GT9R6F1

ASSOCIATION FRANÇAISE DES TUNNELS ET DE L’ESPACE SOUTERRAIN Organisation nationale adhérente à l’AITES www.aftes.asso.fr

Recommandations de l’AFTES L'étanchéité des voussoirs préfabriqués en béton GT9R6F1

AFTES - GROUPE DE TRAVAIL N°9 TEXTE DES RECOMMANDATIONS RELATIVES A

L’ÉTANCHÉITÉ DES VOUSSOIRS PRÉFABRIQUÉS EN BETON

Tous droits de reproduction, traduction, adaptation, totales ou partielles sous quelques formes que ce soit sont expressément réservés

Avant approbation définitive, l’AFTES recueillera avec intérêt toute suggestion relative à ce texte élaboré par M. LONGCHAMP (Bouygues), MERCIER (SOFRETU) et MEYNIEL (RATP)

PRÉAMBULE

TYPES DE DESORDRES POUVANT AFFECTER L’ÉTANCHÉITÉ

Le groupe de travail n° 9 sur l’étanchéité des tunnels de l’AFTES, a établi et publié un texte de recommandations sur l’étanchéité des revêtements de tunnel réalisés à l’aide de voussoirs préfabriqués en béton.

(hors joint d’étanchéité proprement dit)

Ce texte traitait essentiellement des joints d’étanchéité et des points directement en rapport avec ceux-ci. L’étanchéité du tunnel n’étant pas uniquement concernée par les joints de ce type de construction, il est apparu nécessaire de “compléter” le travail de réflexions sur les autres causes pouvant affecter l’étanchéité, et de proposer des recommandations de prévention ORIGINE DES DÉSORDRES 1 - Matériaux

TYPE DE DÉSORDRES Porosité excessive

Dégradation du béton

- Porosité de masse - Fissuration liée à une sollicitation temporaire ou définitive - Fissuration due au retrait du béton (insignifiant dans le cas des voussoirs). - Défauts ou désordres affectant la gorge ou la surface d’appui du joint d’étanchéité.

ANAYSE DES ORIGINES DES DÉSORDRES POUVANT AFFECTER L’ÉTANCHÉITÉ DES REVETEMENTS DE VOUSSOIRS CAUSES POSSIBLES DE DESORDRES Compacité insuffisante Courbe grunulométrique discontinue Dosage en ciment et adjuvants Réaction physico-chimique avec l’environnement extérieur ou intérieur du tunnel

Qualité du liant hydraulique Adéquation liant-granulats 2 - Fabrication des voussoirs

Hétérogénéité (nid de cailloux ségrégation)

Toutes causes liées aux conditions de mise en œuvre du béton et notamment insuffisance de VIBRATIONS

On distinguera les causes liées : 1. aux matériaux constituant les voussoirs 2. A la fabrication des voussoirs 3. Aux transports et stockage des voussoirs 4. A la mise en place des voussoirs 5. aux sollicitations dues à la poussée du bouclier 6. Aux injections de bourrage de l’espace annulaire résiduel entre l’extrados des voussoirs et l’excavation 7 - Au fonctionnement définitif de l’anneau et des voussoirs. Cette énumération montre bien qu’à chaque stade de la vie du voussoir, des événements peuvent affecter l’étanchéité du tunnel. Afin de simplifier la lecture, le détail de l’analyse de ces causes et des remèdes pouvant y être apportés sont présentés sous forme de tableau. PRÉCAUTIONS OU REMEDES SUGGÉRÉS

Etude laboratoire particulière de formulation de béton avec contrôle de porosité. Recherche et analyse des éléments naturels ou artificiels (pollution) contenus dans le sol et pouvant affecter la durabilité du béton Mise en œuvre d’une étanchéité avec un deuxième revêtement Protection du béton à son extrados (coaltar) Contrôle de l’adéquation du béton et notamment du ciment avec le milieu environnant Choix du ciment Adéquation de la définition des armatures avec la composition du béton (espacement armatures/dimension des granulats). Puissance de vibration à contrôler. Etude expérimentale des effets de la vibration et des zones d’influence et d’efficacité. Pour les grandes pièces, appui élastique entre le moule et son support de façon à ne pas empêcher la vibration. Etanchéité du moule.

