L’emploi desfibres dans le béton projeté · 2.2 –Géologie et profils de soutènement retenus Les matériaux rencontrés lors du creusement du tunnel appartiennent à la formation

ASQUAPRO - Colloque 2012 - Les fibres dans les bétons projetés

L’emploi des fibres dans le béton projeté

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Deux exemples de chantiers de travaux souterrains :

- La descenderie de la Praz (projet LTF)- La rénovation lourde du tunnel de la Croix-Rousse (Lyon)


L’emploi des fibres dans le béton projeté1 - Introduction

Le béton projeté a un rôle fondamental dans le comportement du massif encaissant et la stabilité de l’excavation lors du creusement.

Il a un rôle essentiel de confinement pour limiter la « décompression » au voisinage du parement.

La coque béton projeté doit être un élément pour la sécurité des compagnons et non pas un facteur de risque.

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La coque, selon les conditions géologiques, peut pr ésenter 2 comportements :La coque, selon les conditions géologiques, peut pr ésenter 2 comportements :

- Massif homogène convergent : soutènement en compression, l’ajout de fibre ne modifie en rien la résistance du béton, mais participe à limiter la chute d’écailles. Exemple du chantier de la descenderie de la Praz.

- Massif non convergent : la fracturation devient le paramètre fondamental. Le béton projeté travaille alors comme une plaque devant garantir une résistance « nominale » minimale en flexion. Les fibres participent à la résistance du béton. Exemple du chantier de la Croix-Rousse. 2


Le béton projeté est un élément majeur pour la mise en sécurité deszones excavées. Sa mise en œuvre et ses conditions de mise en œuvre ne doivent pasêtre un facteur de risque. La définition précise du « juste » besoin est nécessaire : dans lesens de l’allègement ou du renforcement.

La définition du soutènement en béton projeté fibré ou non et le choix des La définition du soutènement en béton projeté fibré ou non et le choix des

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La définition du soutènement en béton projeté fibré ou non et le choix des La définition du soutènement en béton projeté fibré ou non et le choix des fibres métalliques ou synthétiques, doit impérative ment être associé :fibres métalliques ou synthétiques, doit impérative ment être associé :

- au contexte géologique effectivement rencontré,- aux méthodes et phasages d’excavation retenus,- au béton projeté retenu: performances et dosage des constituants,- à l’accélérateur de prise,- aux moyens pour la mise en œuvre du béton, - au plan de contrôle retenu.

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2 – Exemple de la descenderie de la Praz (projet LTF) : soutènement dans un contexte de convergence

Dans cet exemple la coque béton projeté joue un dou ble rôle :Dans cet exemple la coque béton projeté joue un dou ble rôle :

- soutènement (protection vis-à-vis de l’altération + coque résistante)- revêtement définitif

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- revêtement définitif

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2.1 Présentation simplifié du projet

Descenderie de Modane

Galerie de reconnaissance de Venaus

Descenderie de La Praz

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Descenderie de Saint Martin La Porte

La Praz

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Objet de la descenderie

• La descenderie de LA PRAZ a pour but d’effectuer une reconnaissance in situ des roches et terrains dans lesquels seront réalisés les ouvrages de la nouvelle liaison ferroviaire LYON-TURIN et d’appréhender leurs conditions de réalisation.

• En créant un accès au niveau des ouvrages principaux, elle permettra également de réduire le délai de construction du

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permettra également de réduire le délai de construction du projet du tunnel de base.

• Enfin, une fois le tunnel en service, la descenderie servira à la ventilation du tunnel et donner accès aux équipes de maintenance et de secours en cas d’incident.

