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Journées Nationales de Géotechnique et de Géologie de l’Ingénieur JNGG2014 – Beauvais 8-10 juillet 2014
SECURISATION DU PONT DE LA RIVIERE DES MARSOUINS PAR CONFORTEMENT ET CEINTURAGE PAR MICROPIEUX
REINFORCEMENT BY MICROPILES TO SECURE THE BRIDGE OF MARSOUINS RIVER
Clément BOIS1, Alban NICOLINI2
1 ROCS (filiale de GTS), La Réunion, France, [email protected] 2 GTS (groupe NGE), Saint Priest, France, [email protected]
RÉSUMÉ — Le pont de la rivière des Marsouins est un pont stratégique du réseau
routier (secteur Est de La Réunion), situé sur la commune de Saint Benoît où passe
la RN2. Il s’agit de travaux sensibles en rivière, dont le bassin versant est
mondialement connu pour ses records de pluviométrie et la beauté de ses canyons
(Takamaka). ROCS, mandataire du groupement, a été missionnée par le Service
Ouvrage d’Art de la Région Réunion (SOA) pour le confortement des quatre piles du
pont par forages et injections de traitement. La variante proposée consistait au
confortement des culées, avec un ceinturage par micropieux couplé à de l’injection
de comblement sous chaque pile du pont. Cette solution a été préférée à la solution
de base, qui proposait un traitement sous les piles par Jet Grouting. Une enceinte
étanche composée de micropieux jointifs types I et III, de diamètres 250 mm, a donc
été réalisée autour de chacune des quatre piles du pont pour améliorer le sol sous-
jacent et limiter les risques d’affouillement sous les fondations en cas de crue
cyclonique. Quant aux culées, le perré a été conforté par béton projeté teinté et les
cavités immergées l’ont été par comblement en béton colloïdal par des plongeurs
scaphandriers. Cette opération de grande envergure et très technique, qui a
commencé en mai 2012 et qui s’est terminée en février 2013, est présentée dans cet
article.
ABSTRACT — The bridge of the "Marsouins" river is a strategic bridge of the road
network located on the city of Saint Benoît (Reunion Isle) where passes the RN2.
These works are realized in a sensitive environment, whose watershed is worldwide
known for its records of rainfall and the beauty of the canyons (Takamaka). ROCS,
authorized representative of the consortium, was commissioned by the Department
of Road Structure for the reinforcement of four piers of the bridge, by drilling and
injection treatment. The proposed variant involved to the reinforcement of the
abutments, by creating a belt of micropiles around the piers, coupled to the injection
of filling under each of the bridge battery. This solution was preferred to the basic
solution, which proposed treatment under the piles using Jet Grouting. A sealed
enclosure composed of contiguous micropiles (type I and III with a diameter of 250
mm), has been performed around each of the four piers of the bridge to improve the
underlying soil and reduce the risk of scour under the foundations in case of cyclonic
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flooding. As for the abutments, there was reinforced by projected stained concrete,
and submerged cavities were filled with colloidal concrete by deep-sea divers. This
highly technical construction, which began in May 2012 and ending in February 2013,
is presented in this article.
1. Introduction : projet de confortement des appuis
À l’Est de l’Ile de la Réunion, l’entrée dans la commune de Saint Benoît se fait par la
RN 2 franchissant la rivière des Marsouins sur un pont en béton de 115 mètres de
long (Figure 1 . Pont de la RN 2). L’ouvrage a la particularité d’avoir été construit en
1972 sur les appuis restants d’un ancien pont CFR (Chemin de Fer Réunionnais,
abandonné en 1975) en ajoutant deux autres piles. Le pont de la rivière des
Marsouins se situe dans un endroit réputé pour la beauté de ses canyons (Takamaka
et Bébour), dans une vallée très encaissée et coupée par de nombreuses cascades.
La rivière, qui prend sa source au Piton des Neiges, traverse donc un bassin très
arrosé avec des précipitations journalières maximales exceptionnelles, avant de
déboucher dans l’Océan Indien.
