09/05/10 Fondations spéciales 1

Les diverses techniques de fondations spéciales 09/05/10 Les diverses techniques de fondations spéciales Destinées à la réalisation de :  Fondations d’ouvrages de génie civil  Infrastructures routières, autoroutières et ferroviaires,  Infrastructures d’excavation, de soutènement et de consolidation de sol  Aménagements de toutes natures en site urbain Nécessitent l’utilisation de matériaux à base de ciment : coulis ou bétons 4 familles principales  Fondations profondes  Parois moulées  Ecrans étanches  « Jet grouting » Les diverses techniques de fondations speciales Les travaux de fondations spéciales regroupent de nombreuses techniques et procédés destinés à la réalisation de fondations d’ouvrages de génie civil et d’infrastructures routières, autoroutières et ferroviaires, d’excavation, de soutènement et de consolidation de sol et d’aménagements de toutes natures en site urbain. La plupart des techniques de fondations spéciales nécessitent l’utilisation de matériaux à base de ciment, en particulier sous forme de coulis ou de bétons. Les techniques peuvent être regroupées en quatre principales familles : les fondations profondes; les parois moulées; les écrans étanches; le « jet grouting ». 2

Fondations profondes 4 différents types Pieux forés simples Pieux 09/05/10 Fondations profondes 4 différents types Pieux forés simples Pieux forés tubés Pieux forés boue Pieux forés à la tarière creuse Pieux préfabriqués en béton Pieux Les fondations profondes Les divers types de fondations profondes : LES PIEUX pieux forés simples; pieux forés tubés, pieux forés boue pieux forés à la tarière creuse; pieux préfabriqués en béton LES BARRETTES LES PUITS LES MICROPIEUX Barrettes Puits Micropieux 3

Parois moulées Domaines d’utilisation 09/05/10 Parois moulées Domaines d’utilisation Ouvrages de formes et de dimensions diverses jusqu’à des profondeurs très importantes Parois de soutènement : murs latéraux de tranchées couvertes, parkings souterrains, murs... Parois circulaires : bassins d’orage, puits de ventilation de tunnels Grandes fouilles en site urbain avec nappe phréatique ou non Puits et enceintes cylindriques : de grand diamètre à forte profondeur Les parois moulées DOMAINES D’ UTILISATION La technique permet la réalisation d’une grande diversité d’ouvrages dans des sites et des conditions géotechniques très variés. Elle permet de réaliser des ouvrages de formes et de dimensions diverses jusqu’à des profondeurs très importantes : Parois de soutènement pour murs latéraux de tranchées couvertes, de parkings souterrains, de murs Parois circulaires pour la réalisation de bassin d’orage, de puits de ventilation de tunnels. Grandes fouilles en site urbain en présence ou absence de nappe phréatique. Puits et enceinte cylindriques de grand diamètre à forte profondeur. Tranchées en site urbain à l’air libre ou enterrées : voies autoroutières ou routières, voies ferrées ou Gares souterraines. Fondations profondes et porteuses. Bassins de rétention d’eaux pluviales (paroi circulaire ancrée dans un substratum étanche). Tranchées en site urbain à l’air libre ou enterrées : voies autoroutières ou routières, voies ferrées Gares souterraines Fondations profondes et porteuses Bassins de rétention d’eaux pluviales 4

Schéma de réalisation d’une paroi moulée en béton 09/05/10 Parois moulées Schéma de réalisation d’une paroi moulée en béton 5