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Description des principaux travaux

Contrat de forme « classique » (BPU, plus de 700 prix unitaires)

Ils concernent la réalisation à l’explosif :Ils concernent la réalisation à l’explosif :

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- de la descenderie d'une section finie de 60 m² (S excavé 85m2), à 12% de pente et sur une longueur d'environ 2600 m,- d’ouvrages souterrains divers, chambres et galeries en pied de descenderie,- d'un système d'exhaure complet définitif,- de reconnaissances par sondage,- d'un ensemble d'essais, études et mesures. 7


Vue en plan et coupe

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2.2 – Géologie et profils de soutènement retenus

Les matériaux rencontrés lors du creusement du tunnel appartiennentà la formation du Houiller stérile (Formation de la Praz), composé deschistes gréseux et de grès schisteux gris à grain fin, avec despassages de schistes noirs et de nombreux filons de quartz.

La couverture maximale est de 800m.

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La couverture maximale est de 800m.

Le comportement du massif encaissant est essentiellement guidé parun problème de convergence sans efforts localisés.

Hydrogéologie: fortes venues d’eau sous pression. 40 à 50l/scumulée en moyenne et traversée de nombreuses zones souspression(30 bars en moyenne). 9

Schiste noir charbonneux


• Photo front avec venues d’eau

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Le soutènement mis en œuvre

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2.3 Evolutions du complexe béton projeté / fibres / accélérateurs /moyensPrincipe de base :L’évolution permanente des conditions géologiques, géotechniques et hydrogéologiques impose unsuivi et une adaptation du soutènement tout au long du chantier (rétro-analyse). Ce soutènementjoue également le rôle de soutènement définitif

1 – hypothèses de base définis en phase de préparati on :- béton projeté voie humide : 25MPa à 28 jours- Si ajout de fibres : métalliques- plan de contrôle

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- plan de contrôle- convenances

2 – Avec les 100 premiers mètres excavés, définition d’un optimum vis-à-vis du béton et des moyens retenus.- révision des dosages de certain composant du béton (Quantité de fine, plasticité,…) - test de différents dosages en fibre et ajustement : Dramix RC 65/35BN dosé à 25kg.- Choix de l’accélérateur et définition des dosages : test en conditions réelles- Ajustement des méthodes et moyens de mise en œuvre du béton projeté - Ajustement du plan de contrôle

3 – Evolution du complexe avec les excavations et la modifications des conditions géotechniques : rétro-analyse. Notamment : 100% du béton projeté est fibré. 12


2.4 Les fibres et leur rôleFibres retenues : les fibres métalliques

- Contexte géologique évolutif (problèmes de convergence peu quantifiables)- Recherche d’une fibres avec des propriétés mécaniques maximale et avec un

ancrage mécanique performant.- Coque béton projeté jouant le rôle de revêtement définitif (pas d’étanchéité)- Aucune donnée pour l’emploi de fibres synthé. dans les domaines attendues

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Evolution : des efforts dissymétriques et une évolution dans le temps descontraintes, ont entraîné l’abandon du béton projeté non fibré et unestandardisation du BP fibré (100% du BP).

- Arrêt de l’écaillage du béton projeté- Amélioration des conditions de projection et limitation de l’effet mille feuille- Limitation des risques de chute du béton projeté frais - Les fibres métalliques ont permis de résister à un effort soutenu.

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3 – Exemple de la galerie de la Croix-Rousse (projet LTF) : soutènement avec une problématique de faille

Dans cet exemple la coque béton projeté joue unique ment Dans cet exemple la coque béton projeté joue unique ment le rôle de soutènement provisoire :le rôle de soutènement provisoire :

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- protection vis-à-vis de l’altération,- coque résistante,- soutènement recouvert par une étanchéité et un béton de revêtement traditionnel.

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3.1 Présentation simplifié du projetMise en sécurité réglementaire suite à l’accident du tunnel du Mont Blanc

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Description des principaux travauxCadre contractuel : chantier de travaux souterrains urbain en conception –construction,

Creusement à l’explosif et aménagement d’un nouveau tunnel parallèle au tunnel existant (10m de large, S moyen 90m2 et 1 757m de long),

Création de 11 intertubes pour l’évacuation des usagers,

Rénovation du tunnel existant (1 752 m de long),

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Rénovation du tunnel existant (1 752 m de long),