Nota : les désordres soulignés sont les plus fréquemment rencontrés.

TUNNELS ET OUVRAGES SOUTERRAINS — N° 13 2 — SEPTEMBRE/OCTOBRE 1995

1

ORIGINE DES DÉSORDRES

TYPE DE DÉSORDRES

CAUSES POSSIBLES DE DESORDRES

PRÉCAUTIONS OU REMEDES SUGGÉRÉS

2 - Fabrication des voussoirs (suite)

Bullage (à l’emplacement du joint)

Rugosité des surfaces coffrantes usinées Spécifier la rugosité des surfaces coffrantes. Insuffisance de vibration Produit de démoulage

Défaut géométrique des voussoirs

Tolérance de fabrication des moules

Spécifier au constructeur de moules les tolérances de fabrication du moule fini par rapport au volume théorique constituant le voussoir, et non pas seulement des tolérances sur des longueurs et planéités. Voir fascicule 56A.


Veiller particulièrement aux tolérances sur les angles des surfaces d’appui entre voussoirs et entre anneaux.

Epaufrures, cassures d’arêtes, fissuration

Raideur déformation moule

Dimensionnement du coffrage intégrant les effets de la vibration.

Cinématique de décoffrage des pièces mobiles inadéquates

Cinématique de décoffrage à intégrer dès la conception des plans de coffrage des voussoirs, notamment pour la définition des valeurs de dépouille de décoffrage.

Choc thermique, notamment au démoulage (delta t entre béton et température extérieure) Effets des appareils de manutention des voussoirs : préhension, retournement

Analyse des sollicitations des voussoirs en fonction des appareils effectivement utilisés pour les manutentions et manœuvres de voussoirs. Intégrer l’effort d’arrachement (succions) du démoulage. Protection en matière compressible des zones de contact entre appareils et voussoir.

Epaufrures, cassures d’arête, fissuration

Adhérence du béton au moule

Spécifier au constructeur de moule la rugosité des faces coffrantes. Choix du produit de décoffrage et/ou du revêtement éventuel du moule. Eviter les arêtes vives.

Résistance du béton à jeune âge

Contrôle de la résistance effective du béton au démoulage.

Défauts de ferraillage : tolérance de fabrication des cages

Tolérances sur enrobage des armatures à spécifier sur plans. Montage des cages d’armatures sur gabarits précis et spécialisés par type de voussoirs. Contrôle spécifique.

Positionnement des cages d’armatures dans le moule Défauts de collage des joints

Calage des cages d’armatures.

Inadéquation du complexe joint : collebéton Mauvaise mise en œuvre

Etablir procédure précise de préparation et de mise en œuvre de la colle et de pose du joint.

Colle périmée.

Date de péremption à prévoir sur emballage. Respect de la DPO de la colle. Conditions de stockage à préciser et à contrôler.

3 - Transport et stockage des voussoirs

Défauts de protection des joints hydrogonflants

Gonflement avant pose

Protection adéquate aux intempéries.

Epaufrures, cassures d’arêtes fissuration

Effet des chocs accidentels ou d’accostage

Etablir des procédures détaillées pour chacune des opérations de manutention et de stockage. Prévoir sur appareil de stockage, transport et manutention, des appuis garnis de matériaux compressibles.

Appuis mal positionnés ou mal réglés. (particulièrement sur les voussoirs de très jeune âge)

2

Prévoir sur stock un calage adapté entre les voussoirs. Prévoir des équipements de manutention avec des vitesses d’approches faibles (ou commande de vitesse de type “proportionnel”).


ORIGINE DES DÉSORDRES

TYPE DE DÉSORDRES


3 - Transport et stockage des voussoirs (suite)

Soigner la nature, l’implantation et le nivellement des appuis de stockage et de leur fondation. Gérer le stock de façon à éviter les reprises de manutention inutiles. Empilage exagéré.

4 - Mise en place des voussoirs

Epaufrures, cassures d’arêtes fissuration

Prévoir des surfaces de stockage suffisantes.

