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Bulletin de l’AISM 2014/1 l IALA Bulletin 2014/1 50 focus on visual aton Contexte et motivation Le CEREMA teste différentes méthodes de ré- paration du génie civil des ouvrages de signali- sation maritime telles que le béton projeté par voie sèche ou les espars en composite. Dans ce cadre une opportunité a été saisie de travailler avec le Service des Phares & Balises de Lorient et le laboratoire de Main- tenance, Construction et Sécurité des Ou- vrages, de l’Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (Suisse) sur les bétons fibrés ultra-performants (BFUP) appliqués à la ré- paration des ouvrages de génie civil en mer. En effet l’utilisation des BFUP développée au MCS/EPFL depuis 1999 et appliquée avec succès pour les interventions sur les ou- vrages routiers existants répond à trois contraintes identiques à celles rencontrées pour les ouvrages en mer: u la recherche d’une étanchéité parfaite et durable u la réduction du temps d’intervention par la mise en oeuvre de faibles épaisseurs u au besoin la possibilité de renforcer l'ouvrage avec le maximum d'efficacité Pour valider cette approche, un essai pilote pleine échelle d'application de BFUP coulé en place par hélicoptère a été réalisé en juin 2013 sur une tourelle à l'entrée de la rade de Lorient. Présentation de l'ouvrage La tourelle du Cabon est un ouvrage de si- gnalisation diurne. Elle se situe à l’entrée de la petite mer de Gâvres, au sud de la rade de Lorient. Il s'agit d'une maçonnerie de béton grossier, âgée de 70 ans environ, tron- conique, d'une hauteur de 4,55 m et de 3,25 m de diamètre à la base. Les fissurations constatées sur la maçonnerie semblant être la conséquence d’une réaction de gonflement, des carottages ont été réalisés afin d’être analysés au microscope électro- nique à balayage. Les résultats de ces analyses n'ont pas clairement révélé de pathologies très actives de gonflement telles que l’alcali- réaction ou les réactions sulfatiques. Une membrane continue de 60 mm d'épais- seur de béton fibré ultra-performant écrouis- sant en traction, coulée en place et recouvrant entièrement la tourelle, a alors été préconisé. Cette intervention présentait le triple avantage : u d’assurer une étanchéité totale vis-à-vis de la pénétration de l’eau de mer et par conséquent des chlorures et des sulfates, u de ceinturer la tourelle d’un matériau particulièrement durable et résistant, u de fournir une capacité de déformation de l'ordre de 2 pour mille en traction, permet- tant de compenser dans une large mesure d'éventuels gonflements résiduels encore ac- tifs, sans présenter de fissuration localisée. Méthodologie Un partenariat a alors été établi avec l’entre- prise Lafarge ayant une longue expérience avec les BFUP et possédant la logistique lo- cale nécessaire pour cette application, avec pour objectif de développer une formulation de BFUP écrouissant en traction, adaptée au coulage en place dans ce cas. Ces essais se sont alors déroulés en 2 étapes. 1. Essais préliminaires de convenance à terre 2. Essai pleine échelle en mer Essais à terre Ils avaient pour but : 1. d'optimiser la recette du BFUP par rap- port aux contraintes spécifiques de ce chan- tier en matière d’ouvrabilité et d’écrouissage en traction. Pour ce faire 3 différentes formulations de BFUP ont été testées avec différents dosages en fibres. 