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INSA Lyon - ENTPE MS Tunnels et Ouvrages souterrains 2011-2012
MASTER AFTES BLOC 3
MÉTHODES CONVENTIONNELLES
PAUL ROUX &
LOÏC THÉVENOT
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PROGRAMME
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1ère demi-journée – durée : 4h
•Préambule- Présentation (commune)
•Généralités, définition des domaines d'application et choix des techniques selon différents critères (nature de terrain, longueur du tunnel…)••Définition des différents profils d'excavation type : pleine section et section divisée
•Cycle de production en méthode conventionnelle :• Foration• Abattage - Chargement /Tir• Ventilation• Marinage• Purge• Mise en place des soutènements
• 3.1 Les techniques d’excavation
• Méthodes d’abattage à l’Explosif :• Différents types d’explosifs
• explosifs encartouchés : dynamites – nitrates• émulsions pompées à front• précharges
• Leurs mises en œuvre• Le fonctionnement du tir• Le plan de tir• La réglementation
• acquisition• utilisation des réceptions• dépôts• Etude de danger• Etude de sureté• Statut des précharges• le traitement des imbrulés
• Méthodes d’abattage mécanique – brise roche & attaque ponctuelle:
• Principe de fonctionnement• Différents types de matériels existant sur le marché
• pelle • attaque ponctuelle
• Implantations, guidage, contrôles• Contraintes particulières de ventilation• Techniques de chargement et de marinage
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2ème demi-journée – durée : 4h
3.2 Les matériels
•Matériel de foration•Matériel de purge•Matériel de marinage•Robot béton projeté•Nacelles•Mise en place des cintres•Matériel de marinage
• Tombereau• Charge et roule• Tapis convoyeur
3.3 Les éléments du soutènement•Cintres
• Cintres HEB• Cintres réticulés• Cintres TH• casquette
•Tôles de blindage•Boulons
• Boulons scellés• résine• coulis• à scellement immédiat uniformément répartis
• Boulons auto-foreurs• Boulons type « swellex »• Boulons en fibre de verre
•Bétons Projetés et Bétons projetés fibrés• spécificités • Fibres métalliques• Fibres synthétiques
•Contrôle spécifique sur les Bétons Projetés – formulation – recommandation AFTES•Pré-soutènements – inclusions – Voute Parapluie et forepoling – marche avant•injection
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3ème demi-journée – durée : 3h
3.4 Installations de chantier et servitudes
Installations de chantier ICPEservitudes
Ventilationfonctionnementprincipe de dimensionnementmatériels
ExhaureEau – air pressurisé – puissance électrique
3.5 Hygiène et Sécurité
Spécificité des travaux souterrainsTaux de Fréquence et Taux de GravitéAir ambiant
Valeurs limite d’exposition et valeurs moyennes d’expositionMatériel de contrôle
Eléments et matériels de sécu : cabine de survie – masques – détecteur de gaz – système de détection piéton….
3.6 Qualité
Topo : implantation et Contrôle de la section excavéeImpact de la maitrise et de la qualité de la section excavée sur l’étanchéité et le revêtementLevé de front
3.7 Environnement
Les mesures de vibrations vitesses particulairesseuils de fréquencematériels de mesure
La gestion et la valorisation des matériaux issus de l’excavationLa gestion du bruitLa gestion et le traitement des eaux d’exhaure
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Module 3. Techniques de construction
Préambule
Loïc ThévenotEiffage TP
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Préambule
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Particularité des Travaux Souterrains
Travail humain en milieu confiné : pollution, bruit, pénibilité, danger, sécurité…Connaissance toujours imparfaite du milieu :
terrains non homogènes, discontinus et anisotropes,
aléas à ne pas sous-estimer: eau, gaz
Ouvrages souvent linéaire :Notion de cycle
