Etude des différents types de blindage de fouille rencontrés sur les

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Etude des différents types de blindage de
fouille rencontrés sur les projets de
construction au Luxembourg
PFE présenté par : Léo BEGUINET
Soutenu le : 22 Septembre 2016
Société d’accueil : OGC SA
Tuteur entreprise : M. Jean-Marie BERTHOME
Tuteurs INSA : MM. CHAZALLON & REGENASS
Sur les chantiers au Luxembourg, il est très courant d’observer la mise en œuvre d’ouvrages
de soutènement pour la construction de bâtiments. En effet, au Luxembourg, la plupart des
constructions ont lieu dans un milieu urbain assez dense et il est dans ce cas judicieux de mettre en
œuvre une solution de soutènement afin d’accoler les bâtiments les uns aux autres et optimiser
l’espace à disposition. Ces ouvrages de soutènement permettent en effet d’excaver le sol à la verticale
et non en imposant la présence de pentes en leur absence. L’autre avantage non négligeable des parois
de soutènement est qu’elles permettent de garantir la sécurité des personnes et des biens situés dans
la fouille. Il n’est en effet pas inhabituel de constater la rupture d’un talus d’une fouille menaçant la
sécurité en fond de fouille (risque d’ensevelissement). La réalisation de ces ouvrages de soutènement,
qui relève d’un domaine bien particulier de la construction, à savoir la géotechnique, nécessite donc
une profonde attention et des compétentes spécifiques en la matière.
Il existe une multitude de méthodes différentes pour mettre en œuvre une paroi de
soutènement, chacune disposant de ses avantages et de ses inconvénients, le panel de solutions de
soutènement existantes étant suffisamment large pour que chaque projet trouve la solution qui lui est
adéquate, voire les solutions adéquates. Le choix d’une méthode de soutènement dépend d’un certain
nombre de paramètres liés aux conditions géotechniques du sol en place ainsi qu’au contexte
environnant, sans bien sûr négliger l’influence de l’aspect financier. En milieu urbain, la situation d’un
projet et son interaction avec ses alentours impose des contraintes plus nombreuses et plus
importantes. L’étude porte tout d’abord sur les différentes méthodes de soutènement employées
habituellement sur les chantiers de construction.
Ensuite, une fois ce travail de recherche effectué, la suite de l’étude consiste à le mettre en
application sur un projet concret en particulier : le projet Themis, qui est un ensemble commercial et
résidentiel comportant deux niveaux de sous-sol situé à Esch-sur-Alzette. Pour ce projet, il a été choisi
de mettre en œuvre des parois de pieux sécants avec un lit de tirants d’ancrage. L’étude sur ce projet
a consisté en le dimensionnement de ces parois de pieux puis le contrôle des notes de calcul associées
émises par le bureau d’études, et enfin au suivi du chantier dans le cadre de la mission de contrôle
confiée à OGC.
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1. Recherche bibliographique
Ce projet a donc débuté par un travail de recherche bibliographique concernant les principales
méthodes de soutènement. Après un premier travail d’investigation, dix types de parois de
soutènement ont été identifiées.
Tout d’abord, il existe les parois moulées. Cela consiste en la réalisation d’excavation de
panneaux dans le sol pour le coulage du béton dans la masse.
Ensuite, il existe les parois de pieux. Elles consistent en la mise en œuvre de rideaux de pieux.
Celles-ci peuvent prendre deux formes : les parois de pieux sécants, auquel cas les pieux
s’entrecoupent et de ce fait un seul pieu sur deux est armé, et les parois de pieux tangents, dans ce
cas les pieux sont disjoints et tous armés.
Viennent ensuite les parois composites. Elles tirent ce nom du fait qu’elles sont l’assemblage
de deux éléments : des éléments verticaux implantés dans le sol sous le fond de fouille, et des éléments
de blindage pouvant être de différente nature dont le rôle est de transmettre les efforts de poussée
du sol aux éléments verticaux qui assurent la stabilité. Dans le cas où les éléments verticaux sont des
profilés métalliques, il s’agit de parois berlinoises, les parois composites les plus courantes. Les
panneaux peuvent alors être des madriers de bois ou du béton projeté dans la majorité des cas. Si les
éléments verticaux sont des pieux, alors il s’agit d’une paroi lutécienne et les panneaux sont
généralement en béton. Si les éléments verticaux sont des poteaux préfabriqués en béton, alors il
s’agit d’une paroi parisienne et les panneaux sont également en béton généralement.
