Jean-François TEISSIERSIAAP DGT, Chargé d’opération

Pascal BRIANDRAZEL, Directeur de chantier

Philippe AUTUORIBOUYGUES TP

Patrick PELTIERSTRADAL, Directeur technique

Benoît de RIVAZ BEKAERT, Directeur technique

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E TUNNEL DES BLAGIS : E TUNNEL DES BLAGIS : 38 anneaux en béton de fibr38 anneaux en béton de fibr es métalliqueses métalliques

1 - PRESENTATION DUCHANTIERDans le cadre du schéma directeur d’assainis-sement de la région parisienne, le SIAAP alancé en 2002 la construction d’un ouvraged’assainissement entre les communes deFontenay-aux-Roses et Cachan, confiée à ungroupement d’entreprises RAZEL, SPIEBatignolles TPCI et BOUYGUES TravauxPublics, sous maîtrise d’œuvre SIAAP DGT.

Ce tunnel foré d’une longueur totale de3520 m et de diamètre intérieur fini 3m08, aété réalisé en deux tronçons à partir d’unpuits intermédiaire situé sur la commune deBourg-la-Reine. Il est destiné d’une part àaméliorer et renforcer le réseau d’assainisse-ment de la Bièvre, mais aussi à servir de stoc-kage tampon des eaux d’orage (capacitétotale de 25 000 m3), et ainsi limiter lesdéversements en Seine et les inondationsd’une partie de Bourg-la-Reine.

Calé à une vingtaine de mètres de profon-deur dans un horizon géologique composéprincipalement de calcaire de Saint Ouen etsous nappe d’eau d’une hauteur d’une dizainede mètres, le tunnel a été réalisé à l’aide d’untunnelier de type fermé, à attaque ponctuelle(bras d’abattage muni d’un godet ou d’unefraise) et confinement du front à l’air com-primé. Le revêtement est constitué de vous-soirs préfabriqués d’épaisseur 23cm, et delongueur annulaire de 1m20, posés au fur età mesure par un érecteur central à préhen-sion par vis, avec mise en place de mortierdans le vide annulaire en arrière de la jupepar un point d’injection à travers les vous-soirs. Ces anneaux universels comprennentsix voussoirs (trois voussoirs courants, uneclef et deux contre-clefs) pour un pincementde 35mm.

2 - ESSAIS SUR VOUSSOIRSFIBRES : PROCEDURELe SIAAP et le groupement d’entreprises ontdécidé, dans le cadre d’un protocole d’essai,de poser des voussoirs fibrés sur un linéairede 50m environ. Pour ce faire, une procédurea été mise en place, en partenariat avec lepréfabricant STRADAL, permettant de vali-der, étape par étape, par des essais prélimi-naires, la conception des voussoirs fibrés.

La première étape de cette conception étaitle choix de la composition du béton. En effet,les fibres ne doivent pas être considéréescomme un ajout non perturbant (contraire-ment aux armatures passives), mais commeun granulat spécifique intervenant dans larhéologie du béton. De ce fait, la formulationdu béton doit être adaptée. Une série d’es-sais a été réalisée dans le laboratoire bétonde BOUYGUES TP, afin de déterminer la for-mulation qui représente le meilleur compro-mis Rhéologie / Performance.

Ces essais ont également permis la compa-raison entre 2 longueurs de fibres. Les résul-tats des essais en laboratoire étant sensible-ment identiques, il a été décidé de

poursuivre l’expérience avec les plus longues(type 80/60) qui autorisent une plus grandedéformation avant rupture.

La deuxième étape fut la réalisation d’essaisgrandeur nature : bétonnage de 4 voussoirsarmés de fibres Dramix RC 80/60 BN(BEKAERT) suivant la formulation issue del’étape précédente, avec 3 variations dedosage en fibres (à comparer avec le ratio d’ar-matures des voussoirs classiques : 85kg/m3) :1 voussoir contre-clé (50kg/m3), 1 voussoirstandard (40kg/m3), 1voussoir standard + 1clé (30kg/m3). Des carottages en diamètre100 mm ont ensuite été réalisés sur l’ensembledes voussoirs, selon un plan de carottage

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préétabli, avec des prélèvements répartissur toute la surface des voussoirs (au cœuret à proximité des joints). Les tests réalisésdans ce laboratoire ont permis de mesurerle comportement du béton fibré soumis àdes essais d’écrasement en compression etde traction par fendage, et notammentd’obtenir des contraintes admissibles enfonction de la distribution des résultatsexpérimentaux.