Afin de visualiser l'ouvrage, voici les caractéristiques du pont de la RN 2 :
- Ouverture totale : 115 m, environ 106 m hors piles
- Piles : 4 piles hémicylindriques en maçonnerie de 2.4 à 3.2 mètres de largeur
- Sous-poutre : 15.56 m NGR
- Fond du lit : 3.93 NGR
Figure 1 . Pont de la RN 2
L’ouvrage, pont stratégique du réseau routier de l’île, étant soumis aux fortes
intempéries cycloniques (le cyclone Bejisa en janvier 2014, le cyclone tropical
Gamède en 2007) est sous surveillance. Régulièrement, des inspections des appuis
immergés ont été programmées par la Commission Départementale d’Orientation
Agricole (CDOA), elles mettent en lumière l’abaissement du niveau du lit ainsi que le
déchaussement des massifs de fondations de certaines piles du pont. En 2008, un
diagnostic concernant la vulnérabilité des appuis préconisait un confortement
provisoire par enrochements des piles (particulièrement P1) en préparation à la
période cyclonique 2008/2009. En l’absence d’archive explicite, une campagne
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géotechnique par sondage carotté a été réalisée en 2008 afin de définir : la cote des
massifs, la nature et la granulométrie des alluvions sous les massifs, la nature et la
cote du substratum non affouillable au droit de chaque pile. Le résultat de cette
campagne a permis d’établir un profil géotechnique au droit de l’ouvrage, constituant
une base à l’analyse de la vulnérabilité et permettant de hiérarchiser les priorités.
2. Contexte géotechnique et hydraulique
2.1. Contexte géotechnique : alluvions et boue
Pour le diagnostic préalable, des sondages carottés et inclinés ont été réalisés selon
un plan d’implantation défini sur chaque appui en franchissant le massif de fondation
et traversant les alluvions, pénétrant de cinq mètres dans le substratum non
affouillable.
La campagne de sondage a révélé principalement deux formations : alluvions
grossières et coulée boueuse cimentée.
Les fondations des piles P1, P2, P3 et P4 sont constituées de ces formations
alluvionnaires grossières. Celles-ci sont composées de blocs de basalte (jusqu’à un
mètre de diamètre) de graviers et de sables. Lors de la phase travaux, un tubage à
l’avancement sera indispensable pour maintenir les parois du forage, de plus des
pertes de fluides et des circulations d’eau seront à envisager.
Quant à la coulée boueuse cimentée, elle est présente au droit des deux culées de
P1 et P4. Composée de limons marron entre les blocs, graviers et sables, elle est
marquée par un creusement entre les deux piles.
Faute de sondage ou de paramètre mesuré sur site, les caractéristiques
pressiométriques et de cisaillement ont été évaluées sur la base de références
similaires. (Figure 2 : Coupe longitudinale dans l'axe du pont)
Figure 2 . Coupe longitudinale dans l'axe du pont
2.1.1. Mesures hydrauliques : pluviométrie et crues
Le pont franchit la rivière des Marsouins dans sa partie aval environ un kilomètre
avant son débouché dans l’Océan Indien. La rivière dessine un méandre en amont
de la RN 2, favorisant la formation d’ilots. Naturellement hautes, les berges forment
une falaise de part et d’autre du pont de la RN2. Cette falaise est rendue instable par
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un affouillement en pied et menace les habitations et infrastructures routières (RD
54) en rive droite. (Figure 3 : vue Google earth)
Figure 3 . vue Google earth
Dans un bassin vaste doté d’un petit cours d’eau, les crues peuvent être
spectaculaires et en affouiller le lit et les berges comme les fondations des ouvrages.
Ces derniers voient les cotes basses de leurs fondations se rapprocher des niveaux
des lits. Celles du pont de la RN 2 supportent toujours les efforts mais elles prennent
leurs assises dans des alluvions crues très sensibles à l’affouillement.
Sans étude hydraulique de dimensionnement, avec peu de données pluviométriques
disponibles, il reste les données du Plan de Prévention des Risques naturels
prévisibles d’inondation (PPRi) de décembre 2004 donnant une estimation des débits
à l’embouchure : Q10 = 1 300 m/s ; Q30 = 2 000 m/s ; Q100 = 2 800 m/s.
Concernant le phénomène de crue, les données enregistrées lors de gros
événements au niveau du barrage hydroélectrique de Takamaka et à la station de
mesure de Bethléem sont suffisantes pour une estimation fiable des débits
fréquentiels.
Le bassin versant étant peu vaste, il compte des records de pluviométrie sur 24 ou
48 heures avec plusieurs mètres d’eau. Ces crues très violentes et très rapides sont
potentiellement très destructrices. (Figure 4 . Cyclone Dumile janvier 2013)
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Figure 4 . Cyclone Dumile janvier 2013
La conséquence directe de ces crues est l’apparition d’un phénomène de dépavage
(abaissement soudain du lit de la rivière) de plusieurs mètres d’épaisseur (jusqu’à 4
mètres).