2. De tester avec le personnel de la subdi- vision des Phares & Balises de Lorient la mise en place de BFUP dans un coffrage cy- lindrique de 60 mm d’épaisseur. Compte-tenu des résultats des essais de convenance, une formulation de BFUP a pu être validée, permettant d’atteindre l’objectif d’un écrouissage en traction de 2 pour mille et d’un étalement compris entre 660 mm et 750 mm sur une durée de deux heures, avec un retrait endogène fortement réduit. La formulation de BFUP retenue a un rap- port eau/ciment entre 0.21 et 0.23 et un dosage de 3.25 % en volume de fibres d'acier droites. Elle présente à l'état frais une consistance de classe SF 2 comparable à un béton autoplaçant. Sa résistance à la traction uniaxiale à 28 jours est supérieure à 10 MPa et son écrouissage en traction est de l'ordre de 2 pour mille. Essai en mer Coffrage La coque de 60 mm de BFUP qui entoure la tourelle a été coulée grâce à un coffrage métallique tronconique de 2 mm d’épais- seur, 4,60 m de hauteur, d’un diamètre de 3,37 m à la base et de 2,48 m en haut. Pour cela la subdivision des Phares & Balises de Lorient a relevé précisément les dimensions de la tourelle et fourni un plan détaillé à une entreprise externe de chaudronnerie qui a façonné par roulage les tôles. Ensuite La subdivision les a assemblées entre elles en Rénovation d’une structure d’un établissement de signalisation maritime par béton fibré ultra-performant Par Nicolas Fady, CEREMA – DtecEmf/DT/TSMF/PIE, Technopôle Brest Iroise, Plouzané, France & Emmanuel Denarie, MCS-ENAC, Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL), Suisse
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Bulletin de l’AISM 2014/1 l IALA Bulletin 2014/150
focus on visual aton
Contexte et motivation
Le CEREMA teste différentes méthodes de ré-paration du génie civil des ouvrages de signali-sation maritime telles que le béton projeté parvoie sèche ou les espars en composite.
Dans ce cadre une opportunité a été saisiede travailler avec le Service des Phares &Balises de Lorient et le laboratoire de Main-tenance, Construction et Sécurité des Ou-vrages, de l’Ecole Polytechnique Fédérale deLausanne (Suisse) sur les bétons fibrésultra-performants (BFUP) appliqués à la ré-paration des ouvrages de génie civil en mer.
En effet l’utilisation des BFUP développéeau MCS/EPFL depuis 1999 et appliquée avecsuccès pour les interventions sur les ou-vrages routiers existants répond à troiscontraintes identiques à celles rencontréespour les ouvrages en mer:u la recherche d’une étanchéité parfaiteet durableu la réduction du temps d’interventionpar la mise en oeuvre de faibles épaisseursu au besoin la possibilité de renforcerl'ouvrage avec le maximum d'efficacité
Pour valider cette approche, un essai pilotepleine échelle d'application de BFUP coulé enplace par hélicoptère a été réalisé en juin 2013sur une tourelle à l'entrée de la rade de Lorient.
Présentation de l'ouvrage
La tourelle du Cabon est un ouvrage de si-gnalisation diurne. Elle se situe à l’entrée dela petite mer de Gâvres, au sud de la radede Lorient. Il s'agit d'une maçonnerie debéton grossier, âgée de 70 ans environ, tron-conique, d'une hauteur de 4,55 m et de 3,25m de diamètre à la base. Les fissurations constatées sur la maçonneriesemblant être la conséquence d’une réactionde gonflement, des carottages ont été réalisésafin d’être analysés au microscope électro-nique à balayage. Les résultats de ces analysesn'ont pas clairement révélé de pathologiestrès actives de gonflement telles que l’alcali-réaction ou les réactions sulfatiques. Une membrane continue de 60 mm d'épais-seur de béton fibré ultra-performant écrouis-sant en traction, coulée en place et recouvrantentièrement la tourelle, a alors été préconisé.
Cette intervention présentait le triple avantage :u d’assurer une étanchéité totale vis-à-visde la pénétration de l’eau de mer et parconséquent des chlorures et des sulfates,u de ceinturer la tourelle d’un matériauparticulièrement durable et résistant,u de fournir une capacité de déformationde l'ordre de 2 pour mille en traction, permet-tant de compenser dans une large mesured'éventuels gonflements résiduels encore ac-tifs, sans présenter de fissuration localisée.
Méthodologie
Un partenariat a alors été établi avec l’entre-prise Lafarge ayant une longue expérienceavec les BFUP et possédant la logistique lo-cale nécessaire pour cette application, avecpour objectif de développer une formulation
de BFUP écrouissant en traction, adaptée aucoulage en place dans ce cas.