Un essai par rupture 3 points d’une poutreconstituée à partir du sciage d’un des vous-soirs d’essai a également apporté des infor-mations complémentaires quant au compor-tement du matériau sous flexion.

La troisième et dernière étape pour valider laconception des voussoirs fut la modélisationpar éléments finis d’un voussoir, et son étudeavec les mêmes cas de charge que les vous-soirs classiques, et en particulier le cas decharge critique vis-à-vis de la traction dans levoussoir (à savoir poussée des vérins du tun-nelier sur le voussoir appuyé sur l’anneauprécédent). La modélisation a montré que cecas de charges génère des contraintes detraction présentant un coefficient de sécuritésuffisant par rapport à la contrainte admis-sible garantie dans le béton, résultant del‘analyse des essais.

Le résultat de ce processus préliminaire a étéde valider la composition du béton avec undosage de fibres de 30kg/m3. La décision aalors été prise conjointement entre les diffé-rents partenaires de lancer la production de38 anneaux en béton fibré, afin de les mettreen place dans le tunnel.

3 - PRODUCTION DESVOUSSOIRSLes voussoirs du chantier des Blagis sont pro-duits dans un atelier spécialisé de l’usine depréfabrication, équipé d’un carrousel de cir-culation des moules et disposant d’uneannexe dédiée à l’assemblage des cagesd’armatures (montage des sous-ensemblessur gabarits).

La production en petite série de voussoirsfibrés a nécessité l’aménagement de la cen-trale à béton pour la doter d’un dispositif dedosage des fibres (bol vibrant) opérant parpesage (élément indispensable pour garantirla régularité des dosages et rester productif).

Le malaxeur est de type cuve tournante avectrain valseur, de capacité 1 m3 de béton fini,bien adapté pour ce type de béton.

Le cycle de préparation du béton a étéadapté, avec :• une introduction des fibres via la trémiebascule des granulats, donc leur introductiondans le malaxeur avec les composants secs • un temps de malaxage allongé en phasehumide pour assurer une bonne homogé-néité de la répartition des fibres (mise aupoint par essais préalables)

La pratique continue du béton fibré néces-site une attention particulière sur le net-toyage plus fréquent des équipements pouréliminer assez vite les cas d’accumulation debéton (sur les pales du malaxeur, dans desangles de trémies ou guides de tapis, surdes articulations de pièces mobiles comme

les portes …) qui avec la présence de fibrespeuvent s’accroître assez vite.

Il faut donc aussi rationaliser les moyens detransfert du béton vers le point de coulage eten adapter les détails de conception.

Le coulage ne pose pas de problèmes : lebéton, normalement ferme, se répartit bien àla vibration, sans ségrégation (la recette étantconçue en conséquence) et descend rapide-ment aux reins du voussoir puisqu’il n’y a pasl’obstacle de l’armature.

L e tunnel de Blagis : 38 anneaux en béton de fibres métalliques

L’ouverture des capots du moule, le tirage àla règle de l’extrados et son talochage fins’effectuent dans les mêmes délais qu’en tra-ditionnel. Le talochage nécessite une adapta-tion de pratique par les opérateurs pour nepas accrocher de fibres et les relever et assu-rer le même niveau de finition.

Le stockage des fibres (big bags) est moinsvolumineux que des cages d’armatures ; il estpar contre nécessaire de les maintenir à l’abri(humidité) en respectant les préconisationsdu fournisseur, donc de prévoir une zoneadaptée, couverte et dotée des moyens detransfert vers le doseur.

4 - POSE DES VOUSSOIRSLes voussoirs sont transportés par camiondepuis l’usine de préfabrication d’Aubergenville,puis descendus dans le puits de départ sur unchariot de transfert à l’aide d’une pince spéci-fique, en trois paquets de deux voussoirspositionnés dans le sens transversal. Unpalonnier muni de trois ventouses permet ledépilage pour transfert vers l’érecteur dans letrain suiveur.

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Un érecteur hydraulique à 6 degrés deliberté, muni d’une vis de préhension, per-met ensuite la pose des 6 voussoirs dans lajupe du tunnelier.

Les anneaux sont liaisonnés longitudinale-ment par des broches, mais ne sont pas reliésentre voussoirs par des boulons.

L’excavation étant poursuivie durant la posed’un anneau, la poussée complète d’un vous-soir peut être effectuée dès l’anneau posé,par l’intermédiaire des 8 vérins de poussée.

