sont de dimensions décimétriques à centimétriques)

2. 3. 3 - Cisaillement

Comportement à court termeCompression simple Rc = 1, 5 à 7 barCisaillement rapide (boite de Cas agrande)

c = 1 , 8 bar4> = 1 0 °

Comportement à long terme(essai triaxial drainé)

c' = 1 bar(f ' = 2 5 °c résiduel = 0, 5 bar

Toutes ces valeurs caractérisent un matériau cohérentraide et compact.

- 6 -

3 - CONSIDERATIONS RELATIVES A LA STABILITE

Afin d'avoir un aperçu sur la stabilité du tunnel soutenu par le revê-tement immédiat (mis en oeuvre à l'ouverture de l'excavation), il est lé-gitime de raisonner avec les caractéristiques mécaniques obtenues paressais triaxiaux drainés, c'est-à-dire c = 1 bar, (Û - 25° (voir chapitre 2).La courbe intrinsèque (courbe l) correspondante est représentée sur lafigure 2. Cette courbe correspond à une résistance à la compression uni-axiale de l'ordre de 3 bar (valeur relativement pessimiste),alors que desrésistances à la compression comprises entre 1, 5 à 7 bar ont été mesurées(voir paragraphe 2. 3. 3). Le m ê m e angle de frottement associé à une résis-tance à la compression "moyenne" de l'ordre de 5 bar donne une cohésionde 1, 5 bar (courbe 2)

La contrainte triaxiale maximale susceptible d'intervenir dans leterrain au voisinage du piédroit revêtu est certainement majorée par lavaleur (J"v = 2 ^¿h. = 2 . 2 . 25 # 10bar(+). Dans l'hypothèse pessimiste(courbe 1 ) la stabilité nécessite une pression de confinement de l'ordrede 3 bar, tandis que la courbe 2 ne demande qu'un confinement de 2 bar.Ces valeurs de pression de confinement sont tout à fait conformes à cellesqui ont été mesurées au contact béton-terrain dans la plupart des tunnelsallemands et autrichiens construits dans des conditions géologiques ana-logues selon la nouvelle méthode autrichienne.

Il est bien précisé que ces quelques considérations ne constituentnullement une note de calcul mais seulement un simple examen quantita-tif de la situation.

(bar)

Fig. 2 - Etats de contrainte probables dans le terrain auvoisinage des piédroits

(+) La quantité )( h correspond au poids des terrains susjacents

- 7 -

4 - DEFINITION DES PROFILS-TYPES

4. 1 - Section courante

Le revêtement du tunnel en section courante comprendrales éléments suivants (voir annexe 2).

- 16 c m de béton projeté (épaisseur sur pointes)- 2 nappes de treillis soudé 0 5 m m à maille de 15 c m

(éventuellement maille rectangulaire(+))- des profils de cintres T H de 21 kg/ml , si nécessaire- 8 et 9 boulons d'ancrage, radiaux par profil (barres à

béton $ 25 m m , de longueur 3 à 4 m ) distants de 2 m(tous les 25e), les profils pairs et impairs sont enquinconce.

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

Il faut souligner que toute forme anguleuse est à déconseil-ler. Afin d'obtenir une répartition homogène des contraintes, lesangles seront arrondis, c o m m e l'indique l'annexe 2. Ainsi, la zonede transition entre les piédroits et le radier ne devra pas présenterde point anguleux.

4. 2 - Zones de tête

Pour le démarrage du chantier, donc dans les zones de têteà faible couverture, il est préconisé de prévoir l'incorporation decintres T H 21 k g / m boulonnés au terrain (à raison de 1 cintre parpasse d'excavation) dans le revêtement en béton projeté (voir an-nexe 2). Ces cintres seront abandonnés dès que les passes d'avan-cement pourront être supérieures à 2 m et que le comportement duterrain le permettra (en ayant c o m m e critère les amplitudes desdéplacements).

(+) Sous réserve d'avoir une section d'acier de l'ordre de 1,2 à1, 5 c m ^ / m de longueur dans les deux sens.

- 8 -

5 - TECHNIQUES D ' E X E C U T I O N

5. 1 - Phases d'exécution

La mise en place du revêtement en un point donné se feradans l'ordre suivant (voir annexe 2).

a) Excavation, ou plutôt mise à nu d'une paroi extérieure du tunnelsur une distance d prévue entre cintres ou entre profils de boulonsb) Projection de 3 c m de béton immédiatement après le passage del'engin excavateur, afin de ne pas laisser au terrain le temps de sedécomprimer et de s'altérer.c) Pose des armatures et boulonnage, c'est-à-dire fixation provi-soire du treillis soudé puis mise en place du cintre si nécessaire,auquel cas les boulons sont posés à travers les trous prévus dansles cintres'*'d) Projection de 1 0 c m de béton, cette couche devant noyer toutesles armatures, y compris les cintres. Dans ce dernier cas, le re-vêtement se présentera sous forme de petites voûtes entre les cin-tres. La projection se fera en plusieurs passes.e) Finition du revêtement comprenant la pose de la seconde nappede treillis et la projection d'une troisième couche de 3 c m de béton.Il est conseillé de mettre en place ce revêtement complémentaireavec un certain déphasage par rapport à l'excavation en un point.Cette phase de finition pourrait être confiée à une équipe indépen-dante, qui travaillera sans gêner les travaux d'excavation et derevêtement immédiat.

5. 2 - Excavation et marinage

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

a) II est r e c o m m a n d é de prévoir une excavation mécanique, à l'aided'une machine ponctuelle ou d'un marteau brise roche, par d e m i -section (voire cinquième de section) selon la technique dite "enescalier" (fig. 3a). Dans les terrains plastiques à forte pousséeil est impératif de fermer le plus rapidement possible (48 h à titreindicatif) l'anneau constituant le revêtement immédiat.

b) Pour la stabilité du front de taille, il peut être bon de laisser unnoyau de quelques mètres de hauteur au centre de l'excavation, cequi constitue un contrepoids stabilisateur non négligeable. Cetteprécaution est à prévoir dans les terrains difficiles.

c) II pourra, peut-être, être envisagé d'excaver le stross en lon-gues passes (par exemple au ripper) si le comportement du terrainle permet, c'est-à-dire si les déplacements dûs à l'ouverture de lacalotte se stabilisent rapidement sans obligation de fermer l'an-neau de béton (fig. 3 b). Une telle excavation, lorsqu'elle est pos -sible, est économique et permet de très hauts rendements.