Il existe également la catégorie des parois clouées. Ce sont les seules à ne pas disposer d’un
ancrage sous forme de fiche sous le fond de fouille. Une paroi clouée consiste en la mise en œuvre
d’un béton projeté sur les parois excavées du sol au fur et à mesure de la fouille accompagné de
l’implantation d’ancrages passifs appelés clous qui maintiennent le béton projeté en place.
La catégorie de parois de soutènement suivante est celle des parois de palplanches. Les
palplanches sont des profilés métalliques emboitables les uns dans les autres qu’on peut enfoncer
verticalement dans le sol pour former un écran de soutènement. Cette technique est peu appréciée
au Luxembourg à cause des vibrations liées au fichage des profilés.
Enfin, la dernière catégorie est celle des parois réalisées à l’aide d’un béton de sol. Pour cela,
il faut déstructurer le sol en place pour le mélanger avec un coulis de ciment. Deux méthodes
principales existent pour réaliser ce béton de sol. La première, le jet-grouting, consiste en l’injection
sous haute pression du coulis de ciment dans le sol. La seconde, le soil-mixing, consiste elle à
déstructurer mécaniquement le sol tout en le mélangent au coulis de ciment.
Les recherches bibliographiques ont ensuite été approfondies dans un domaine très important
voire essentiel des parois de soutènement : les tirants d’ancrage. Le tirant d’ancrage est le dispositif
qui transmet les forces de traction qui lui sont appliquées à une couche de sol résistant en prenant
appui sur la structure à ancrer. Il est dit provisoire si sa durée d’utilisation est inférieure à deux ans, et
permanent dans l’autre cas. Le tirant se
compose d’une tête d’ancrage, qui transmet
les forces de traction de l’armature à la
structure à ancrer, la partie libre, et la partie
scellée qui est, comme son nom l’indique,
scellée dans le sol à l’aide d’un coulis de
scellement. Un tirant d’ancrage est
généralement actif, c’est-à-dire qu’il est mis en
charge mécaniquement (à l’aide d’un vérin). Il
peut toutefois être passif, c'est-à-dire qu’il
n’est mis en tension que lorsque le sol en
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amont le met en tension. Il est généralement scellé sur toute sa longueur. L’exemple de tirant passif
le plus évident est le clou, élément prépondérant des parois clouées.
Le procédé de mise en tension d’un tirant (actif, donc) respecte un protocole précis, la mise en
tension se fait jusqu’à une traction d’épreuve généralement de 25 % supérieure à la traction de service
du tirant, pour s’assurer que le scellement du tirant est suffisamment résistant pour reprendre les
efforts du tirant, avant d’être relâché jusqu’à la traction de blocage.
Un paramètre important à ne pas négliger lors des choix techniques lié à la mise en œuvre des
tirants est relatif à l’influence de la corrosion. Plusieurs niveaux de protection contre la corrosion
existent (P0, P1 et P2) en fonction de la durée de vie du tirant et de l’agressivité du terrain en place.
Dans le cas d’un tirant permanent, le niveau de protection contre la corrosion est forcément P2, le plus
élevé.
2. Etude de cas : le projet Themis à Esch-sur-Alzette
A présent que le travail de recherche bibliographique a été effectué, il constitue une base pour
la suite de l’étude. En premier lieu, il va permettre de justifier de l’emploi d’une paroi de pieux sécants
pour le blindage de fouille du projet Themis.
Le projet Themis est un ensemble
commercial et résidentiel situé dans la rue
Berwart à Esch-sur-Alzette. Il s’agit d’un
bâtiment composé de deux niveaux de soussol, un rez-de-chaussée censé accueillir des
commerces, et trois étages de logement.
Les travaux de blindage ont démarré en mai 2016. Il s’avère, pour plusieurs raisons, que le
choix d’une paroi de pieux sécants correspond à l’ensemble des critères nécessaires pour ce chantier.
En effet, on peut mettre en œuvre ces parois en milieu urbain dans le cas d’un sol non cohérent avec
présence de nappe phréatique, le tout dans une enveloppe financière relativement contenue.
Il a été choisi de définir deux différents types de paroi de pieux, en fonction des conditions
environnantes. Le premier type était situé le long des bâtiments voisins existants. Comme ces
bâtiments disposaient de volumes enterrés, la mise en œuvre des parois pouvait débuter environ deux
mètres sous le niveau zéro du projet. La hauteur de soutènement étant réduite, il fut possible de
mettre en œuvre des pieux de 64 cm de diamètre. Cette disposition permit de diminuer l’emprise de
la paroi et ainsi optimiser l’espace. Le second type était situé aux autres localisations, le long de la
voirie notamment. Pour ces parois, la hauteur d’excavation devait se faire à partir du niveau du sol
existant, c’est-à-dire environ deux mètres plus haut que la première paroi de soutènement. Le
diamètre des pieux de cette paroi a été choisi égal à 88 cm.