Afin que les essais aient une valeur représen-tative, les anneaux en béton de fibres métal-liques ont été posés sans modalités particu-lières, dans des conditions strictementidentiques aux autres voussoirs, tant du pointde vue manutention et stockage, que dupoint de vue mise en œuvre et poussée de lamachine.

5 - CONSTATATIONSSur l’ensemble des anneaux posés, il a étéconstaté une seule anomalie : l’apparitiond’une fissure, dans les conditions suivantes :

• apparition de la fissure au niveau du radierde l’ouvrage, sur le dernier anneau posé(anneau 951), immédiatement lors de lapoussée pour pose de l’anneau suivant

• reprise d’une poussée après une nuit d’ar-rêt (pression plus importante pour "décoller"la machine)

• appui dissymétrique lié à une mauvaise fer-meture de l’anneau posé,

• poussée très hétérogène liée à un besoinde faire tourner la machine.

Une réparation a été aussitôt faite par colma-tage de la fissure.

La fissure étant apparue sur toute la longueurde l’anneau, elle est vraisemblablement dueà un effort de traction pure, et de ce fait ilest probable que des aciers passifsauraient mieux limité l’ouverture de la fis-sure (en effet cette configuration de poseavait déjà été constatée pour des voussoirsclassiques et n’avait pas donné lieu à l’ap-parition de fissure ou d’une ouverture plusréduite et difficile à visualiser compte-tenude sa localisation ).

L’analyse de cette fissure semble montrerqu’elle est principalement due au mode demise en œuvre des anneaux. En effet, du faitdu diamètre réduit et de la conception de lamachine et de son train suiveur, l’injection duproduit de bourrage ne peut s’effectuer quepar un seul point par anneau et au travers desvoussoirs. Pour permettre un bon remplis-sage du vide annulaire, cette techniquenécessite l’utilisation d’un mortier de bour-rage relativement fluide. Cette relative flui-dité ne permet pas, dans certaines configura-tions extrêmes de poussée, de générer unepression radiale suffisante pour empêcherune déformation de l’anneau conduisant àdes fissurations.

Ce fut le cas au droit de l’anneau 951 où letunnelier a exercé une poussée relativementforte et principalement sur la partie basse del’anneau, générant l’apparition d’une fissure,localisée à 6 heures.

Malgré cette non-conformité, des avantagesont été constatés, notamment sur la réduc-tion des épaufrures lors des manutentions etmise en place, ainsi que la facilité de répara-tion lors de l’apparition des désordres. Eneffet, les renforcements par fibres métal-liques permettent une bonne tenue desarêtes des voussoirs pendant la phase demise en œuvre, alors qu’il est toujours difficilede renforcer ces angles avec les armaturestraditionnelles, compte tenu des enrobages.

6 - CONCLUSIONAprès une phase d’études et d’essais enlaboratoire, menées en collaboration avectoutes les parties, 38 anneaux ont été posésen galerie. La seule fissure constatée est pro-bablement liée au mode de mise en œuvre.

L’utilisation des voussoirs fibrés pour leschantiers de tunnel semble être une bonnesolution, à condition d’adapter les moyensd’injection dans la méthode de creusementdès la phase de conception : plusieurs pointsd’injection situés à l’arrière de la jupe per-mettraient un meilleur serrage de l’anneau etdonc une meilleure répartition des efforts lorsde la poussée des vérins du tunnelier.

L’expérience des 38 anneaux de voussoirsfibrés sur le chantier des Blagis estconcluante, en particulier d’un point de vueéconomique : la fibre est plus coûteuse au kgqu’une armature traditionnelle, mais sondosage relatif au m3 de béton est en généralplus faible. Cette situation est fonction dechaque ouvrage, du dosage d’armature qu’ilsuggère en rapport avec le volume de l’an-neau. Cette expérience permet d’envisagerune économie qui pourrait atteindre 5% duprix d’un anneau.

En plus de leur intérêt économique, les vous-soirs fibrés apportent d’autres avantages,parmi lesquels :

• moins d’épaufrures constatées

• réparation plus facile

• les fibres augmentent la résistance à l’abra-sion mécanique, ce qui est important pourles tunnels avec circulation d’eau

• bonne durabilité des bétons fibrés : dégra-dation liée à la corrosion moins importanteque pour les bétons armés classiques, du faitdes petites dimensions des fibres et de leurintégration dans le squelette du béton.

L e tunnel de Blagis : 38 anneaux en béton de fibres métalliques

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