(+) Lors de la mise en oeuvre du cintre au front de taille, ce dernierpourra être avantageusement positionné à l'aide de fers à béton (0 1 6 ou20 m m ) soudés horizontalement tous les deux mètres sur les cintres. Cesarmatures enrobées ensuite de béton projeté renforceront longitudinalementle revêtement du tunnel.

- 9 -

a) Excavation en terrains à forte expansion ( terrains difficiles)

Excavation en escalier àfaible largeur de marche

Plan deHravailde la machine

b) Excavation en terrains à faible expansion (terrains bons à moyens)

\ \ »o¿

\ ' \

Fig. 3 - Schémas des phases d'excavation selon le comportementtu terrain au front de taille

- 10 -

5. 3 - Béton projeté

L'annexe 3 donne des recommandations générales concer-nant la préparation et la mise en oeuvre du béton projeté. Etantdonné que le revêtement immédiat fera partie intégrante du revête-ment définitif mis en oeuvre à long terme, la projection du bétonpar voie sèche est recommandée.

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

Temps

48 h

28 jours

Moyenne

100 bar

280 bar

Min imum

80 bar

230 bar

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

Le dosage nécessaire en accélérateur de prise sera seule-ment de 3 à 4 % en poids de ciment. On pourra donc vraisemblable-ment atteindre la résistance voulue avec un dosage en ciment del'ordre de 300 à 330 kg par m ^ de mélange sec.

5. 4 - Cintres (prévus dans les zones d'entrée seulement)

Pour renforcer l'action du béton projeté, il est suggéréd'utiliser des cintres métalliques type T H 21 k g / m . Il n'est pasnécessaire que les cintres aient une inertie importante ; leur rôleen effet n'est pas de travailler en arc comprimé. Le béton projetéreporte les poussées locales sur les éléments de cintre qui trans-mettent ces efforts loin dans le massif par l'intermédiaire desboulons.

Il faudra donc :

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

- épingler les boulons à travers les cintres. Deux trous distantsde 2 m seront à prévoir dans chaque élément de cintre, sachantqu'un anneau complelFeera constitué par cinq éléments de cintresde 4 m chacun (sans compter le recouvrement). Le rayon decourbure intérieur des cintres sera égal au rayon intérieur du re-vêtement immédiat, augmenté de 3 c m , soit R¿ = 4, 73 m .

(+) II n'est pas prévu d'élément de cintre en radier, la fermeturede l'anneau en radier peut être cependant nécessaire si les déplacementsne se stabilisent pas dans le temps ou si des remontées de radier sontobservées.

- 11 -

5. 5 - Boulons d'ancrage

5. 5. 1 -

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

L'écrou et le filetage peuvent être remplacés par unesimple tête forgée qui retient la plaque. Dans ce cas, le bou-lon est enfoncé à fond après avoir enfilé la plaque sur la tige.La butée de la plaque peut être réalisée par deux morceaux defer à béton de 1 0 c m soudés sur les extrémités d'un diamètrede la tête du boulon (fig. 4a). Des boulons à nervures faisantoffice de filetage peuvent également être avantageusement en-visagés (fig. 4b).

5. 5. 2 -

Il est souhaitable de mettre en place les boulons leplus vite possible après l'excavation. Pour le scellementdes boulons, un mortier de ciment prompt est recommandéavec le dosage suivant :

Ciment 1 )Sable fin 1 ) en poidsE a u 0, 35 )

II est préconisé d'utiliser un sable très fin, afin quele mortier puisse être injecté facilement.

La technique la plus c o m m o d e consiste à remplir letrou d'ancrage grâce à une "marmite autrichienne"^ ' quin'est autre qu'une cuve à air comprimé (5 bar) avec un cou-vercle étanche pour l'approvisionner périodiquement enmortier (fig. 5). U n tube flexible (0 1 pouce) est enfoncéd'abord en fond de trou. L'air comprimé est alors ouvertdans la marmite ; une certaine résistance est à opposer àla sortie du tube, de manière à obtenir un remplissage par-fait des vides naturels du terrain (fissures et pores). Dansun trou vertical le mortier doit être assez visqueux pour"tenir" si possible sans bouchon. Le boulon est ensuite enfoncérapidement jusqu'au fond du trou, afin d'injecter le terrain dufait de la poussée. E n fin d'opération, le mortier doit être sur-abondant et sortir par l'espace annulaire entre le boulon et leterrain.

A titre indicatif, il est précisé qu'une équipe de cinqouvriers bien entraînés pose un boulon en deux minutes (noncompris le temps de foration).

(+) Par exemple machine à injecter le mortier construite par lesEts Kremlin, 1 50 Avenue de Stalingrad - 93240 STAINSTél. 243. 67. 68

- 12 -

a) Barre avec tête réalisée par soudure

A . • . . K JUZ*25 m m

ACoupe AA

L = 3 - 4 m Soudures

b) Barre avec nervures servant de filetage

Ecrou spécial

Fig. 4 - Boulons d'ancrage préconisés pour l'exécution dutunnel du R . E . R . à Fontenay-sous-Bois

- 13 -

0^30-40 m m

Béton projeté! /

1 - Foration du trou

Mortier ̂ .plastique

Rondelle •caoutchouc

T u b e ' P V C

.':.:'..'• -.'.)

Flexibl1?

• : . • • . « .

P o m p e à injectionde mortier

2 - Miss en place du mortier

* :.: v

jV3 - Bnior'icèment du boulcn

b

4 - Sorrejo c!o l'écrou(aprï:c pri^e du mortier)

FJ3. 5 - Mico en ocuvx'c de boulons à ancrage réparti r.vecscellement au îr.orticr injecté

- 14 -

5. 5. 3 -

II est très important de contrôler l'efficacité duboulonnage par des essais de traction. On utilise à ceteffet un vérin creux permettant de tirer sur l'extrémitéfiletée du boulon. La force correspondant soit à l'arra-chement par déchaussement de l'ancrage (boulon + m o r -tier), soit au glissement du boulon dans sa gaine, soit àl'enfoncement de la plaque d'appui dans le massif, soitenfin à la rupture de la tige elle-même, constitue un pa-ramètre caractérisant la qualité du boulonnage.

Dans le cadre du creusement du tunnel du R . E . R .lot 3, ligne de Marne la Vallée, cinq essais au moins pourchaque composition de mortier ou technique utilisée sontà prévoir. Le test de qualité sera d'obtenir dans 80 %des cas une résistance de :

8 tonnes à 12 heures16 tonnes à 8 jours

'i - 1 5 -

6 - CONTROLE ET AUSCULTATION

6. 1 - Position du problème

Le contrôle du comportement d'un ouvrage souterrain ou"auscultation", est une opération qui fait partie intégrante de lanouvelle méthode autrichienne. Il comprend des mesures et obser-vations destinées à analyser non seulement les comportements m é -canique et hydraulique du massif, mais également l'influence desphases d'excavation et l'efficacité du revêtement mis en oeuvre.

