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INSA Lyon - ENTPE MS Tunnels et Ouvrages souterrains 2011-2012
Module 3. Techniques de construction
3.3 Les éléments du soutènement
Loïc ThévenotEiffage
TP
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Soutènement radial•
les cintres métalliques
-
Les cintres réticulés (ne fonctionne que noyés dans du béton projeté)
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Soutènement radialLes cintres lourd type HEB
Soutènements : les cintres
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Rupture de cintre HEB
Soutènements : les cintres
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Rupture pied de cintre
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Convergence du terrain
Soutènements : les cintresD
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Soutènement radial
Les cintres TH (ou Oméga) (qui ont la possibilité
de coulisser)
Soutènements : les cintresD
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Soutènements : les cintres
Coulissement des cintres TH
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Blindage en bois:
Soutènements : boisD
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Soutènement radial•
Blindage en tôles
Soutènements métalliquesD
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CHEMEX - Septembre 2011
Soutènement radial
Soutènements : béton projetéD
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Soutènements : béton projeté
Généralisation au début des années 60Développée Par L.
Von Rabcewicz
sur le métro de CARACAS en
1960
Tirer partie au mieux de la capacité
du terrain à
se soutenir lui même grâce à
un confinement immédiat.
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Soutènement radial
•
le béton projeté
3 principaux modes de fonctionnement en soutènement:-
en couche protectrice du terrain (peau protectrice)
-
en maintien du terrain entre boulons (peau résistante)-
en coque de soutènement (anneau de structure)
+ : rôle de blindage entre cintre ou de revêtement définitif
Peu être renforcés de fibres ou de treillis soudé
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le béton projetéD
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Soutènement radial
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Mise en place du Béton Projeté
Exemple de Robot de Projection de Béton
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le béton projetéD
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•
le béton projeté
Rôle de peau protectrice:•Épaisseur de 2 à
5 cm protège
de:•
Dessiccation par l’atmosphère du tunnel
•
Délavage des matériaux•
Dégradation des propriétés hydromécaniques
•
Amorce de gonflement liés au migration d’eau interstitielle
•
Phénomène de micro- rupture & micro-
déplacement (effet maçonnerie)
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Rôle de peau résistante:•Épaisseur 8 à
20 cm (en plusieurs couches) agit comme:
•
Cimentation des fissures•
Clavage des blocs instables
•
Filet tendu (BP fibré
ou armé)•
Coque comprimé
Résistance limitée et fonction complémentaire nécessaire des boulons
•
le béton projetéD
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•
le béton projeté
Rôle d’anneau de structure:•Épaisseur de 10 à
20 cm permet
de :•
Limiter les déformations élasto-plastiques du terrain (capacité
de fluage au jeune
âge)•
Confinement des terrains non boulonnables
•
Confinement des terrains gonflants (argiles et anhydrites)
•
Réparation de tunnel ancien
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•
le béton projeté
Ses propriétés
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Soutènement radial
(avec des fibres, du treillis soudé ou en voutelettes) :
Soutènements : béton projetéD
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•
Composition du béton projeté–
Dosage en ciment
–
Diamètre des granulats–
Différents type de fibre
–
Dosage en fibre
• Mise en œuvre du béton projeté–
Voie sèche (à
éviter)
–
Voie humide–
Dosage de l’accélérateur de prise
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Soutènements : béton projeté
17
Mpa
à
7 jours25
Mpa
à
28 jours
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BETON PROJETE “RIG”410 +20 Type C25/30 XC1 D max = 10mm, A=S4 – S5, Cl 0.4 RAPPEL DE LA COMPOSITION THEORIQUE SECHE 0/4 SCL : 562 0/4 CL : 560 4/10 CL : 604 CEM I 52.5 N CE PM-CP2 NF : 410 SILICE : 20 Eau efficace : 181 Glenium 21 : 1.00 % Fibres métalliques Bekaert : 25 kg
Soutènements : béton projeté
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Soutènement du Front de Taille•
Le soutènement du Front de Taille, pourquoi ?
Si le terrain est mauvais:
•risque de non stabilité du front conduisant à un effondrement pouvant aboutir à un fontis en surface,
•Prévenir les chute de blocs ou de plaques
Soutènements : béton projetéD
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Soutènements : béton projetéNorme ASQUAPRO•Qualité
du BP liée à
la qualité
intrinsèque du béton
mais surtout à
sa mise en œuvre•Agit sur la qualité
du BP:
•
Rebond•
Présence d’armature
•
Support: nature du terrain, béton, métal
•Essai à
la compression sur prélèvement•
Ecrasement
carotte de Dia 60 mm, h 120 mm
•Essai à
la compression au jeune âge•
Pénétration d’une aiguille
•Test d’arrachement •Essai de résistance à
la flexion (BPF)
•
Arrachement par traction d’une éprouvette carotté
dans le support
•Capacité
d’absorption d’énergie «
poinçonnement flexion
»
•
600 j pour 25 mm de déformation
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Et maintenant?