Ces essais se sont alors déroulés en 2étapes.
1. Essais préliminaires de convenance à terre2. Essai pleine échelle en mer
Essais à terre
Ils avaient pour but :1. d'optimiser la recette du BFUP par rap-port aux contraintes spécifiques de ce chan-tier en matière d’ouvrabilité etd’écrouissage en traction. Pour ce faire 3différentes formulations de BFUP ont ététestées avec différents dosages en fibres.2. De tester avec le personnel de la subdi-vision des Phares & Balises de Lorient lamise en place de BFUP dans un coffrage cy-lindrique de 60 mm d’épaisseur.
Compte-tenu des résultats des essais deconvenance, une formulation de BFUP a puêtre validée, permettant d’atteindre l’objectifd’un écrouissage en traction de 2 pour milleet d’un étalement compris entre 660 mm et750 mm sur une durée de deux heures, avecun retrait endogène fortement réduit.
La formulation de BFUP retenue a un rap-port eau/ciment entre 0.21 et 0.23 et undosage de 3.25 % en volume de fibresd'acier droites. Elle présente à l'état fraisune consistance de classe SF 2 comparableà un béton autoplaçant. Sa résistance à latraction uniaxiale à 28 jours est supérieureà 10 MPa et son écrouissage en traction estde l'ordre de 2 pour mille.
Essai en mer
CoffrageLa coque de 60 mm de BFUP qui entourela tourelle a été coulée grâce à un coffragemétallique tronconique de 2 mm d’épais-seur, 4,60 m de hauteur, d’un diamètre de3,37 m à la base et de 2,48 m en haut. Pourcela la subdivision des Phares & Balises deLorient a relevé précisément les dimensionsde la tourelle et fourni un plan détaillé à uneentreprise externe de chaudronnerie qui afaçonné par roulage les tôles. Ensuite Lasubdivision les a assemblées entre elles en
Rénovation d’une structure d’unétablissement de signalisation maritimepar béton fibré ultra-performant
Par Nicolas Fady, CEREMA – DtecEmf/DT/TSMF/PIE, Technopôle Brest Iroise, Plouzané, France& Emmanuel Denarie, MCS-ENAC, Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL), Suisse
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procédant au montage à blanc en atelier.L’une des difficultés était d’assurer une étan-chéité parfaite du fait de la fluidité du BFUPnécessaire pour cette application. De plus,le coffrage devait être suffisamment rigideet résistant pour supporter la poussée hy-drostatique du BFUP frais.C’est pourquoi un radier a été réalisé aupréalable au pied de la tourelle, pour offrirune surface plane permettant de position-ner parfaitement le coffrage et de l'ancrerau moyen de chevilles forées pour assurerl’étanchéité du système.Sa mise en place autour de la tourelle s’esteffectuée par hélitreuillage. La capacitémaximum de levage de l’hélicoptère était de900 kg. Il a donc fallu pré-assembler le cof-frage en 2 parties à terre, au plus près de latourelle. Les 2 rotations nécessaires n’ontduré que 18 minutes alors qu’il aurait falluplus d’une journée pour assembler le cof-frage sur place.
CoulageLa fabrication du BFUP a été assurée parles techniciens de Lafarge, dans la centralede béton prêt à l'emploi de Keryado, à Lo-rient. Le prémix a été envoyé directementdans le malaxeur via le tapis convoyeur, l’au-tomate gérant l’introduction des adjuvantset de l’eau alors que les fibres étaient dé-versées manuellement.La centrale a ainsi produit 5 m3 de BFUP en4 gâchées. Les deux premières ont été ache-minées par camion-toupie à Gâvres où lesattendait l’hélicoptère. En parallèle, le Dé-partement Laboratoire de Saint-Brieuc duCEREMA effectuait des tests d’étalementdu BFUP, d'abord à la centrale, avant le dé-part du camion toupie, puis avant son envolvers la tourelle. Compte tenu de la chargemaximale de 900 kg de l’hélicoptère, leBFUP a été transporté jusqu'à la tourellepar bennes de 300 litres, soit 780 kg envi-ron. Huit rotations de l'hélicoptère ont éténécessaires pour mettre en place lecontenu du premier camion-toupie.Une demi-heure plus tard le second ca-mion-toupie arrivait et c’est à nouveau 8trajets que l’hélicoptère effectuait pour finirde remplir le coffrage.