L'objectif prioritaire de l'auscultation est de décelertout déplacement qui puisse aboutir à un accident, mais aussi d'adap-ter le plus exactement possible le soutènement de l'excavation auxconditions de terrain rencontrées. L'entreprise peut donc en atten-dre une sécurité accrue et éventuellement des économies importan-tes dans les quantités mises en oeuvre. Les résultats du contrôlepermettent dans certains cas de faire des réductions notables durevêtement.

6 . 2 - Les moyens d'auscultation

II convient de mettre en oeuvre un certain nombre de dispo-sitifs pourvus d'une sensibilité suffisante, notamment de l'ordre de0, 1 m m pour les mesures de déplacements. Différentes techniquesd'auscultation sont à distinguer, à savoir :

- Les mesures de déplacements

. mesures de déplacements absolus - en général par procé-dés optiques (topographie)

. mesures de déplacements relatifs - le plus souvent parvoie mécanique - ; elles comprennent entre autres l'ex-tensométrie (mesure de la variation de distance entredeux points) et les mesures de convergence.

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

- Les mesures de contraintes

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

!- 16 -

6. 2. 1 - Méthodes topographiques

La pose de repères topographiques permet de connaîtreles tassements, voire les déplacements horizontaux, au furet à mesure de l'avancement des travaux, dans une zone ensurface au droit du tracé du tunnel. Le nivellement et latriangulation classiques peuvent être utilisés. Des repèresfixes doivent être matérialisés à proximité de l'ouvrage, horsde la zone d'influence.

6. 2. 2 -_Extenso_m^tr£s_e_n_pondage

Les extensomètres permettent de mesurer les dépla-cements relatifs d'un ou plusieurs points d'un sondage. Lesappareils (type I N T E R F E L S ) comprennent une ou plusieurstiges rigides scellées au fond du trou et en différents pointsdu sondage et guidées jusqu'en surface. L'observateur m e -sure, à l'aide d'un comparateur, les déplacements longitudi-naux de l'extrémité de chaque tige sur une table de lecturescellée en tête de sondage. Il est donc possible d'évalueravec une précision de 0, 1 m m le déplacement relatif entrechaque point d'ancrage et la tête du sondage. Un contrôletopographique de la tête du sondage permet de déterminerles déplacements absolus de chaque point en profondeur.

Des extensomètres simples (fig. 6), à une seule tige,constituent l'appareillage le moins élaboré, mais un m ê m esondage peut recevoir jusqu'à six tiges. La mise en placed'extensomètres multiples permet de cerner la zone d'in-fluence des travaux.

6. 2 . 3 - P£ofils__de_

Les mesures de déplacement au droit du tunnel sontcomplétées par le contrôle du rapprochement de plots scellésdans le revêtement immédiat de l'excavation. Les mesurespeuvent se faire rapidement derrière le bétonnage puisquele scellement d'un plot ne nécessite que la foration djuntrou de 30 c m . Les règles de convergence généralementutilisées (ruban d'invar tendu) autorisent une précision demesure de 0, 1 m m .

6.2 .4 - Çellule_s_de_me_sure_ _de_£ontra_inte_

Disposées au contact revêtement-terrain ou dans lerevêtement lui-même, les cellules de mesure de contraintespermettent de mesurer les poussées transmises par le m a s -sif au revêtement (contraintes normales) et l'état de contrain-te dans le revêtement lui-même (contraintes tangentielles),c o m m e le montrent les schémas des figures 7 et 3 Lecorps de ces capteurs de contrainte, de type G L Ö T Z L , estconstitué d'un vérin plat rempli de mercure. Ce fluide trans-met la pression exercée sur le vérin à l'une des faces d'une

- 17 -

Tête encastrée

solidaire du terrain

Comparateur

\- 4

\

\4

\k

\

\

V\

\

Barre ancrée

Ancrage

Fig. 6 - Schéma montrant le fonctionnement d'un extensomètre simple

- 18 -

Cellule pourcontrainte normale

Galette de mortie:

Revêtement

Cellule à tube de compensationpour la contrainte tangentielle

Fig. 7 - Disposition des cellules de contrainte pour chaque point demesure

Vérin plat

Conduit deraccordement

Soupape

Tube decompensation

Conduite de pression;.

Conduite de retour

Fig. 8 - Cellule de mesure de contraintes noyée dans le béton(type Glötzl)

- 19 -

membrane , dont l'autre face reçoit une pression d'huileextérieure développée à l'aide d'une pompe. La membranejoue le rôle d'une soupape dont l'ouverture comcide avecl'apparition d'une pression extérieure supérieure à celledu vérin plat. La valeur de la contrainte sur le vérin platdécoule immédiatement de la connaissance de cette pres-sion extérieure. U n tube de compensation permet, parson écrasement, de rétablir le contact vérin plat - revête-ment après le retrait qui accompagne la prise du béton(fig.8 ) .

- 20 -

6. 3 - Auscultation préconisée pour la ligne de Marne-la-Vallée - Lot 3

6. 3. 1 - Aus_cultation_de_surfaçe_^ ' (voir annexe 4)

Pour l'auscultation de surface du lot 3 du R . E . R . ,trois profils de mesure sont préconisés, respectivement auxP K suivants : P K 1675, 2030, 2195. Chaque profil compren-dra au moins cinq points de mesure.

Des repères topographiques seront fixés au droit dutracé du tunnel. Chaque repère sera rattaché à plusieurspoints situés à au moins 40 m de part et d'autre du tracé dutunnel.

Le dispositif topographique serait complété par l'ins-tallation d'extensomètres verticaux avec un point d'ancragesitué à 1 m au-dessus de l'extrados. Il conviendrait de pré-voir les éléments suivants :

Profil P K 1675 : 1 extensomètre simple de 11 mProfil P K 2030 : 1 extensomètre triple : ancrages à 10 m ,

17 m et 22 mou : 1 extensomètre double : ancrages à 11 m

et 22 mProfil P K 2195 : 1 extensomètre simple de 20 m

6. 3. 2 - Aus_culta_tiqii_dans__le_tunnel (voir annexe 4)

Le contrôle dans le tunnel prévoit le dispositif suivant :

Extensomètre s au voisinage du profil 2, P K 203 0

2 extensomètres simples installés en clé de voûte avec pointsd'ancrage l'un à 6 m , l'autre à 2, 50 m

Profil de convergence pour les trois profils de mesure 1,2 et 3

U n profil de sept points de mesure suivant un plan vertical.O n peut également prévoir deux autres profils de convergencede cinq points de mesure chacun entre les trois profils définis.