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Les présoutènementsD
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Boulons en Fibres de Verre au front de taille de la Galerie de Sécurité du Tunnel Maurice Lemaire
Boulons en Fibre de Verre de 15 m de long avec recouvrement sur 3 m 14 Boulons coté
Tête Alsace
5 Boulons coté Tête Vosges
Répartition en Fonction de la
Qualité du Terrain
Soutènement du Front de Taille
Les boulons de fibres de verres permettent de
maintenir le terrain sans poser de problèmes aux
outils d’excavation
Les
présoutènements
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Front du Tunnel de Tartaiguille
Soutènement du Front de Taille
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•
Enfilage de Boulons ou de TôlesPré-Soutènement
Boulons auto-foreur disposé en enfilage à l’avancement de la Galerie de Sécurité du Tunnel Maurice Lemaire
On peut réaliser un enfilage à l’avancement à l’aide
de Boulons ou de Tôles métalliques
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•
Enfilage de Boulons ou de Tôles
Exemple de Détails d’Enfilage
Pré-Soutènement
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CHEMEX - Septembre 2011
•
Pré-découpage et Pré-soutènement à
la Haveuse
Haveuse
Chaîne de Haveuse
Principe du Pré-découpage / Pré-soutènement
Pré-Soutènement
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•
Pré-découpage et Pré-soutènement à
la Haveuse
Phasage de Réalisation d’une excavation à la Haveuse
Pré-Soutènement
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•
Voûtes Parapluies successives
Principe de Voutes Parapluies Successives
Voûtes Parapluies du Tunnel Maurice Lemaire
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Réalisation de
voute
parapluie
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Les casquettesD
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Les casquettesD
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La casquette de la descenderie de St Martin La Porte
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•
Voûte Parapluie Schéma de Principe
Coupe Transversale : les tubes « participe» à l’effet de voûte
Coupe Longitudinale : les tubes fonctionnent en poutres portant entre le terrain et le soutènement
Tubes Métalliques Injecté de Mortier
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•
Voûte Parapluie
Implantation
1ère Voûte
2ème Voûte
Forage
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Les injections
Conditions
hydro-géologiques rencontrées
:•Basaltes, laves, scories
: 10 à
100 bars
Rc max
= 500 bars.
•Aquifère
: pression estimée pouvant atteindre 20 bars.•Perméabilité
des terrains rencontrés
: 10 ֿ4 m/s à 10ˉ6 m/s.
•Porosité
moyenne des matériaux
: 20%
Objectif du traitement de terrain par injection.Limiter les venues d’eau totales à
front à
100 l/s.
Soit sur 360 ml moins de 30 l s-1 /100 ml.
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Les injections
•Réalisation d’une enveloppe étanche avec du «Blocker Grout
»
destinée à
empêcher le retour du coulis dans la galerie. •Cette enveloppe se situe à
1 m environ de la périphérie de la section et fait environ 1 m d’épaisseur. •Elle est réalisée avec des produits très fin à
prise très rapide.
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Les injections
•Réalisation d’une 2ème enveloppe avec du «
High
Performance
Grout
»située à
l’extérieur de la première enveloppe, destinée à
contenir les pressions rencontrées. Cette enveloppe fait environ 2 m d’épaisseur.
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Les injections
Matériel nécessaire
:•Jumbo de
forationDiamètre de
foration
: 56 mm•Presse d’injection
: pression d’injection estimée entre 15 et 50 bars.•Presse type Bonne espérance PPC 15000 (pression maxi 100 bars
, débit correspondant 4 m3/h
; pression moyenne
:32 bars débit correspondant 15 m3/h )•Malaxeur adapté
au débit de la presse d’injection •Agitateur avec cuve de 500 l mini•Chariot élévateur pour la manutention de produits.
Composition des coulis•Blocker grout
:ThermaxC-Max
•GroutAidCimentDispersing agent SP40
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Les injectionsRéalisation d’injection après excavation (post-grouting)
Estimation des quantités
:Ces quantités sont estimées sur la base des observations et essais menés depuis la galerie parallèle au pm 1220.Porosité
de 20% applicable sur la totalité
des roches rencontrées.
Blocker Grout
: zone à
traiter de 70 ml environE/C = 2, coulis de densité
1.3=>ciment
CPA 52.5 :
106 tonnesgrout-aid
: 42 tonnesSP40
:
3 tonnesC-Max
:
72 tonnesThermax
:156 tonnes
High
Performance
Grout
: zone à
traiter de 70 ml environE/C = 2 coulis de densité
1.3 => ciment
CPA 52.5 :
380 tonnesgrout-aid
: 190 tonnesSP40
:
10 tonnesSoit au total (BG et HBG) 6 900 kg/ml (hors ciment)
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Les injections
Réalisation d’injection en avant du front (pre-grouting)Estimation des quantités
:Ces quantités sont estimées sur la base des observations et essais menés depuis la galerie parallèle au PM 1220.Porosité
de 20% applicable sur la moitié
des roches rencontrées.High
Performance
Grout
: zone à
traiter de 310 ml environE/C = 2 coulis de densité
1.3 =>•ciment
CPA 52.5 :
1 350 tonnes•grout-aid
: 670 tonnes•SP40
:
40 tonnesSoit 6 640 Kg/ml (hors ciment)
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La congélationD
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