Parois moulées Phases de réalisation 09/05/10 Parois moulées Phases de réalisation Nota - Dimensions des panneaux : épaisseur (0,50 à 1,50 m), largeur (3 à 7 m), profondeur (10 à 100 m) Prétranchée : garantit le nivellement de la paroi, assure la stabilité des terres en surface et sert de guide à l’outil de perforation Perforation du sol : à l’aide de bennes suspendues à un câble, à un « kelly » ou à l’aide de fraises hydrauliques Curage du panneau : par dessablage de la boue en circulation Etapes de réalisation La technique de réalisation de la paroi moulée comprend plusieurs phases : La réalisation d’une prétranchée (protégée par une murette guide de 1 m à 1,50 m de hauteur) qui garantit le nivellement de la paroi, assure la stabilité des terres en surface et sert de guide à l’outil de perforation. La perforation du sol sous boue bentonitique à l’aide de bennes suspendues à un câble ou à un « kelly » ou bien à l’aide de fraises hydrauliques. Le curage du panneau par dessablage de la boue en circulation. La mise en place des cages d’armatures (par éléments de 12 à 14 mètres de longueur) et des dispositifs de joint (joint watershop). Le bétonnage par tube plongeur : le béton est mis en place à l’aide d’un tube plongeur ou de colonnes de bétonnage (en continu sans interruption) à partir du fond de la tranchée. Le tube plongeur est remonté au fur et à mesure du remplissage. NOTA Les dimensions des panneaux vont de 0,50 à 1,50 m d’épaisseur, quelques mètres de largeur (3 à 7 m) et de 10 à 100 m de profondeur. Mise en place des cages d’armatures et des dispositifs de joint Bétonnage par tube plongeur ou par colonnes de bétonnage 6

Bennes suspendues à un câble 09/05/10 Parois moulées Bennes suspendues à un câble 7

Creusement de la tranchée avec une benne à câble 09/05/10 Parois moulées Creusement de la tranchée avec une benne à câble 8

Écrans étanches Description de la technique 09/05/10 Écrans étanches Description de la technique Structures enterrées destinées à réduire, empêcher ou détourner des écoulements souterrains ou établir une coupure imperméable pour isoler un site Utilisées à titre provisoire ou définitif pour réaliser : ouvrages hydrauliques ouvrages de protection de l’environnement Réalisés à l’aide de coulis autodurcissables à base de bentonite et de ciment, dans les terrains généralement alluvionnaires en présence d’une nappe aquifère DESCRIPTION DE LA TECHNIQUE Les écrans étanches sont des structures enterrées destinées à réduire, empêcher ou détourner des écoulements souterrains ou établir une coupure imperméable pour isoler un site. Ils sont utilisés à titre provisoire ou définitif pour réaliser : soit des ouvrages hydrauliques, soit des ouvrages de protection de l’environnement. Ils sont réalisés à l’aide de coulis autodurcissables à base de bentonite et de ciment, dans les terrains généralement alluvionnaires (sols meubles de faible compacité, hétérogènes, perméables) en présence d’une nappe aquifère. Ils peuvent être linéaires (pour réaliser l’étanchéité de barrage ou de cours d’eau) ou circulaires (pour réaliser, par exemple des enceintes fermées destinées à mettre hors d’eau une fouille ou isoler une zone polluée). Ils doivent être étanches, résistants tout en étant déformables (afin de suivre les mouvements de terrain sans se fissurer) et pérennes sous l’action de l’eau de la nappe phréatique. Peuvent être linéaires ou circulaires Doivent être étanches, résistants tout en étant déformables et pérennes sous l’action de l’eau de la nappe phréatique 9

Écrans étanches Domaines d’utilisation Barrières étanches 09/05/10 Écrans étanches Domaines d’utilisation Barrières étanches Enceintes de confinement Utilisées pour la construction de tranchées couvertes, de parkings, de stations de métro, de piles de pont, de quais ou d’écluses Assurent un rôle provisoire en permettant la réalisation des ouvrages à l’abri de la nappe phréatique Peuvent être utilisées à titre définitif pour assurer l’étanchéité de digues, rivières, canaux ou barrages (avec un ancrage dans une couche inférieure imperméable) Domaines d’utilisation Barrières étanches Les barrières étanches sont utilisées pour la construction de tranchées couvertes, de parkings, de stations de métro, de piles de pont, de quais ou d’écluses. Elles assurent un rôle provisoire en permettant la réalisation des ouvrages à l’abri de la nappe phréatique. Elles peuvent être utilisées à titre définitif pour assurer l’étanchéité de digues, de rivières, de canaux ou de barrages. L’étanchéité complète de l’écran est garantie en le prolongeant et en assurant un ancrage dans une couche inférieure imperméable. Enceintes de confinement Les enceintes de confinement servent à protéger une zone polluée telle que des décharges ou des sites industriels. Ancrées dans un substratum naturellement étanche ou rendu étanche, elles ceinturent la zone en stoppant la migration et la dispersion des polluants vers les sols ou les eaux souterraines avoisinantes. Servent à protéger une zone polluée : décharges, sites industriels Ceinturent la zone en stoppant la migration et la dispersion des polluants vers les sols ou les eaux souterraines avoisinantes 10