Capteurs de pression pour le profil 2 seulement

Pour avoir une information suffisamment précise, le profilP K 2030 serait équipé de sept points de mesure dans un planvertical comprenant chacun deux cellules Glbtzl (fig. 7 et 8)

- l'une au contact terrain-béton, tange ntie Ile ment à la paroidu tunnel (type F 15. 25 Q F 50) pour évaluer les contraintesradiales exercées par le massif sur le revêtement ;

- l'autre noyée dans le revêtement dans un plan méridien(type B 10. 20 Q M 200 à tube compensateur N 10) pour m e -surer les contraintes tangentielles dans le revêtement.

(+) L'auscultation de surface présente le gros avantage de pouvoirêtre mise en place avant le démarrage des travaux et ainsi de fixerl'état initial et de donner l'intégralité des "lignes d'influence" du creu-sement du tunnel. Les lectures initiales sont donc extrêmement i m -portantes.

- 21 -

Estimation du coût de l'auscultation du tunnel

1 - Appareillage

a )

1 extensomètre triple 66 04 extensomètre s simples à tête

encastrée : 270 x 4 = 1. 080 D M

tiges d'extension :100 m à. 15 D M 1. 500 D M

emballage du matériel 12 0 D M

3. 3 6 O D M x l , 9 O ( + ; 6.380 FT . V . A . 20 % 1.275 F

Boulons de convergence :31 à 16, 70 D M 517,70 D M

Calottes de protection31 à 1,80 D M 55, 80 D M

573, 50 D M x 1, 90 1.090 FT . V . A . 20 % 218 F

: ) .Cellules, jGlotzl_

Cellules F 15 25 Q F 50 pourcontact béton-terrain

7 à 345 D M .2.415 D M

Cellules B 10/20 Q M 200 avectube de compensation pourbéton 7 à 360 D M 2. 520 D M

Répartiteur de pression

14 points 800 D M

Pompe manuelle 620 D M

Manomètre de 160 m m160 ou 250 bar 1 08 D M

6.463 D M x 1, 90 12.280 FT. V . A . 2 0 % 2.455 F

Matériel, total T . T . C . 23. 698 F

arrondi à 23. 700 F .

(transport en sus, environ 400 F . )

(+) Cours du D M (Deutsche Mark) fin septembre 1973

- 22 -

report 23. 700 F

2 - Mise à disposition du personnel

a) In£tal_lation_des_ap£areil¿

La journée de technicien supérieur 590 F .Prévoir :extensomètres de surface 4 j

Profil P K 167S :extensomètres et profil de convergence 2 j

Profil P K 2030 (rue de Neuilly)extensomètres et profils de convergence 2 jcellules Glötzl 2 j

Profil P K 2195extensomètres et profils de convergence 2 j

soit 12 jx 590 = 7. 080 , 00 F

Déplacement du personnel

Premier voyage : installation desextensomètres de surface.Trajet Orléans Fontenay-sous-Boisen véhiculePrévoir 2 50 k m à 0, 38 F le k m 95, 00 F

1/2 j de technicien à 590 F 297, 50 F

Voyages suivants :Pour chaque profil de mesurePrévoir 250 k m à 0, 38 F le k m

1/2 j . de technicien à 590soit pour les trois profils :

750 k m à 0,38 F 285,00 F1 j 1/2 à 590 F 887, 50 F

b) Locatiç>n_ du_ ma.té_riej.

Location d'un appareil pour mesures de convergenceHors taxes : 300 F par mois - pour 6 mois 1. 8;00, 00 F

Location d'un appareil manuel de lecture pourextensomètresHors taxes : 5 0 F par mois - pour 6 mois 300, 00 F

c ) _Me_surej_s_ur_ - I _ _ p _ ¿ j i

La série de mesures sur tous les appareils(extensomètres, convergences, cellules Glötzl)dépouillement des résultats, tracés des courbesreprésentatives des variations de mouvements

1 journée de technicien à 590 F. / jPrévoir au moins f5 séries de mesures, " *~~ ' ~c'est-à-dire 1 5 j . de technicien 8.850,00 F(non comptés les frais de déplacement)

TOTAL GENERAL 43. 295, 00 F

(+) Les mesures topographiques ne sont pas prises en considération ;elles pourront être exécutées par les soins de l'entreprise.

- 23 -

7 - C O N C L U S I O N S

Les conditions géologiques, hydrogéologiques et géotechniques audroit du futur tunnel du métro express régional, ligne Marne-la-Vallée,lot 3, sont particulièrement favorables pour l'exécution de l'ouvrage dansl'esprit de la nouvelle méthode autrichienne. Cette méthode particulière-ment rationnelle, assure une grande sécurité et permet surtout de limiterau m a x i m u m les désordres en surface (tels que tassements, etc. )

L'ouvrage traversera, sur la quasi totalité de sa profondeur, lesmarnes bleues d'Argenteuil. Ce matériau tendre, mais ayant une bonnecohésion et un angle de frottement suffisant, s'excavera mécaniquementsans difficulté et présentera une tenue permettant un rendement particu-lièrement bon de la méthode.

Le revêtement immédiat de béton projeté armé (par du treillis soudéet des cintres, si nécessaire) et surtout boulonné au terrain, permet uneréduction de l'épaisseur du revêtement définitif en béton coffré. Une épais-seur de 25 à 30 c m de béton coffré suffit amplement.

Le revêtement définitif sera mis en oeuvre à long terme en sectiontotale après stabilisation des déplacements ; un jeu de 5 à 1 0 c m est prévudans ce projet pour tenir compte des déformations intervenant entre lesdeux phases de revêtement (immédiat et à long terme). Les déplacementsseront d'autant plus limités que la fermeture de l'anneau (voûte - piédroitsradier) sera rapide. Le laps de temps admissible entre le revêtement i m -médiat de la calotte et des piédroits-radier, sera déterminé lors de l'exé-cution au vu des premiers résultats relatifs aux mesures de déplacements(profils de mesures 1 et 3)

Les drains de contact béton-terrain (demi-tubes P V C disposés verti-calement à la paroi du tunnel, tous les mètres) seront à prévoir dans leszones aquifères.

A u stade de l'exécution, une étude complémentaire s'imposera envue d'affiner le projet en analysant d'une manière plus poussée la stabilitéde l'ouvrage.