L'opération de mise en place du BFUPn’aura duré qu’à peine 2 heures depuis l'ar-rivée sur site d'héliportage du premier ca-mion toupie.
DécoffragePour des raisons d’organisation, le décof-frage n’a pu avoir lieu que 12 jours après lecoulage. Comme les tôles avaient été sou-dées entre elles de l’intérieur pour assurerl’étanchéité, la subdivision a découpé à lameuleuse le coffrage verticalement. Il a suffitensuite de tirer a l’aide d’une embarcationpour faire tomber le coffrage. Celui-ci aalors été découpé au chalumeau pour pou-voir être évacué.
Examen des surfaces de BFUPD’une manière assez inexplicable, seules 3zones d’une surface très limitée – quelquesdizaines de cm² – ont présenté des manquesde matériau. Elles ont été ragréées à l’aided’un mortier fibré. Le BFUP s’est par ailleursbien réparti tout autour de la tourelle et lasurface obtenue a été globalement bien ré-gulière, sans bullage important. Vingt huit jours après le décoffrage, le BFUPne présentait pas de signe significatif d’unemauvaise qualité ou d’une mauvaise mise enœuvre. On a pu observer tout au plus unemicro-fissuration de surface uniformémentdistribuée qui montrait que le fibrage duBFUP fonctionnait de manière efficace. Lerendu de surface du BFUP est globalementde très bonne qualité et uniforme.
Conclusions et perspectives
Cette première expérience positive d’utilisa-tion du BFUP comme technique de répara-tion des ouvrages de génie civil en mer aouvert la perspective d’autres utilisations surdes ouvrages maritimes plus importants.
L’étude prospective de l’utilisation d'élé-ments en BFUP préfabriqué dans l’agrandis-sement du quai de Kergroise à Lorientréalisée par le CEREMA de Nantes en 2010avait montré l'intérêt de ce type de maté-riaux dans le contexte portuaire.L'application réalisée à la Tourelle du Cabon
selon les principes d'intervention dévelop-pés pour les ponts routiers au MCS/EPFLconstitue une première au titre de BFUPcoulé en place sur un ouvrage de génie civilen mer. Elle permet de valider la faisabilitétechnique de cette méthode. Dans la continuité de ce qui a été réalisé àLorient et suite aux tempêtes de janvier etfévrier 2014, l’EPFL et CEREMA travaillentactivement à l’élaboration d’un projet derenforcement du phare de la Jument, situéà la pointe de la Bretagne, faisant égalementappel aux BFUP. En effet c’est bien dans ce contexte d’envi-ronnement très agressif et de temps d’in-tervention très limités que les BFUPmontrent tout leur intérêt. n
SummaryThe extremely low permeability of UHPFRC,associated to its outstanding mechanical pro-perties makes them especially suitable to reju-venate marine marking turrets or lighthousesat sea. Those structures have a very severe en-vironment and very limited access due to tideand weather conditions. They require extremelyefficient intervention methods. Similarly towhat is done on existing bridge decks or buil-ding slabs, UHPFRC provides in this case aunique and robust solution with a vision to sim-plify and shorten the rehabilitation processwith long term durability. In this context, anexisting turret, off the south Brittany coastnearby Lorient (France), was reinforced with a60 mm UHPFRC layer. The UHPFRC was castin place by a helicopter in a formwork aroundthe existing masonry structure. The UHPFRC formulation was specifically tailo-red to this application with a tensile strain har-dening response, limited shrinkage, and anoptimized rheology (self-leveling) for a fast fil-ling of the formwork to minimize the use of he-licopter time.
