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L'étanchéité des voussoirs préfabriqués en béton

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www.aftes.asso.fr

ASSOCIATION FRANÇAISE DES TUNNELSET DE L’ESPACE SOUTERRAIN

Organisation nationale adhérente à l’AITES

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PRÉAMBULE

Le groupe de travail n° 9 sur l’étanchéi-té des tunnels de l’AFTES, a établi et pu-blié un texte de recommandations surl’étanchéité des revêtements de tunnel réa-lisés à l’aide de voussoirs préfabriquésen béton.

Ce texte traitait essentiellement des jointsd’étanchéité et des points directement enrapport avec ceux-ci.L’étanchéité du tunnel n’étant pas uni-quement concernée par les joints de cetype de construction, il est apparu né-cessaire de “compléter” le travail deréflexions sur les autres causes pouvantaffecter l’étanchéité, et de proposer desrecommandations de prévention

TYPES DE DESORDRESPOUVANT AFFECTERL’ÉTANCHÉITÉ(hors joint d’étanchéité proprement dit)

- Porosité de masse

- Fissuration liée à une sollicitation tem-poraire ou définitive

- Fissuration due au retrait du béton (in-signifiant dans le cas des voussoirs).

- Défauts ou désordres affectant la gorgeou la surface d’appui du joint d’étan-chéité.

ANAYSE DES ORIGINES DESDÉSORDRES POUVANTAFFECTER L’ÉTANCHÉITÉDES REVETEMENTS DEVOUSSOIRS

On distinguera les causes liées :1. aux matériaux constituant les vous-soirs2. A la fabrication des voussoirs3. Aux transports et stockage des vous-soirs4. A la mise en place des voussoirs5. aux sollicitations dues à la pousséedu bouclier6. Aux injections de bourrage de l’espaceannulaire résiduel entre l’extrados desvoussoirs et l’excavation7 - Au fonctionnement définitif de l’anneauet des voussoirs.Cette énumération montre bien qu’àchaque stade de la vie du voussoir, desévénements peuvent affecter l’étanchéitédu tunnel.Afin de simplifier la lecture, le détail del’analyse de ces causes et des remèdespouvant y être apportés sont présentéssous forme de tableau.

TUNNELS ET OUVRAGES SOUTERRAINS — N° 132 — SEPTEMBRE/OCTOBRE 1995 1

AFTES - GROUPE DE TRAVAIL N°9

TEXTE DES RECOMMANDATIONS RELATIVES A

L’ÉTANCHÉITÉ DES VOUSSOIRS PRÉFABRIQUÉS EN BETON

Avant approbation définitive, l’AFTES recueillera avec intérêt toute suggestion relative à ce texte

ORIGINE TYPE DE CAUSES POSSIBLES PRÉCAUTIONS DES DÉSORDRES DÉSORDRES DE DESORDRES OU REMEDES SUGGÉRÉS

1 - Matériaux Porosité excessive Compacité insuffisanteCourbe grunulométrique discontinue Etude laboratoire particulière de formulation de

béton avec contrôle de porosité.Dosage en ciment et adjuvants

Dégradation du béton Réaction physico-chimique avec Recherche et analyse des éléments naturelsl’environnement extérieur ou intérieur ou artificiels (pollution) contenus dans le sol et du tunnel pouvant affecter la durabilité du béton

Mise en œuvre d’une étanchéité avec undeuxième revêtementProtection du béton à son extrados (coaltar)

Qualité du liant hydraulique Contrôle de l’adéquation du béton et notammentdu ciment avec le milieu environnant

Adéquation liant-granulats Choix du ciment

élaboré parM. LONGCHAMP (Bouygues),

MERCIER (SOFRETU)et MEYNIEL (RATP)

Nota : les désordres soulignés sont les plus fréquemment rencontrés.

2 - Fabricationdes voussoirs

Hétérogénéité (nid decailloux ségrégation)

Toutes causes liées aux conditions demise en œuvre du béton et notammentinsuffisance de VIBRATIONS

Adéquation de la définition des armatures avec lacomposition du béton (espacementarmatures/dimension des granulats).Puissance de vibration à contrôler.Etude expérimentale des effets de la vibration et deszones d’influence et d’efficacité.Pour les grandes pièces, appui élastique entre lemoule et son support de façon à ne pas empêcher lavibration.Etanchéité du moule.

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2 TUNNELS ET OUVRAGES SOUTERRAINS — N° 132 — SEPTEMBRE/OCTOBRE 1995


2 - Fabricationdes voussoirs(suite)

Bullage (àl’emplacement du joint)

Défaut géométrique desvoussoirs

Epaufrures, cassuresd’arêtes, fissuration

Epaufrures, cassuresd’arête, fissuration

Défauts de collage desjoints

Défauts de protectiondes joints hydrogonflants

Epaufrures, cassuresd’arêtes fissuration

Rugosité des surfaces coffrantes usinéesInsuffisance de vibrationProduit de démoulage

Tolérance de fabrication des moules

Raideur déformation moule

Cinématique de décoffrage des piècesmobiles inadéquates

Choc thermique, notamment audémoulage(delta t entre béton et températureextérieure)

Effets des appareils de manutention desvoussoirs : préhension, retournement

Adhérence du béton au moule

Résistance du béton à jeune âge

Défauts de ferraillage :tolérance de fabrication des cages

Positionnement des cages d’armaturesdans le moule

Inadéquation du complexe joint : colle-béton

Mauvaise mise en œuvre

Colle périmée.

Gonflement avant pose

Effet des chocs accidentels oud’accostage

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

Spécifier la rugosité des surfaces coffrantes.

Spécifier au constructeur de moules lestolérances de fabrication du moule fini parrapport au volume théorique constituant levoussoir, et non pas seulement des tolérances surdes longueurs et planéités.