Un large programme de contrôle et d'auscultation a été prévu afind'avoir de grandes garanties concernant la sécurité, tant lors de l'exé-cution des travaux que pendant l'exploitation de l'ouvrage. Ces résultatsdes mesures permettront d'envisager à l'avancement une éventuelle réduc-tion des moyens de soutènement et du revêtement si les déplacements res-tent réduits. Cette contrainte relative à l'auscultation, que le constructeurdoit s'imposer, trouve une compensation inestimable dans les garantiesoffertes et l'économie qu'elle peut permettre de faire sur l'ouvrage.

A . F . T . E . S .

GROUPE DE TRAVAIL N° 6

BETON PROJETE

ANNEXE 3

Orléans le 1er août 1973

PROJET DE RECOMMANDATIONS

SUR LA MISE EN OEUVRE DU BETON PROJETE

DANS LES TRAVAUX SOUTERRAINS

version n° 5 du 14-6-1973

Projet présenté par C . LOUIS (animateur du groupe de travail)avec la collaboration de

M . M .

ANDRIEU (E.D. F.)A U R R A N (Entr. Nicoletti)B A U D U (O. P. P. B. T. P. )BONNAIRE (Entr.Darras et Jouanin)CARPENTIER (S. N . C. F. )C O L L A (Entr. Moinon)C O M B E (COB)DIERNAT(E.D. F.)D U C O R N O Y (R. A . T. P. )D U F F A U T (E.D. F.)D U V A U L T (Entr. Quillery)

FINDE LING (Entr. Sotrabas)GESTA (Entr.Billiard)KERISEL (Simecsol)L A C H A U D (Entr.Borie)

L E G R A N D (C. E . T. U . )LES T R A T (S. G . E . )L'HOSTIS (Entr. Torkret)L O N G E LIN (Entr. Dumesny-Chapelle)M A L C O R (P et C)M A R I N (E.D. F . )PLISKIN (Entr. Sainrapt et Brice)P R E V O S T A T (Entr. Intrafor-Cofor)RESCOUSSIER ( SIMECSOL)RESSE (Entr. Torkret)SAILLE T (Entr. Vicat)T R U F A N D I E R (S. N . C . F. )VAN D E N B O G A E R T (S. N . C. F. )VINCENT (Somica-Métro)

S O M M A I R E

AVANT-PROPOS

Première partie : RECOMMANDATIONS RELATIVES A LA

TECHNOLOGIE ET A LA MISE EN OEUVRE DU BETON PROJETE

1 - POSITION DU PROBLEME 1

2 - DEFINITIONS 1

3 - LES CONSTITUANTS 23. 1 - Les granulats3. 2 - Les ciments3. 3 - L'eau3. 4 - Les adjuvants

4 - PRESCRIPTIONS S U R L E B E T O N FRAIS 34. 1 - Composition4. 2 - Consistance

5 - MISE EN OEUVRE DU BETON PROJETE 45. 1 - Préparation de la paroi à traiter5. 2 - Drainage des eaux à la paroi à traiter5. 3 - Armatures5. 4 - Malaxage, refoulement5. 5 - Projection5. 6 - Conditions de surface5. 7 - Utilisation de produits de cure5. 8 - Projection par temps froid5. 9 - Boulonnage

6 - CONTROLE ET MISE EN EVIDENCE DE LA QUALITEDU BETON PROJETE 7

6. 1 - Contrôle des constituants et de l'installation6. 2 - Prélèvement d'échantillons6. 3 - Fréquence des prélèvements6. 4 - Essais sur échantillons au laboratoire6. 5 - Essais en place ;6. 6 - Essais d'adhérence

Ce document a été établi essentiellement à partir :

- du projet de normes allemandes de "béton projeté"(Deutsches Beton Verein 18 avril 1972)

- des documents E D F préparés dans le cadre de ce groupe detravail (notes E D F R E H Alpes Nord du 28-9-1972)

- des communications présentées au Colloque sur le Bétonprojeté de Stuttgart les 2 et 3 novembre 1972

- de l'expérience allemande de béton projeté

AVANT-PROPOS

Ce projet de recommandations concerne la mise en oeuvredu béton projeté utilisé c o m m e soutènement, ou en lieu et place de sou-tènement, et c o m m e revêtement pour la construction d'ouvrages souter-rains, quelle que soit leur nature.

L'utilisation du béton projeté est envisagée dans l'espritde la "nouvelle méthode autrichienne de construction de tunnels" ou desméthodes similaires. Dans l'application de ces méthodes, c'est en règlegénérale.le béton projeté qui est mis en oeuvre et non pas du mortier pro-jeté ou gunite (voir les définitions du prochain paragraphe). Cette restric-tion s'explique uniquement pour des questions de résistances mécaniques.Dans le cas-de mortier projeté, ces dernières sont généralement insuffi-santes.

La mise en oeuvre du béton projeté en travaux en souter-rain intervient essentiellement dans deux cas bien distincts, à savoir :

••• - - - - c o m m e moyen de soutènement, seul ou associé à d'autres, •avec une mise en oeuvre immédiate après l'excavation aufront de taille. La mise en oeuvre du béton projeté a lieusur le terrain. Il constitue essentiellement une "peau deconfinement", souple et continue.

- c o m m e revêtement lorsque la mise en oeuvre du béton pro-jeté a lieu dans une phase ultérieure à l'excavation au frontde taille. Le délai entre l'excavation et la mise en placedu béton projeté est alors arbitraire. La projection du bé-ton intervient sur un soutènement provisoire quelconque ousur le terrain lui-même, lorsque ce dernier est stable sansagent de soutènement.

La mise en oeuvre de la nouvelle méthode autrichienne ou deméthodes similaires sous-entend la maîtrise de la technologie du béton pro-jeté. C'est la raison pour laquelle le présent projet de recommandationsportera d'abord sur la technologie et la mise en oeuvre du béton projeté(puisqu'il n'existe actuellement en France aucune recommandation dans cedomaine) ; cette première partie étant suivie de prescriptions liées à l'ap-plication de la nouvelle méthode autrichienne ou méthodes similaires.

PREMIERE PARTIE

RECOMMANDATIONS RELATIVES A LA TECHNOLOGIE

ET A LA MISE EN OEUVRE DU BETON PROJETE

1 - POSITION DU PROBLEME

Les recommandations formulées ci-après l'ont été dans l'op-tique d'une utilisation de béton projeté en travaux souterrains. Moyennantcertaines rectifications ou adaptations, ces recommandations pourrontcependant être suivies pour toute autre utilisation du béton projeté, notam-ment pour les travaux en surface.