Écrans étanches Composition du coulis autodurcissable 09/05/10 Écrans étanches Composition du coulis autodurcissable Mélange : ciment, bentonite, eau et adjuvants Dosages courants Ciment : 150 à 300 kg/m3 de coulis Bentonite : 20 à 50 kg/m3 de coulis Principe de formulation Compromis optimal entre ouvrabilité / résistance / perméabilité / déformabilité Composition du coulis autodurcissable Mélange : ciment, bentonite, eau et adjuvants. Dosages courants : Ciment 150 à 300 kg/m3 de coulis, Bentonite 20 à 50 kg/m3 de coulis Principe de formulation Compromis optimal entre ouvrabilité/résistance/perméabilité/déformabilité. 11

Écrans étanches Les 2 rôles du coulis autodurcissable 09/05/10 Écrans étanches Les 2 rôles du coulis autodurcissable Rôle de boue stabilisatrice à l’état frais : assure la stabilité de la tranchée pendant son creusement Rôle de matériau rigide et peu perméable : constitue la paroi après la prise de ciment Rôles du coulis autodurcissable Le coulis autodurcissable joue un double rôle : un rôle de boue stabilisatrice à l’état frais assurant la stabilité de la tranchée pendant son creusement un rôle de matériau rigide et peu perméable constituant la paroi après la prise de ciment. 12

Écrans étanches Fabrication du coulis 09/05/10 Écrans étanches Fabrication du coulis Dans des centrales spécifiques de chantier : silos de stockage du ciment et de la bentonite, cuves de malaxage et de stockage des boues, et de systèmes d’injection Deux étapes 1) Préparation de la boue primaire par malaxage, puis par stockage dans des cuves (6 à 24 heures) pour permettre le « mûrissement » de la bentonite 2) Incorporation du ciment dans la boue primaire par malaxage, puis coulis maintenu en agitation dans une cuve d’attente avant d’être pompé vers la tranchée Fabrication du coulis Les coulis sont fabriqués dans des centrales spécifiques de chantier composées de silos de stockage du ciment et de la bentonite, de cuves de malaxage et de stockage des boues et de systèmes d’injection. La fabrication est réalisée en deux étapes : La première consiste à préparer la boue primaire (mélange de bentonite et d’eau) par malaxage (la mise en suspension des particules fines de bentonite exige un malaxage à cisaillement élevé) puis par stockage dans des cuves pendant une durée comprise entre 6 et 24 heures afin de permettre le « mûrissement » de la bentonite. La deuxième étape consiste à incorporer le ciment dans la boue primaire par malaxage. Le coulis obtenu est maintenu ensuite en agitation dans une cuve d’attente avant d’être pompée vers la tranchée. 13

Écrans étanches Réalisation de l’écran 09/05/10 Écrans étanches Réalisation de l’écran Creuser une tranchée en continu  Coulis bentonite-ciment utilisé comme fluide de perforation Coulis  Forme, après durcissement, l’écran définitif Tranchée  Creusée avec matériels pour travaux de fondations Excavation  Réalisée par tronçons alternés ou en continu, et descendue jusqu’à un substratum imperméable (couche argileuse par exemple) Réalisation de l’écran La technique consiste à réaliser une tranchée en continu en utilisant comme fluide de perforation, le coulis bentonite-ciment qui en se substituant au sol formera après durcissement l’écran définitif. La tranchée est creusée à l’aide de matériels utilisés en travaux de fondations spéciales (bennes à câble ou fraise hydraulique). L’excavation peut être réalisée soit par tronçons alternés (écrans constitués de panneaux creusés alternativement) soit en continu (panneaux creusés les uns à la suite des autres). Elle descend en général jusqu’à un substratum imperméable ( par exemple une couche argileuse). Le coulis est introduit par déversement gravitaire dans la tranchée simultanément à l’excavation et se substitue au sol prélevé. Cette technique permet d’obtenir une continuité parfaite de l’écran et donc de l’étanchéité. Coulis  Introduit par déversement gravitaire dans la tranchée, simultanément à l’excavation (se substitue au sol prélevé) Technique qui permet d’obtenir une continuité parfaite de l’écran  Etanchéité 14