Voir fascicule 56A.

Veiller particulièrement aux tolérances sur lesangles des surfaces d’appui entre voussoirs etentre anneaux.

Dimensionnement du coffrage intégrant les effetsde la vibration.

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

Analyse des sollicitations des voussoirs enfonction des appareils effectivement utilisés pourles manutentions et manœuvres de voussoirs.

Intégrer l’effort d’arrachement (succions) dudémoulage. Protection en matière compressibledes zones de contact entre appareils et voussoir.

Spécifier au constructeur de moule la rugositédes faces coffrantes.

Choix du produit de décoffrage et/ou durevêtement éventuel du moule.

Eviter les arêtes vives.

Contrôle de la résistance effective du béton audémoulage.

Tolérances sur enrobage des armatures àspécifier sur plans.

Montage des cages d’armatures sur gabaritsprécis et spécialisés par type de voussoirs.

Contrôle spécifique.

Calage des cages d’armatures.

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

Date de péremption à prévoir sur emballage.

Respect de la DPO de la colle.Conditions de stockage à préciser et à contrôler.

Protection adéquate aux intempéries.

Etablir des procédures détaillées pour chacunedes opérations de manutention et de stockage.

Prévoir sur appareil de stockage, transport etmanutention, des appuis garnis de matériauxcompressibles.

Prévoir sur stock un calage adapté entre lesvoussoirs.

Prévoir des équipements de manutention avecdes vitesses d’approches faibles (ou commandede vitesse de type “proportionnel”).

3 - Transport etstockage desvoussoirs

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3 - Transport etstockage desvoussoirs(suite)

Empilage exagéré.

Soigner la nature, l’implantation et le nivellementdes appuis de stockage et de leur fondation.

Gérer le stock de façon à éviter les reprises demanutention inutiles.

Prévoir des surfaces de stockage suffisantes.

4 - Mise en placedes voussoirs

Epaufrures, cassuresd’arêtes fissuration

Cassures d’angle de clefou de contre-clef

Destruction du joint parfrottement ouaccrochage

Déboitement de la cleflors de l’accostage final.

Voir chapitres 2 & 3.

Conditions de la cinématique de posedes voussoirs

Ferraillage insuffisant

Montage trop serré de l’anneau devoussoir

Frottement excessifCollage défectueux.

Absence d’auto-guidage de la clef.

Etude de l’évolution du voussoir dans sonenvironnement immédiat durant son approche etsa mise en œuvre.

Etude précise des interfaces clefs, contre-clefs etmachine lors de la conception de l’anneau et dela machine.

Tenir compte des efforts parasites accompagnantsouvent l’introduction de la clef entre les contre-clefs.

Contrôle de distance libre entre contre-clef avantpose de la clef.

Rigueur et contrôle de la pose des voussoirs dupremier au dernier voussoir.

Graisser les joints longitudinaux avant pose duvoussoir.

Contrôler la qualité du collage des joints.

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

5 - Sollicitationsdues aubouclier

5.1 - Poussée

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

Mauvaise condition d’appui des patinsdes vérins de poussée.

Mauvaise transmission des efforts depoussée entre les anneaux devoussoirs.

Effet arrière des vérins de pousséedans le cas de courbe de faible rayon.

Effort excessif des vérins de poussée.

Pression excessive des patins de vérinsde poussée.

Prévoir patins d’appui en matière semi élastique.

Contrôle de la cinématique du débattement desvérins dans les courbes de rayons minimum.

Analyse du cheminement des forces d’anneau enanneau successifs.

“Serrer” les tolérances de fabrication desvoussoirs.

Prévoir disposition de “filtrage” des efforts entreles anneaux.

Montage du vérin sur anneau élastique ou autredispositif adapté permettant l’angulation relativedu corps du vérin par rapport à la structure dubouclier.

Préférer le réglage de pression par groupe devérins 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 zonesd’appuis des patins de vérins et les zonesd’appuis entre anneaux.

5.2 - Frottementdu boucliersur lesanneaux

Cassures d’arêtes,fissuration

Désordres sur faced’appui entre voussoirs

OvalisationDéboitement de clef.

Jeu revêtement/Jupe insuffisant

Montage excentré de l’anneau

Guidage bouclier

Pression d’injection excessive

Répartition de l’injection entre lesdifférents points d’injection maléquilibrés.

Définition du jeu à l’aide d’épure

Jupe avec articulation libre

Procédure de définition de l’implantation enrotation de l’anneau

Equipement de guidage navigation performant

En cas d’écart, définition d’une courbe derattrapage compatible avec le projet, la machineet le pincement de l’anneau.

Prévoir une sécurité active et une sécuritépassive vis-à-vis des pressions maxi sur ledispositif d’injection.

Prévoir dispositf de contrôle de la répartition del’injection.

6 - Sollicitationsdues àl’infection duproduit debourrade

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6 - Sollicitationsdues àl’infection duproduit debourrade(suite)

Remontée d’anneau sousl’effet de la pressiond’Archimède.

Injection incomplète.Produit de bourrage mal adapté.

Etude de convenance du produit de bourrage

Ajuster la pression d’injection.

Dysfonctionnement des matériels et équipementsd’injection de bourrage.

7 -Fonctionnementdéfinitif del’anneau devoussoirs

Désordres divers (peucourants)

Déplacement entrevoussoirs ou entreanneaux

Effets dus aux sollicitations conjuguéesde la napper, du sol, des charges etsurcharges internes.

Vieillissement de l’ouvrage

Divers

Définition des hypothèses de calcul

Connection électrique entre voussoirs

Protection cathodique

Qualité des matériaux

Enrobage des aciers

Liaison entre anneaux (connecteur, centreur...)

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