2 - DEFINITIONS

Le béton projeté (Spritzbeton, Shotcrete) est un béton mis enoeuvre par refoulement dans une conduite et projeté sur une paroi par unjet d'air comprimé.

Le mortier projeté, souvent désigné par le therme "gunite"(Spritzmortel, gunite) est un matériau projeté dans lequel les granulatsont une dimension inférieure à 3, 2 5 m m (Module A F N O R 35). Cette défi-nition est donnée essentiellement pour la distinguer de la précédente ; dansla suite, il ne sera question que de béton projeté.

Il existe actuellement deux grandes techniques de projection

- par voie sèche

- par voie mouillée

c o m m e le schématise la figure 1. La distinction s'établit à partir de laposition de l'introduction de l'eau de gâchage du béton dans le circuit demise en oeuvre du béton projeté.

Dans la projection du béton interviennent :

- la machine à projeter (machine à refoulement pneumatiqueou pompe à béton)

- la conduite d'amenée du mélange sec ou mouillé

- la lance, qui est le dispositif situé en bout de la conduited'amenée du mélange. Sur la lance sont reliés les tuyaux

d'approvisionnement :

Air comprime Jons //of ./'a,,.

liquid»l

I I //77777/Z//,a) - PROJECTION PAR VOIE SECHE

J/'r comprimé

b) PROJECTION PAR VOIE MOUILLEE A FLUX DILUE

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c) PROJECTION PAR VOIE MOUILLEE A FLUX DENSE

Fig. 1 - DIFFERENTES TECHNIQUES DE PROJECTION DE BETON

- 2 -

. en eau et éventuellement adjuvants liquides, pour laprojection par voie sèche

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

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

Dans la projection par voie sèche, l'air comprimé est intro-duit à la machine et propulse le mélange sec (granulats, ciment et éven-tuellement adjuvants en poudre) par la conduite d'amenée vers la lanceoù l'eau et éventuellement des adjuvants liquides sont introduits.

Dans la projection par voie mouillée, la machine propulsele mélange (granulats, ciment, eau sans accélérateur de prise) préala-blement gâché selon les procédés traditionnels.

La propulsion du mélange mouillé est réalisée :

- soit dans un jet d'air comprimé (dans la conduite). Le m é -lange est alors en suspension dans le flot d'air (le flux est"dilué") ;

- soit par l'action d'une pompe à béton, la conduite ne véhiculealors pas d'air (le flux est dense).

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

3 - LES CONSTITUANTS

3. 1 - Les granulats

Les granulats doivent être conformes aux normes A F N O RN F . P 18-301 et 304. Leur teneur en eau à la machine à projeterdoit être homogène et rester faible, mais non nulle, pour la pro-jection par voie sèche.

Le rendement de la projection du béton, défini c o m m e étantle rapport en volume du béton en place et du béton préparé, et sarésistance après durcissement sont liés entre autres à la granulo-métrie des granulats.

Le rendement, en particulier, sera d'autant plus élevé que lagranulométrie sera plus continue. La figure 2a donne, à titre indi-catif, deux exemples de fuseaux granulométriques satisfaisants pourla projection par voie sèche ou mouillée. L a tolérance admissibleautour de la courbe granulométrique optimale fixée par le maftred'oeuvre suite à des essais préalables sera de plus ou moins 5 % .

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mMODULES

Fig. .2a - FUSEAUX G R A N U L O M E TRIQUES O P T I M A U X P O U R L A PROJECTION D U B E T O N .C O M P T E T E N U D E L 'EXPERIENCE A C T U E L L E (1972)

(granulats seuls)

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H Y P O T H E S E S

Application de la méthode FauryCiment 300 à 400 k g / m 3

Granulats $ 0 à 16 m méléments < 0, 1 : 1 7 à 22 % (ciment et

fine s )sable < 3, 15 : 45 à 55 %

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MODULES

Fig. 2b - FUSEAU G R A N U L O M E TRIQUE OPTIMAL POUR LE BETON PROJETEPAR VOIE SECHE (mélange granulats et ciment)

- 3 -

3. 2 - Les ciments

Les ciments employés doivent être conformes aux normes envigueur en juin 1973 (notamment les normes A F N O R N F P 15 - 101,102 - 300, 302 à 313, 350) ; si ce n'est pas le cas, une étude préa-lable est à prévoir.

L'utilisation de mélanges est possible, après études spéciales.

Des prescriptions spéciales peuvent intervenir selon le typeet l'usage de l'ouvrage et selon la nature des eaux pouvant êtrerencontrées. La percolation de l'eau à travers le revêtement peutaugmenter l'aggressivité.

3. 3 - L'eau

L'eau de mouillage doit être conforme à la norme A F N O RN F P 18-303.

3. 4 - Les adjuvants

3. 4. 1 - Les accélérateurs de prise

Les accélérateurs de prise devront être l'objet d'uncontrôle poussé. Pour ce contrôle, quelques remarques s'im-posent, notamment concernant les points critiques suivants :

- les accélérateurs de prise devront être compatibles avec leciment utilisé ;

- leur influence sur les caractéristiques mécaniques du bétondevra être connue et acceptée par le maître d'oeuvre, uneétude préalable de cette influence sera nécessaire dans cha-que cas particulier ;

- les accélérateurs de prise devront, de plus, satisfaire auxnormes de sécurité du travail et ne pas corroder les a rma-tures.

3. 4. 2 -

Les autres adjuvants du béton projeté seront soumis auxm ê m e s règles que celles relatives aux accélérateurs de prise(paragraphe 3.4. l) ; ils seront de plus compatibles avec cesderniers.

4 - PRESCRIPTIONS SUR L E B E T O N FRAIS

4. 1 - Composition

Le dosage initial des composants du béton à projeter doit êtredéterminé en tenant compte du fait que le béton projeté en place auraun dosage final différent du dosage initial en raison des retombées.

- 4 -

Ces retombées affectent essentiellement le pourcentage de gros élé-ments. Il en résulte une augmentation du dosage en ciment de l'or-dre de 1 0 à 20 % au cours de la projection et un transfert vers lesgranulats fins de 10 à 20 % également (valeur relative aux tamisats)sur la courbe granulométrique du béton en place. Ces remarquesconcernent essentiellement le béton projeté par voie sèche.(pour desgranulats de 0 ^ . 12 m m ) .

Le dosage initial en ciment sera supérieur à 275 k g / m ^ (valeurindicative) avec un pourcentage d'éléments fins ( < 0, 01 m m ) supé-rieur ou égal à 1 7 % en poids du mélange (pour un mélange contenant5 % d'éléments fins inertes, cette dernière règle donne un dosage enplace d'au moins 300 kg/m3)(+). Dans chaque cas concret, le dosagesera accepté par le maftre d'oeuvre, compte tenu de la granulométriedes granulats et de la technique adoptée.