2.1.2. Contraintes et solutions proposées
Dans ce contexte géotechnique particulier, d’autres contraintes devaient être prises
en compte dans l’étude des travaux :
- Proximité du lit mineur
- Situation différente pour chacun des appuis
- Présence de matériaux granulaires très crus avec de nombreux blocs
- Contexte d’écoulement fort
- Exigüité : obligation d’abaisser le niveau des plateformes autour des piles pour
passer les glissières de forage de longueur standard
- Accès : installation de chantier dans le lit majeur (risque de submersion en cas de
forte crue)
- Protection de la faune : cette rivière sauvage est non polluée, ce qui implique un
fort enjeu en termes de biodiversité, de plus l’embouchure est un site très prisé des
pêcheurs traditionnels de bichiques (alevins)
- Travaux en milieu subaquatique : ces missions nécessitent l'intervention de
plongeurs - scaphandriers
L’objet des travaux de sécurisation est bien de conforter les appuis sans y toucher et
non de reprendre le pont et ses charges en sous-œuvre. La solution adoptée
consiste à ceinturer chaque pile avec deux rideaux de micropieux ancrés d’un mètre
sous la couche d’alluvions dans la coulée boueuse qui joueront le rôle de protection
physique en cas de crue ainsi qu’une enceinte étanche limitant le risque de
dispersion du coulis de traitement. Puis, des forages seront réalisés à l’intérieur de
l’enceinte créée par les micropieux sous les fondations pour améliorer les
caractéristiques du sol d’assise par injection de coulis de traitement. Une dalle de
couverture sera ensuite coulée entre le double écran et la pile. Cette opération a
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nécessité l’ensemble des techniques de travaux spéciaux maîtrisées par le
groupement ROCS (mandataire) et GTS.
En tenant compte de toutes ces contraintes, voici rapidement les solutions
préconisées pour la mise en sécurité de l’ouvrage :
- Culée C0 : elle est en site terrestre et est fondée sur une coulée boueuse massive.
Les protections concernent essentiellement la réhabilitation du perré par une couche
de béton projeté de 10 cm environ.
- Pile P1 : c'est la pile la plus vulnérable à l’affouillement puisqu'elle est dans le lit vif
avec un fort débit d’étiage. Fortement exposée au risque, P1 a été inscrite en priorité
au planning des travaux et a été traitée selon le même principe d'exécution que
décrit ci-dessus. Autrement dit, le planning des travaux a été fait en fonction de cette
priorité en programmant par exemple les interventions sur P1 exclusivement en
saison sèche.
- Piles P2, P3 et P4 : le confortement préconisé a été conforme aux méthodes
décrites ci-dessus. (Figure 5 : Schéma du principe de confortement)
- Culée C5 : la pile est protégée naturellement par cinq mètres d’alluvions, il n’y a pas
de risque d’affouillement, aucun travaux de traitement était nécessaire.
Figure 5 . Schéma du principe de confortement
3. Déroulement des travaux
3.1. Confortement par un double rideau de micropieux
La phase de préparation a été réalisée en coordination avec le chef de chantier pour
optimiser la faible place, définir la gestion des eaux de lavage de la centrale et des
machines pour éviter la pollution de la rivière, limiter les aller-venues des camions
d’approvisionnement en ciment, en carburant… (Figure 6 . Principe du double rideau
de micropieux)
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Figure 6 . Principe du double rideau de micropieux
Cette opération d’envergure et très technique a duré de mai 2012 à février 2013,
nécessitant une phase de préparation afin de définir les accès, les actions de
protections de l’environnement… (Figure 7 . Implantation du chantier)
Figure 7 . Implantation du chantier
Cette opération a nécessité l’ensemble des techniques de travaux spéciaux
maîtrisées par le groupement ROCS (mandataire) et GTS :
• Travaux sur cordes pour le béton projeté de protection anti-érosion sur culée C0
• Travaux subaquatiques pour le béton de comblement des affouillements sous culée
C0
• Travaux de confortement provisoires de fouilles par parois clouées et grillage pare-
éboulis et béton projeté, pour abaisser les niveaux de plateforme sous les piles P3 et
P4, afin de pouvoir réaliser les micropieux verticaux sans toucher l’intrados du pont
avec les glissières de forage.
3.2. Optimiser la méthode de forage dans un contexte hétérogène
Pour protéger les piles de l’érosion et des gros blocs de roches charriés par la rivière,
l’entreprise a réalisé un double rideau de micropieux formant une barrière étanche.