PLACE DES T.S. DANS LES T.P. : 1 à 2 % en volume Chiffre d’affaire TP en France = environ 35 Mds d’€
Chiffre d’affaire TS en France = env. 450 M €
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• conventionnelle
• Tunnelier
Différentes méthodes d’excavation
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Critères techniques
•Le type de terrain
•La géométrie de l’ouvrage
•La règlementation
Critères économiques
•La longueur de l’ouvrage
•Le délai
•Le coût
Méthode Conventionnelle ou Tunnelier
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Avantage par rapport au Tunnelier:
•emploi de matériels standards et réutilisable indépendamment de la section du Tunnel
• adaptable au Terrain
•possibilité d’intervention au front
Inconvénients par rapport au Tunnelier:
•généralement moins rapide
• plus dangereux (chutes de blocs)
•plus pénible pour le personnel
•plus nuisant (bruits, vibrations)
•problème de stockage des explosifsDoc
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Front de Taille
Clef de Voûte
Marin (ou Déblais)
Sens de l’Excavation
Radier
Vocabulaire
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Soutènement (rôle provisoire)
Piédroit
Voûte
Clef de Voûte
Naissance de la Voûte
Revêtement définitif
Complexe d’étanchéité
et/ou de drainage
Radier
Vocabulaire
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Coupe transversale d’un tunnel routier
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MASTER AFTES - PAUL ROUX & LOÏC THÉVENOT 13
Différents types de profils d’excavation
Excavation en pleine section
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Différents types de profils d’excavation
MASTER AFTES - PAUL ROUX & LOÏC THÉVENOT 14
Excavation en demi-section – excavation de la demi-section inférieure (strauss)
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Exemple excavation en demi sectionD
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• Techniques de l’Abattage
Galerie de Faîte
Abatages Latéraux
Technique d’Excavation : Section Divisée
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Technique d’Excavation : Section Divisée
Excavation du Tunnel Maurice Lemaire (1934)
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CHEMEX – Septembre 2011
Excavation en Section Divisée
• Exemple de phasage complexe pour limiter les tassements
Phasage prévu par la RATP pour l’Ouvrage Voûte de la ligne 12
Injections
(étanchéitéet
consolidation)
Réalisation Galerie
de reconnaissance
(pieux et terrain)D
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Excavation en Section Divisée
• Exemple de phasage complexe pour limiter les tassements
Phasage prévu par la RATP pour l’Ouvrage Voûte de la ligne 12
Excavation et
Bétonnage
de la voûte
Excavation Stross
et Bétonnage
Piédroits et Radier
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Techniques « Traditionnelles »
Excavation en Section Divisée• Exemple de phasage complexe pour une grande section
Phasage prévu par la RATP pour la station Montrouge de la Ligne 4
Excavation en ogive côté carrières
Excavation demi-ogive coté opposé
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Excavation en Section Divisée
• Exemple de phasage complexe pour une grande section
Phasage prévu par la RATP pour la station Montrouge de la Ligne 4
Bétonnage voûte et excavation stross
Excavation pilier central et bétonnage piédroit coté carrières
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Excavation en Section Divisée
• Exemple de phasage complexe pour une grande section
Phasage prévu par la RATP pour la station Montrouge de la Ligne 4
Reprise en sous œuvre de la voûte par plots alternés
Bétonnage piédroits et fermeture de la section en radier
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• Exemple de phasage Demi-Sup. /Demi Inf.