Une constance dans la composition du béton projeté (surtout dela teneur en eau dans la projection par voie sèche) devra être respec-tée.

4 . 2 - Consistance

Lors de la projection par voie sèche, la consistance du bétonest difficilement contrôlable en raison m ê m e du procédé de mise enoeuvre. Par voie mouillée, la consistance du béton dépend du m o d ede refoulement, selon que le flux est dilué ou dense (fig. 1).

La consistance peut être contrôlée par mesure de l'affaissementau cone d 'Abrams, , à condition de ne pas employer d'accélérateur

de prise.

5 - MISE EN OEUVRE DU BETON PROJETE

5. 1 - Préparation de la paroi à traiter.

D'une manière générale, il est recommandé de traiter la paroidans les plus brefs délais après sa mise à nu (à la suite d'une excava-tion ou d'un déroctage).

L a préparation de la paroi consiste généralement en une actionmécanique à la paroi, de manière à nettoyer, décaper ou purger cettedernière avant la projection. Cette action mécanique est obtenue parl'intermédiaire d'un outil ou d'un jet de fluides ou de particules solides.

(+) Un fuseau granulométrique optimal de mélange granulats-cimentpour projection par voie sèche est donné à titre indicatif en figure 2 b.

- 5 -

Certains terrains de faible tenue ne supportent aucun.traite-ment de préparation de la paroi. C'est surtout le manque de cohé-sion du matériau qui interdit toute intervention. Dans de tels cas,il est préférable de projeter le béton directement sur la paroi"brute d'excavation" plutôt que de risquer le développement de horsprofils importants lors d'un traitement de surface. Dans les trèsmauvais terrains (manque de cohésion, fracturation intense, venuesd'eau, . . . ) il peut être nécessaire d'étudier une composition spécialedu béton projeté pour la couche primaire dite "couche de sécurité".

Lorsqu'une bonne adhérence du béton projeté est Imperativedans le processus de soutènement (cas de projection sur une paroirocheuse ou sur une sous-couche de béton projeté), il importe denettoyer la paroi de tout ce qui la souille : poussières, partiesaltérées, friables ou instables. Cette préparation de la paroi peutêtre effectuée au moyen d'un jet d'air comprimé ou d'eau sous pres-sion, ouencoEe par sablage, grattage, déroctage, ou tout autre pro-cédé mécanique adéquat. Les surfaces à traiter, constituées de bé-ton ou de maçonneries, doivent être nettoyées si possible par sablage.

Dans certains cas critiques, des essais d'adhérence du bétonprojeté sur le terrain sont à prévoir avant l'établissement du projetd'exécution. Ce point sera abordé dans le paragraphe 6. 6.

L'hygiène et la sécurité du travail réglementent la pratique dusablage, (se référer à la circulaire ministérielle T . E . 7. 72 du 28mars 1972).

Si la surface à traiter est sèche, il est recommandé de la mouil-ler suffisamment pour qu'elle n'absorbe pas l'eau du béton fraîche-ment projeté.

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

II est nécessaire de détourner par drains forés ou par canali-sations superficielles, toutes les venues d'eau. Il est impératif deprendre des dispositions pour que tout développement de sous-pres-sions d'eau sur la surface nouvellement traitée soit évité avant ledurcissement du béton projeté.

5. 3 - Armatures

II est possible d'armer légèrement le béton projeté lorsque sonépaisseur dépasse 7 c m . E n règle générale, il est préférable d'uti-liser des fers à béton de petit diamètre (3 m m étant un m i n i m u m ) . Ladistance entre deux barres parallèles devra être supérieure ou égaleà 10 c m , quelle que soit la nature des armatures (fers à béton, treil-lis soudé, cintres, etc. ). Le grillage torsadé et le métal déployésont déconseillés.

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L'enrobage de toute pièce métallique devra avoir une épaisseurd'au moins 2 c m .

La fixation des panneaux de treillis soudé ou de fers à bétonest nécessaire afin d'éviter tout mouvement de ces derniers pendantla projection. Ces mouvements contribueraient à accroître le pour-centage de retombées lors de la projection. Il est souhaitable queles panneaux d'armatures soient fixés rigidement sur une premièrecouche de béton projeté d'au moins 2 c m d'épaisseur. Dans tous lescas, plusieurs points ds fixation sont à prévoir par mètre carré, surla paroi du terrain ou sur une sous-couche de béton projeté. Ladistance entre une nappe d'armatures et la paroi sur laquelle la pro-jection s'applique devra être comprise entre 2 et 7 c m .

. Après la projection, tout mouvement ou déplacement des arma-tures est à proscrire, il conduirait à de graves défectuosités de lacouche projetée.

5.4 - Malaxage, refoulement

Le malaxage et le refoulement constituent essentiellement unproblème technologique ; ils dépendent de la machine de projectionutilisée (voir paragraphe 2). Le type de machine utilisé sera sou-mis à l'agrément du maftre d'oeuvre.

5.5 - Projection

Dans la mesure du possible, il est recommandé de tenir la lancede projection perpendiculairement à la surface à traiter et de s'ef-forcer d'obtenir, avec peu de pertes par rebond, un enrobage régulier,

• avec une couche bien compactée et d'épaisseur correcte. La projec-tion verticale vers le bas est délicate. Les pertes sont inexistantes,mais les granuláis non enrobés et les rebonds sont alors mélangésau béton.

La distance entre la lance et la surface à traiter se règle d'aprèsla vitesse de sortie du produit à projeter. Cette vitesse dépend dela pression de refoulement et de la longueur de la conduite. E n gé-néral, la distance lance - surface à traiter doit rester dans les limi-tes de 0, 50 - 1, 50 m .

Le nombre des passes en vue d'obtenir une épaisseur donnée debéton projeté sera le plus faible possible pour une teneur donnée enaccélérateur et une technique de projection donnée.

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

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5. 6 - Conditions de surface

La surface projetée sera laissée brute de projection, sans laremanier, pour éviter de détruire sa structure et d'altérer ainsi saqualité. S'il est exigé que cette surface ait un autre aspect, on latraitera avec du mortier projeté (sans accélérateur) au cours d'uneautre phase de travail.

5. 7 - Utilisation de produits de cure

Dans certaines circonstances particulières, des produits de curedevront être utilisés pour protéger le béton projeté. Les modalitésd'application de ces produits seront conformes à celles en vigueurpour le béton classique.