Voir chapitres 2 & 3. Conditions de la cinématique de pose des voussoirs


PRÉCAUTIONS OU REMEDES SUGGÉRÉS

Etude de l’évolution du voussoir dans son environnement immédiat durant son approche et sa mise en œuvre. Etude précise des interfaces clefs, contre-clefs et machine lors de la conception de l’anneau et de la machine.

Cassures d’angle de clef ou de contre-clef

Ferraillage insuffisant

Tenir compte des efforts parasites accompagnant souvent l’introduction de la clef entre les contreclefs.

Montage trop serré de l’anneau de voussoir

Contrôle de distance libre entre contre-clef avant pose de la clef. Rigueur et contrôle de la pose des voussoirs du premier au dernier voussoir.

5 - Sollicitations dues au bouclier

Frottement excessif Collage défectueux.

Déboitement de la clef lors de l’accostage final.

Absence d’auto-guidage de la clef.

Prévoir un guidage entre clef et contre-clef lors de la conception des voussoirs.

Cassures d’arêtes, fissuration, casse d’angles, désafleur

Mauvaise condition d’appui des patins des vérins de poussée.

Prévoir patins d’appui en matière semi élastique.

Contrôler la qualité du collage des joints.

Mauvaise transmission des efforts de poussée entre les anneaux de voussoirs.

5.1 - Poussée

Effet arrière des vérins de poussée dans le cas de courbe de faible rayon.

Effort excessif des vérins de poussée. Pression excessive des patins de vérins de poussée.

5.2 - Frottement du bouclier sur les anneaux

Cassures d’arêtes, fissuration

Jeu revêtement/Jupe insuffisant Montage excentré de l’anneau

Guidage bouclier

6 - Sollicitations dues à l’infection du produit de bourrade

Graisser les joints longitudinaux avant pose du voussoir.

Destruction du joint par frottement ou accrochage

Désordres sur face d’appui entre voussoirs

Pression d’injection excessive

Ovalisation Déboitement de clef.

Répartition de l’injection entre les différents points d’injection mal équilibrés.

Contrôle de la cinématique du débattement des vérins dans les courbes de rayons minimum. Analyse du cheminement des forces d’anneau en anneau successifs. “Serrer” les tolérances de fabrication des voussoirs. Prévoir disposition de “filtrage” des efforts entre les anneaux. Montage du vérin sur anneau élastique ou autre dispositif adapté permettant l’angulation relative du corps du vérin par rapport à la structure du bouclier. Préférer le réglage de pression par groupe de vérins plutôt qu’un réglage tout ou rien. Contrôle de la surface effective d’appui. Contrôle de la raideur des patins d’appui. Contrôle du frettage des voussoirs dans les zones d’appuis des patins de vérins et les zones d’appuis entre anneaux. Définition du jeu à l’aide d’épure Jupe avec articulation libre Procédure de définition de l’implantation en rotation de l’anneau Equipement de guidage navigation performant En cas d’écart, définition d’une courbe de rattrapage compatible avec le projet, la machine et le pincement de l’anneau. Prévoir une sécurité active et une sécurité passive vis-à-vis des pressions maxi sur le dispositif d’injection. Prévoir dispositf de contrôle de la répartition de l’injection.


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ORIGINE DES DÉSORDRES 6 - Sollicitations dues à l’infection du produit de bourrade (suite)


7Fonctionnement définitif de l’anneau de voussoirs

TYPE DE DÉSORDRES


PRÉCAUTIONS OU REMEDES SUGGÉRÉS Etude de convenance du produit de bourrage

Remontée d’anneau sous l’effet de la pression d’Archimède.

Injection incomplète. Produit de bourrage mal adapté.

Ajuster la pression d’injection. Dysfonctionnement des matériels et équipements d’injection de bourrage.

Désordres divers (peu courants)

Effets dus aux sollicitations conjuguées de la napper, du sol, des charges et surcharges internes.

Définition des hypothèses de calcul

Vieillissement de l’ouvrage

Connection électrique entre voussoirs Protection cathodique Qualité des matériaux Enrobage des aciers

Déplacement entre voussoirs ou entre anneaux

Divers

Liaison entre anneaux (connecteur, centreur...)


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