Phasage prévu par la RATP pour le prolongement de la Ligne 4
Phase 1 : Excavation de la demi section supérieure
Phase 2 : Excavation du stross
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Le cycle de production
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Illustration du cycle classique de creusement à l’explosif
Le cycle de production
Chargement de la volée
Tir
Ventilation
MarinagePurge
Soutènement Primaire
Pilotage et Traçage du Plan de Tir
Foration
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Foration
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Vue du poste de pilotage
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Chargement
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Ventilation
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Evacuation du marin
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Marinage dumpers
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Pelle Broyt
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Marinage
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Purge
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Marinage avec tapis convoyeur
Le concasseur
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Vue du tapis convoyeur
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Levé topo & Contrôle de la section
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Pose de cintre
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Béton projeté
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Boulonnage
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CyclogrammeD
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Les explosifs
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Explosifs en Travaux Souterrains
• Gommes/dynamites plastiques ( 30-90% nitro encartouchées Ø 25 à 40 mm
• Nitrates (80-85% nitrate amonium) en cartouches
• Emulsions /bouilliesProduit pompable ne devenant explosif que par réaction de
gazéification dans le trou de mine
• Cordeau détonant : artifice de tir(3 à 80 g/ml) transmettant l’onde de choc entre cartouches
• Nitrate fioul interdit (gaz)
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Les détonateurs
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•Détonateurs électriques
•Détonateurs électroniques
•Détonateurs non électriques « NONEL »
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Détonateur Principe de fonctionnement
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Intérieur du dépôt de détonateurs
• Etagères avec compartiments
• Rangement par numéro et par type de détonateur (retard et court retard)
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Transport des détonateurs
• Cantines métalliques• Habillage intérieur et
cloisonnement bois
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Exploseur pour tir séquentiel électrique
Exploseur pour détonateurs électroniques
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Les émulsions fabriquée & pompées à front
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Le produit
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Principe de fonctionnement
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Unité Mobile de Fabrication d’Explosif UMFE
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Chargement de la volée
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Mise en oeuvre Emulsion
• Bouster & Détonateur NONEL
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MASTER AFTES - PAUL ROUX & LOÏC THÉVENOT
Comparaison
• Définitions unités Dynaroc NITRAM NTX1
• données théoriques du fournisseur
• Vitesse de détonation * m/s 7 669,00 5 771,00• Pression de détonation * G.Pa 22,06 10,32• Température de détonation * °C 2 666,85 1 659,85• Energie de réaction * MJ/kg 5,13 2,91• Energie de réaction * Kcal/kg 1 225,8 1695,34• Volume de gaz * l/kg 808,34 957,84• Capacité calorifique des gaz * J/kg. 1 630,00 1 754,00• Durée de la détonation pour 5,60m sec 0,00073 0,00097
• Pour 115 fourneaux charge totale kg 700 950• La quantité de gaz produite m3 566 910• La quantité de déblais pour 5,30 tiré m3 371 371• Consommation pour 70 m² et 5,30 tiré kg/m3 1,89 2,56
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Les précharges
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Explosifs encartouchés - Précharges
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Vue d’ensemble du local de préparation des précharges
• Container 40 pieds• Enceinte grillagée• Emplacement
éloigné des zones d’évolution des engins
• Mât d’éclairage de la zone
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Préparation des précharges
• Etabli en bois • Eclairage et chauffage
anti-déflagrant• Dispositif d’alerte• Personnel habilité et
spécialement formé
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MASTER AFTES - PAUL ROUX & LOÏC THÉVENOT
Préparation des précharges