5. 8 - Projection par temps froid

Certains ciments conduisent à un béton projeté sensible à destempératures inférieures à 5°C. De plus, on ne doit pas projeterde béton sur une surface recouverte de glace. Dans de telles cir-constances, des études spéciales s'imposent.

5. 9 - Boulonnage

Le problème du boulonnage sera abordé dans la deuxième partie,il ne concerne pas la technologie du béton projeté, mais plutôt la miseen oeuvre de la nouvelle méthode autrichienne.

6 - CONTROLE ET MISE EN EVIDENCE DE LA QUALITE DUBETON PROJETE

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

Avant de commencer la projection, on doit, en règle générale,effectuer des tests de qualité avec les constituants du béton et lesinstallations de malaxage et de refoulement, dans les conditions m ê -m e s de la mise en oeuvre. La technique de projection du béton(composition, matériel, etc. . ) sera adaptée à la nature du support(détermination du béton de convenance).

6. 2 - Prélèvement d'échantillons (fig. 3)

II est recommandé d'utiliser des boites plates, offrant une sur-face suffisante (50 x 50 c m au moins), dans lesquelles ont projettedu béton perpendiculairement au fond incliné à 45 e . L'épaisseur deprélèvement sera de 1 5 c m , de manière à pouvoir exécuter des éprou-ve tte s de 12 c m de hauteur.

7^77777///////////.

Minimum i 50 cm

Cf>onfre/n à45*

Profondeur /5 cmtSem

Mode de prélèvement dubéton projeté sur le chantier Bac de prélèvement

Fig. 3 - MODE DE PRELEVEMENT ET D'ECHANTILLONNAGEDU BETON PROJETE

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II faut préparer suffisamment de boites, de manière à avoir lapossibilité d'analyser le béton frais et de déterminer les caractéris-tiques mécaniques du béton durci (résistances à court et à long terme).

Le conditionnement et la conservation des échantillons serontconformes aux normes en vigueur pour le béton.classique.

6. 3 - Fréquence des prélèvements

La fréquence des prélèvements sera fixée par le maître d'oeuvreà titre indicatif, il est recommandé de réaliser un prélèvement au mointous les 200 m 3 de béton.

6. 4 - Essais sur échantillons au laboratoire

Après projection de béton frais dans les boîtes, on étudie surles éprouvettes la granulométrie, la densité apparente et la c o m p o -sition réelle du béton.

Pour les essais mécaniques, les échantillons seront carottésà un diamètre de 6 c m dans la zone centrale des bacs (fig. 3). Leséchantillons auront un élancement de 2 .

Pour le béton durci, on mesurera sur les éprouvettes la densitéapparente, la résistance à la compression (et éventuellement à la trac-tion indirecte (par fendage ou par flexion) ainsi que la perméabilité àl'eau et la porosité). Si nécessaire, des essais de déformabilité àcourt terme peuvent être prescrits, en vue de vérifier les hypothèsesdes notes de calcul (voir deuxième partie).

Concernant les caractéristiques physiques ou mécaniques dubéton projeté, des valeurs minimales admissibles seront fixées parle maître d'oeuvre.

Si des essais à court terme sont réalisés sur les bétons proje-tés accélérés, les caractéristiques mécaniques seront contrôlées pourles âges suivants :

1 jour - 2, 7, 28, 90 jours

Entre 0 et 24 h, un essai au moins sera à prévoir à un âge va-riable, suivant les possibilités du chantier. Compte tenu des horairesde travail les plus courants, il apparaît que des essais à 6 h ou à 1 6 hsont les plus commodes .

Six points au moins définiront donc les courbes d'évolution descaractéristiques mécaniques des bétons projetés accélérés. La fré-quence de tels essais sera fixée par le maître d'oeuvre.

Pour les essais à court terme, entre 0 et 36 h., le carottagecylindrique est délicat, voire impossible. Il est recommandé alorsd'effectuer les essais sur des cubes avec une arête de 1 0 c m . A u -delà de 36 h. les essais seront réalisés sur des carottes cylindriques0 6 élancement 2, conformément à ce qui précède.

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6. 5 - Essais en place

Des essais en place (tels que essais au pénétromètre, au sclé-romètre, essais de poinçonnement, d'arrachement des tiges, etc. )seront facultatifs. Les résultats de ces essais, s'ils sont pratiqués,devront être l'objet d'une corrélation avec les résultats d'essaisconventionnels en laboratoire. Ces derniers sont recommandés c o m -m e essais contractuels.

Des carottages pourront enfin être effectués à titre de contrôle,directement sur le béton projeté en place. Des essais de résistancesur le béton projeté en place sont fortement recommandés, cela im-pose d'avoir un revêtement (homogène quant au durcissement) d'aumoins 15 c m d'épaisseur.

6. 6 - Essais d'adhérence

Dans certains cas particuliers, par exemple pour les tunnelstraversant un massif rocheux fissuré, l'efficacité du soutènementpar béton projeté est liée à la bonne adhérence du béton sur le ro-cher. Le béton projeté, m ê m e en faible quantité, assure un clava-ge des blocs rocheux, ce qui évite toute dislocation du massif. Ceclavage au droit des joints et fissures du massif est inopérant sil'adhérence du béton projeté est mauvaise.

Dans de telles circonstances, c'est-à-dire lorsque le soutène-ment est, en totalité ou en partie, basé sur ce processus, il est re-commandé de procéder a priori, à un contrôle de l'adhérence dubéton projeté sur le massif et en particulier sur les joints et fissu-res. Il arrive en effet parfois que, pour les massifs ayant des jointsou fissures avec remplissage talqueux ou argileux, l'adhérence dubéton projeté soit très faible, voire nulle.

Seul le maître d'oeuvre jugera de l'opportunité de réaliser dansde telles situations des essais d'adhérence ; la technique préconiséeétant d'effectuer des essais d'adhérence par arrachement de disquesde béton projeté à la paroi sur les joints jugés critiques et sur uneparoi saine, fraîchement ouverte dans la matrice rocheuse. Le maî -tre d'oeuvre fixera le pourcentage (par exemple 50 %) de l'adhérencemaximale obtenue sur la matrice rocheuse que l'on devra au moinsobtenir sur les joints ou fissures les plus critiques. L'étendue m a -ximale (valeur unitaire exprimée en m ^ ) des joints ou fissures sesingularisant par une faible adhérence du béton projeté pourra éven-tuellement être prescrite.

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SCHEMA D'AUSCULTATION DU TUNNEL _

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ET GEOMECANIQUEBR6009 _ 4 5 018 _ ORLEANS .Cedex.

DATE .01 10 73

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N°73.692 -03