Jet grouting Description de la technique 09/05/10 Jet grouting Description de la technique Procédé de consolidation de sol consistant à traiter le sol dans la masse par injection sous haute pression d’un jet de coulis à base de ciment, réalisant in situ un mélange sol-ciment Deux étapes principales 1) Réalisation d’un forage dans le sol sur la hauteur du terrain à consolider et mise en place dans le forage d’un train de tiges creuses 2) Injection du coulis sous haute pression au travers de buses de petits diamètres par remontée et rotation simultanée du train de tige Nota - Grâce au mouvement combiné de rotation et de remontée, le coulis se mélange intimement au terrain en place et crée, du bas vers le haut, une colonne de sol ciment (jusqu’à 2 m de diamètre) Description de la technique Le « jet grouting » est un procédé de consolidation de sol qui consiste au traitement du sol dans la masse par injection sous haute pression d’un jet de coulis à base de ciment, réalisant in situ un mélange sol-ciment. La technique de réalisation se décompose en deux étapes principales : La réalisation d’un forage dans le sol (de diamètre de l’ordre de 120 à 150 mm) sur la hauteur du terrain à consolider et la mise en place dans le forage d’un train de tiges creuses (de diamètre 60 à 90 mm) équipé en pied, de buses d’injection et en partie haute d’une tête d’alimentation rotative ; L’injection du coulis sous haute pression au travers de buses de petits diamètres par remontée et rotation simultanée du train de tige. Le jet déstructure le terrain par l’effet dynamique généré par sa grande vitesse et grâce au mouvement combiné de rotation et de remontée, le coulis se mélange intimement au terrain en place et crée, du bas vers le haut, une colonne de sol ciment. Cette colonne de forme cylindrique peut atteindre jusqu’à 2 m de diamètre. 15

Jet grouting Les 3 types de procédés 09/05/10 Jet grouting Les 3 types de procédés Jet simple : un seul jet de coulis de ciment Jet double : jet de coulis de ciment + jet d’air, ce qui permet d’augmenter le rayon d’action et l’effet de destruction et de malaxage du sol Jet triple : jet d’eau + jet d’air + jet de coulis de ciment apportant la quantité de liant nécessaire à la réalisation du mélange sol-ciment Trois types de procédés Le jet simple qui utilise un seul jet de coulis de ciment; Le jet double : le jet de coulis de ciment est associé simultanément à un jet d’air, ce qui permet d’augmenter le rayon d’action et l’effet de destruction et de malaxage du sol; Le jet triple combine un jet d’eau qui déstructure le sol, à un jet d’air pour en améliorer l’efficacité, puis à un jet de coulis de ciment apportant la quantité de liant nécessaire à la réalisation du mélange sol-ciment. 16

Schéma de réalisation d’une colonne de « Jet grouting » 09/05/10 Jet grouting Schéma de réalisation d’une colonne de « Jet grouting » 17

09/05/10 Jet grouting Centrale de préparation du coulis 18

Jet grouting Domaines d’utilisation Le jet grouting s’applique aux : 09/05/10 Jet grouting Domaines d’utilisation Le jet grouting s’applique aux : Terrains meubles Sols fins Sables Alluvions grossières Pour la réalisation de : Colonnes de fondation Massifs de fondation Parois continues ou écrans par juxtaposition de colonnes de jet co-pénétrantes Présoutènement pour voutes parapluies Consolidation de terrains Soutènement de talus Stabilisation de murs de soutènement… Domaine d’utilisation Le jet grouting s’applique à : des terrains meubles, des sols fins, des sables, des alluvions grossières Pour la réalisation de : colonnes de fondation, massifs de fondation, paroi continues ou écrans par juxtaposition de colonnes de jet copénétrantes, présoutènement pour voutes parapluies, consolidation de terrain, soutènement de talus, stabilisation de mur de soutènement… 19

09/05/10 Jet grouting SOMMAIRE SESSION 7 SOMMAIRE GÉNÉRAL 20