• Mise en place des cartouches dans les tubes
• Extrémité de la cartouche laissée apparente pour faciliter la mise en place au front du détonateur
• Ruban adhésif à chaque extrémité pour maintenir les cartouches
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Préparation des précharges de découpage
• Préparation des précharges de découpage
• Dévidoir de cordeau détonnant
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Le fonctionnement du tir
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Caractéristiques des explosifs
• Brisance:σ compression et cisaillement
• Puissance: énergie développée en Kj ou Kcal
• Sensibilité:pression onde de choc en kbar– (de 60 kbar nitrate fioul à 1 kbar dynamite)
– Vitesse de détonation: 2500 à 7500 m/s
– Coefficient self excitation : 0 à 10 cm
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Phase 1
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Phase 2
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MASTER AFTES - PAUL ROUX & LOÏC THÉVENOT
Phase 3
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Phase 4
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Schéma des évènements à la suite de la détonation NITRAM
• Durée de la détonation 5,30 m 0,000 97 secondes• Pression 10,32 Gpa• Onde de choc proportionnelle à Q• Gaz 940 litre / kg• Pour 5,30 m et 85 m2 910 m3 de rocher
• Phase 1 0,7 mili secondes• Phase 2 1,3 mili secondes• Phase 3 4,8 mili secondes• Phase 4 12 mili secondes
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Le plan de tir
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Etude des vibrations engendrées par un tir à l’explosif
• Analyse des contraintes du site• Évaluation des seuils par ouvrage • Essai de tir confiné préalable/loi du site • Sujétions induites pour un tir à l’explosif• Dispositions constructives• Impact des travaux à l’explosif• Coordinateur sécurité conception
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PLAN DE TIR N°13 DM2 Maille 1m Long 5,60 m Tir séquentiel 33 ms lignes coniquesTir séquentiel 33 msNombre de trous 137 fourneaux Longueur forée 5,60 m longueur perforée 767,20 mPerforation 48 mm Surlongueur du bouchon 20 cm 1,4 mBouchons 127 mm 2 trous Longueur volée 5,60 m longueur perforée 11,20 mExplosif Eurodyn 2000 Diam 35 mm 0,500 kg 38 cm de long 453,00 kg
Eurodyn 2000 25 mm 0,250 kg 38 cm de long 91,00 kgCordeau DYNACORD 40 gr 212,80 mDétonateurs Davey Bicford Micro-retard et retard HI 1,1 Ohms 6,0 m + 1,0 m 137 Détos
Ligne 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 nb détonateurs LigneMICRO RETARD MICRO RETARD
XIII 1 1 XIIIXV 1 1 XVXVI 1 1 XVIXVII 1 1 XVIIXVIII 1 1 XVIIIXIX 1 1 XIXXX 1 1 XX2 1 1 1 3 23 2 2 2 1 1 8 34 2 2 2 2 2 2 1 13 45 2 2 2 2 2 2 2 1 15 56 1 3 2 2 2 2 2 2 1 17 67 2 1 2 2 2 2 2 1 14 78 2 1 1 1 1 2 2 2 12 89 1 1 5 2 2 7 5 23 910 3 4 4 3 5 5 24 1011 1 1 1112 0 12
Par ligne 15 14 15 14 15 14 15 14 11 10 137 DetosLongueur des détonateurs 6 m + 1 m résistance unitaire par détonateur de 1,10 OhmsRésistance détos 16,5 15,4 16,5 15,4 16,5 15,4 16,5 15,4 12,1 11 OhmsRésistance de la ligne 51/100 = O,17 /m Longueur de ligne 10m de 51/100 = 1,70 OhmsRésistance par ligne unitaire de la ligne principale pour 120 m + planchette = 4,70 OhmsTotal 22,90 21,80 22,90 21,80 22,90 21,80 22,90 21,80 18,50 17,40 Ohms
RESISTANCE LIMITE PAR LIGNE = 24 OhmsLe poste de tir doit être distant de 120 m du tir
La longueur moyenne forée est de 5,30 m
Nb
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Charge Sous total
Bouchon 8 7 0,500 38 5 0,250 38 530 456 74 4,75 kg 38,00 kgAbattage 86 9 0,500 38 2 0,250 38 530 418 112 5,00 kg 430,00 kgDécoupage 38 2 0,500 38 4 0,250 38 530 2,00 kg 76,00 kgCordeau détonant 38 40gr 530 0,20 kg 7,60 kgSurface 70,70 m² profondeur 5,60 m volume 395,92 m3 551,60 kgCharge unitaire maxi 20,00 kg Charge instantanée 4,75 kg Densité 1,39 kg
Bouchons8 fourneaux Longueur précharge 4,56 m 7 cartouches de 500 gr et 5 de 250 gr
Abattages86 fourneaux Longueur précharge 4,18 m 9 cartouches de 500 gr et 2 cartouches de 250 gr
Découpage38 fourneaux Longueur de la précharge 5,20 2 cartouches de 540 gr 4 cartouches de 250 gr
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Le Bouchon
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Les contraintes réglementaires
La suretéL’environnementLa sécurité des travailleurs à l’intérieur de l’établissement (emprise mise à disposition par le Moa)
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Les contraintes règlementaires
2 régimes réglementaires:UDR
Avantage: pas d’ICPEInconvénient:
obligation d’utilisation des produits sur la période d’activitéjournalière => pas d’explosif sur site du vendredi après midi au lundi matinRestriction de circulation
DépôtInconvénient: ICPEAvantage: souplesse d’utilisation des produits
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Les contraintes règlementaires