L’objectif suivant de ce projet fut d’effectuer le dimensionnement de ces deux modèles de
paroi de soutènement.
Tout d’abord, un dimensionnement a du être effectué intégralement à la main. Pour
déterminer les efforts de poussée et de butée agissant sur les parois, les coefficients de Kérisel & Absi
ont été employés. Ils ont permis de déterminer la hauteur de fiche, les sollicitations (moment
fléchissant et effort tranchant) et l’effort dans les tirants d’ancrage. Des raisonnements tirés du béton
armé ont ensuite été employés pour dimensionner le ferraillage des pieux et des notions de charpente
métallique ont elles servi au dimensionnement des liernes.
Ensuite, une modélisation sur logiciel a été effectuée pour effectuer ces mêmes calculs de
dimensionnement et de détermination des sollicitations. Le logiciel utilisé était une version d’essai du
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logiciel GEO 5. Ce logiciel a fourni des résultats analogues à l’étude réalisée à la main, et a permis
d’approfondir les études précédemment menées. En effet, outre le fait qu’il fut capable de vérifier le
ferraillage précédemment calculé, il fut capable de vérifier les instabilités interne (stabilité du massif)
et externe (cercle de rupture) et de déterminer les déplacements de l’écran de soutènement.
L’étape suivante fut le contrôle de la note de calcul fournie par le bureau d’études. Celle-ci a
été réalisée à l’aide du logiciel GGU-RETAIN. La principale difficulté liée à la compréhension de cette
note de calcul fut qu’elle se basait sur les normes allemandes. Il s’avère que les coefficients de pousséebutée employés étaient bien supérieurs à ceux fournis par Kérisel & Absi. Toutefois, les coefficients
globaux qui s’appliquaient aux efforts étaient moins importants et permettaient d’obtenir un
dimensionnement plus favorable d’un point de vue économique, celle-ci étant légèrement sousdimensionnée par rapport à l’utilisation de la norme française. Néanmoins une cohérence a été
observée dans les résultats.
Enfin, la dernière étape de ma mission fut
d’assurer le suivi des travaux de mise en œuvre de
ces parois de soutènement. Cette mission
essentielle permet surtout de vérifier que le travail
en amont a bien été fait et est correctement mis en
œuvre sur chantier. Les visites périodiques
effectuées sur site permettent d’effectuer un bon
suivi des travaux et d’être présent pour vérifier que
tous les points pouvant mettre en jeu les
performances ou la santé de l’ouvrage de
soutènement sont respectés, comme la qualité du
béton, le respect des géométries imposées, la
bonne qualité du scellement des ancrages, etc.
Conclusion
Ainsi, le multiculturalisme luxembourgeois permet au pays d’offrir au domaine de la
construction un panel de solutions de soutènement intéressant provenant des différents pays voisins.
Cette richesse permet de fournir à chaque chantier la solution de soutènement mais aussi l’entreprise
en charge de sa mise en œuvre qui lui conviennent le mieux. Cette abondance d’ouvrages de
soutènement est bien sûr facilitée par la fait que le Luxembourg est un pays dynamique
économiquement et que les prix de vente au prorata de la surface vendue sont bien supérieurs à ceux
connus en France. Toutefois, cette influence des différents pays voisins pose aussi des difficultés d’un
autre point de vue. En effet, cela crée un contexte normatif pour le moins flou étant donné que les
normes belge, allemande et française sont employées et que chacune fait foi.
La conclusion principale qui ressort d’une telle étude est que les différences entre les normes
peuvent conduire à des dimensionnements différents, et dans notre cas, il a été démontré que la
norme française était plus préjudiciable pour le dimensionnement que la norme allemande. Toutefois,
la mission du bureau de contrôle est de vérifier la validité de la note de calcul, réalisée selon la norme
allemande, et celle-ci est conforme. La paroi de soutènement est donc, au Luxembourg, considérée
correctement dimensionnée.
Ce mémoire traite ainsi toutes les phases de conception et de construction de la paroi de
soutènement du projet Themis, du choix de la paroi de soutènement mise en œuvre, en s’appuyant
sur une étude bibliographique préalable qui guide ainsi au mieux les choix effectués, au suivi sur
chantier en tant que bureau de contrôle, en passant par les étapes de dimensionnement et de
vérification de la note de calcul des parois de pieux sécants employées.
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