Les micropieux ont comme armature un tube 127/109 mm. Une équipe de 15
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personnes a participé au chantier pour faire tourner trois ateliers de forage et
d’injection. L'entreprise a réalisé deux lignes d’environ 50 micropieux (selon la
géométrie des piles) de 250 mm de diamètre et de 6 à 9 mètres de profondeur pour
atteindre le substratum considéré comme non affouillable. (Figure 8 . Mise en œuvre
du double rang de micropieux)
Figure 8 . Mise en œuvre du double rang de micropieux
Les forages difficiles ont parfois ralenti les cadences. ROCS a dû s’adapter à chaque
instant à un sol très hétérogène d’une pile à l’autre. Il est à noter aussi la présence
de matériaux antropiques, restes de bois et acier après la construction du pont qui
n'ont pas facilité la mise en œuvre des micropieux. L'équipe a éprouvé deux
méthodes de forage. Elle a commencé à forer avec la méthode Rota Odex qui
présentait à priori moins de risque de coincement du tube mais qui sollicite plus la
machine. Rocs a ensuite procédé aux forages par la méthode Odex, le marteau fond
de trou à roto-percussion bat le tube à l’avancement en tournant. Cette méthode a
permis d’optimiser la mise en œuvre des micropieux avec un minimum de
coincements de tube sur ce chantier. (Figure 9 . Plan d'implantation des injections
P1)
Figure 9 . Plan d'implantation des injections P1
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3.3. Culée C0 : Travaux sur corde et subaquatiques
La culée C0 s’enfonce de 5 mètres dans l’eau, en rive gauche. Erodée par l’eau, la
culée présentait des cavités importantes menaçant son intégrité. Une coque de
protection anti-érosion en béton a été réalisée par les techniciens cordistes de
ROCS. Cette coque a été recouverte d’un treillis soudé et d’une couche de 15 cm de
béton projeté. En amont, une digue provisoire de gabions a été montée par une
équipe de scaphandriers afin de casser le courant devant la culée et permettre le
travail en sécurité.
Pour le traitement de cavités, d’autres blocs de gabions ont fait office de coffrage en
étant positionnés par grutage devant trois zones (Figure 10 . Digue provisoire de
protection en gabions - Mise en œuvre de béton projeté). Un béton composé
d’agents colloïdaux (pour empêcher son délavement par l’eau de rivière) a été injecté
via une pompe munie d’une flèche de 40 mètres placée en rive droite.
Figure 10 . Digue provisoire de protection - Mise en œuvre de béton projeté
Le confortement de cette culée était la plus délicate de l’ensemble de l’opération.
Ces travaux en milieu sensible (en rivière) nécessitaient une préparation et une
surveillance accrues. Toutes les parades et systèmes de protection avaient été
réfléchis en phase préparatoire et mises en place au cours du chantier : barrage
flottant étanche, bacs de décantation, zones de lavage du matériel…
Conformément à la réglementation, des contrôles de PH ont été effectués
régulièrement pour repérer d’éventuelles fuites de béton. (Figure 11 . Mesures
régulières du PH et barrage flottant)
Figure 11 . Mesures régulières du PH et barrage flottant
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3.4. Renforcement de talus pour les piles P3 et P4
Concernant la pile P3, la pente du talus était acceptable en phase provisoire, mais
des protections contre les chutes de pierres étaient indispensables par la pose de
grillage et béton projeté (technique habituelle et éprouvée à la réunion, le grillage
faisant office d’armature).
Le confortement était indispensable pour le traitement de la pile P4, mis en œuvre
par paroi clouée provisoire, dimensionnée par une étude spécifique de notre bureau
d'étude technique.
4. Conclusion
Pour cette opération de sécurisation, ROCS et GTS ont travaillé au maximum
pendant la saison sèche en donnant priorité aux piles P1 et P2 soumis au courant de
la rivière, ainsi qu’à la culée très atteinte par l’érosion en rive gauche.
Dans une première phase de juin à septembre 2012, il s’agissait de traiter les piles
P1 et P2. Dans une seconde phase, la culée C0 a été sécurisée de septembre à
décembre. Puis, pendant la saison humide, les piles P3 et P4, les plus éloignées de
la rivière, ont été confortées. Entre temps, des pluies cycloniques ont contraint les
équipes à replier le matériel.
Ce chantier expérimental a respecté les délais prévus et a donné suite en 2013 à
deux chantiers de confortement du même type, celui de rivière des Galets et de
rivière Saint Etienne. Ces deux opérations ont aussi bien fonctionnées dans le sens
où il n’y a pas eu de ruine de l’ouvrage.
Remerciements
Les auteurs remercient leur cotraitant GTS (groupe NGE), leurs sous-traitants de 1er
et second ordre (GTOI pistes et plateforme, béton sous culée C0, béton de
couverture, et SEANERGY, sous-traitant de GTOI, scaphandriers). Sincères
remerciements aussi adressés à leurs fidèles et compréhensifs clients et maitre
d’œuvre, service Ouvrage d’Art de la Région Réunion, Le CETE d’AIX (maintenant
CEREMA).
Références bibliographiques
XBatista D., Bescond B., Delgado J.L., Hékimian A. (2010). Etude du CETE Méditerranée, RN 2 Pont sur
la rivière des Marsouins - Projet de confortement des appuis affouillables