La suretéL’environnementLa sécurité des travailleurs à l’intérieur de l’établissement (emprise mise à disposition par le Moa)
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Les contraintes de réalisation du projet
L’emplacement du siteLes méthodes de réalisation retenuesLa disposition des installations de chantierLa durée contractuelle des travaux
Les contraintes d’utilisation des explosifs pilotent:⇒La consommation hebdomadaire d’explosif⇒Le délai
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• Décret du 08/09/05 modifiant le décret du 16/02/90 portant diverses dispositions relatives au régime des produits explosifs
Principales nouveautés– Etude de sureté réalisée par un organisme
agréé et à la charge de l’exploitant– Agrément renouvelable tous les 5 ans– Statut des UMFE
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• Arrêté du 13/12/05 (modifié par arrêté du 15/01/08) fixant les règles techniques de sureté et de surveillance relatives à l’exploitation des installations de produits explosifs– 4 catégories de dépôts suivant capacité allant
de <50kg & 3 000 détonateurs à >2t– 3 niveaux de détection et protection
périphériques, périmètriques et intérieures– Surveillance des installations– Règles techniques particulières: UMFE,
détonateurs88
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avant arrêté décembre 2005 Après arrêté décembre 2005
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Fil de détection de mouvement
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Détecteur d’ouverture
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• Arrêté du 20/04/07 (modifié par arrêté du 11/09/08)
fixant les règles relatives à l’évaluation des risques et à la prévention des accidents dans les établissements pyrotechniques– Risques liés aux produits explosifs– Caractérisation d’un phénomène dangereux– Évaluation des risques pyrotechniques par
l’exploitant
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• Arrêté du 29/02/08 relatif aux prescriptions générales applicables aux installations classées rubrique n°1311 (poudres, explosifs, produits explosifs)– Implantation & aménagement– Exploitation & entretien– Estimation des risques par l’exploitant
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• Division de risque & groupes de compatibilité
• Zones d’effets• Z2 ne doit pas sortir des limites
d’empriseDésignation de la zone Z1 Z2 Z3 Z4 Z5
Conséquences sur l’homme
Extrêmement graves(mortel dans 50% des cas)
Très graves Graves Significative s
Effetsindirects par bris de vitre
Dégâts prévisibles aux biens
Extrêmement graves
Importants & effets dominos
Graves Légers Destruction significatives de vitres
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Définition des zones d’effets
En terrain plat et sans obstaclesDistances données pour 1000 Kg:• Z1 = 5 3√Q , (5O m)• Z2 = 8 3√Q , (80 m)• Z3 = 15 3√Q , (150 m)• Z4 = 22 3√Q , (220 m)• Z5 = 44 3√Q, (440 m)
95MASTER AFTES - PAUL ROUX & LOÏC THÉVENOT
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• Dans l’enceinte de l’établissement
Type d’installation
Caractéristiques de chaque catégorie d’installations
Symbole de classement
Constructions ou emplacements intérieurs à un établissement pyrotechnique
Installations pyrotechniques (emplacements de travail, ateliers, dépôts, magasins de stockage…) ainsi que voie d’accès proche de a0.
a1
Installations pyrotechniques non classées a1 et voies de circulation intérieurs les desservants a2
Bâtiments et locaux non pyrotechniques et voies d’accès non classées a1 ou a2 a3
Bâtiments ou locaux non pyrotechniques non classées a1 ou a3 pour l’une des raisons suivantes:•Pas de lien avec l’activité pyro..•Accueil de personnes non liées à l’activité pyro. en vue d’activités sportives ou sociales
a4
L’installation pyrotechnique où se produirait l’accident est désignée a0.
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• A l’intérieur de l’établissement
Zones d’effet
Probabilité d’accident pyrotechnique
P0/P1Très rare
P2improbable
P3probable
P4courant
P5Très
courant
Z1 a0 a0 a0 (*) a0 (**) a0 (**)
Z2 a1 a2 a1 a2 (*) a1 a1 (*) a1 (**)
Z3 a1 a2 a3 a1 a2 a1 a2 a1 a1 (*)
Z4 a1 a2 a3 a4 a1 a2 a3 a1 a2 a1 a2 a1
Z5 a1 a2 a3 a4 a1 a2 a3 a4 a1 a2 a3 a4 a1 a2 a3 a1 a2 a3
(*) exposition < 10% du tps de travail(**) interdiction totale
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Impact de l’environnement du site sur l’implantation du dépôt
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Z4 : 185 m185 m
371 m
Z5 : 371 m
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Bureaux et vestiaires : Z4
Magasins: Z3
A43 / RFF: Z4
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Dépôt : capacité de 200 kgPlusieurs alvéoles permettent de réduire le rayon des zones de risques.
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