Divers travaux de Génie Civil :• Rénovation des 5 usines de ventilation existantes• Création de locaux techniques • Aménagement des têtes du tunnel

Mise en place des équipements d’exploitation et de sécurité et nouveau système d’hypervision pour l’ensemble des tunnels lyonnais

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Localisation du projet

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Les entrées en terre du nouveau tunnel et leur caractère urbain contraint

Tête Saône

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Tête Rhône

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3.2 – Géologie et profils de soutènement retenus

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Dans la géologie rencontrée, le facteur dimensionnant des profils de soutènement est la problématique de faille et/ou de fracturation : c’est le boulonnage qui travailD’après BARTON, le profil adapté est composé de boulons et de béton projeté non fibré (Q>4, RMR >60). Les convergences attendues et vérifiées sont nuls ou très faibles.

Cependant :

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• Pour améliorer la résistance mécanique du béton aux jeunes âges (bétonde confinement notamment) et la défomabilité avant rupture (rupture ductile)• Pour limiter les risques de chute de béton frais ou de plaque• Pour réduire les conséquences du retrait par effet de « couture » des

fissures et micro fissures• Pour améliorer la qualité de la liaison entre couche, augmenter

l’épaisseur de la 2ème couche et limiter le nombre de couche (mille feuille)

Il a été décidé que l’ensemble du béton projeté mis en œuvre soit fibréIl a été décidé que l’ensemble du béton projeté mis en œuvre soit fibré 20


Choix du type de fibre

• Répondre à la problématique de faille (pas ou peu de convergence attendu). La coque béton joue le rôle d’un filet ancré par les boulons au rocher,

• La capacité à résister à un effort soutenu n’est pas recherché (pas de fluage),

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(pas de fluage),

• Permettre la pose de l’étanchéité (600gr) directement sur le béton projeté fibré.

Les fibres synthétiques ont été retenuesLes fibres synthétiques ont été retenues

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Dosage en fibres

Après justification, l’objectif dimensionnant retenu est une énergie de déformation de 500 joules sur toutes les couches de béton projeté.

Après réalisation d’une campagne d’essai avec des formules béton et des dosages en fibres variables (flexion EFNARC, compression)

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Il a été retenu :Il a été retenu :

• Un dosage de 5kg/m3 sur toutes les couches • Valeurs d’énergie de déformation comprises entre 65 0 et 700 joules• Résistance à la compression : environ 35MPa pour 25 attendu

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3.3 Bilan du complexe béton projeté / fibres / accé lérateurs /moyens

Le dosage retenu, associé à des formules de béton étudiéesspécifiquement avec un accélérateur adaptée et des moyens demise en œuvre performant ont permis le respect des objectifs :

• Maintien des caractéristiques attendues tout au lon g du chantier (très peu de variables),

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(très peu de variables),• Très bonne rhéologie du béton (plasticité),• Très peu de pertes,• Très bon mélange des fibres,• Pas de chute de béton frais,• Pas d’écaillage a postériori,• Très bonne accroche des couches de béton projeté en tre elles,• Pose immédiate de l’étanchéité sur le béton projeté . 23


4 - Conclusion• Le choix du type de fibres est dépendant de critères pouvant être contradictoires.

• Nécessité d’une vision globale : contexte géotechnique, soutènement, objectifs de la coque béton, moyens et méthodes de mise en œuvre du BP, formules de BP…

• Le choix du dosage en fibre ne doit pas être arbitraire. Il est dépendant des objectifs recherchés et de la résistance à la traction nécessaire résultant du calcul de soutènement.

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• La détermination de la relation « traction nécessaire » = dosage, ne peut être validée que par des essais prenant en compte le béton et les fibres mis en œuvre.

• Le dosage en fibre doit être ajusté au mieux pour garantir le rhéologie du béton, le bon mélange des fibres et une bonne mise en œuvre avec les moyens de projection effectivement retenus.

• Nécessité d’une rétro analyse tout au long du chantier pour ajuster les soutènements mis en œuvre par rapport aux conditions géotechniques effectivement rencontrées. 24

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