Brevet FR2758378A1 — publié le 19980717

La présente invention concerne un procédé de pose de tuyaux et le remblaiement de tranchée par une ou plusieurs coulées d'un matériau thixotrope. La pose de tuyau et le remblaiement de tranchée par des procédés classiques sont source de contraintes liées à la sécurité des hommes dont la présence dans le fond de la tranchée est nécessaire pour la mise en place des tuyaux, à la qualité de pose, notamment l'épaisseur et la qualité de compactage du lit de pose et à la qualité de l'enrobage du tuyau. Le procédé selon l'invention permet d'éviter ces contraintes grâce à la suppression du lit de pose, à la suppression du réglage du tuyau au fond de la tranchée, grâce à un parfait enrobage du tuyau et à un bonne résistance du matériau de remblaiement qui reste toutefois piochable dans le temps. Le procédé selon l'invention permet avantageusement de creuser la tranchée sur une largeur inférieure aux normes imposées, de s'affranchir du réglage altimétrique des tuyaux dans le fond de la tranchée avant le remblaiement. En conséquence, ceci permet de réaliser des économies de matériaux, et pour le personnel, de diminuer les risques, la pénibilité et la durée du travail. Ledit procédé est basé sur l'utilisation des propriétés de la poussée d'Archimède et du caractère thixotrope du matériau de remblaiement. Les procédés de pose de tuyau utilisant les propriétés de la poussée d'Archimède sont connus, en particulier dans les terrains marécageux, où les tuyaux peuvent être posés dans une boue bentonique afin de tenir les parois de la tranchée. Cependant, ces procédés mettent en oeuvre des étapes de remblaiement classique, sans utiliser de matériau thixotrope. Le procédé selon l'invention comprend les opérations successives suivantes: a) Réalisation d'une tranchée à une largeur 1 et à une profondeur P et assemblage entre eux des éléments de tuyaux au fond de la tranchée. b) Mise en place et réglage altimétrique de butées aptes à contrôler xle déplacement des éléments de tuyaux assemblés. c) Remblaiement de ladite tranchée à une hauteur H avec un matériau thixotrope à l'état de sol, de façon à faire remonter les éléments de tuyaux sous l'effet de la poussée d'Archimède. d) Retrait des butées lorsque le matériau thixotrope est à l'état de gel, les éléments de tuyaux restant immobiles. e) Eventuel remblaiement complémentaire de la tranchée. La largeur de tranchée 1 est déterminée en fonction du diamètre extérieur du tuyau : 1 est égale au diamètre extérieur du tuyau ajouté de 200 mm dans le cas où l'on ne prévoit pas de blindage et de 450 mm lorsque l'on prévoit des blindages. 1 est ensuite éventuellement arrondie au décimètre le plus proche. Dans le cas d'un tuyau en béton, le diamètre extérieur du tuyau est le diamètre extérieur au collet. On entend par blindage une protection amovible se logeant le long des parois de la tranchée et permettant d'assurer la sécurité des hommes travaillant dans le fond de la tranchée. Ce blindage est obligatoire si la profondeur de la tranchée est supérieure à 1350 mm. Selon une pose classique, la largeur de tranchée est imposée par les données du fascicule n070 du Cahier des clauses Techniques Générales applicables aux marchés publics de travaux voté par décret n092-72 du 16 janvier 1992. Cette largeur est la somme du diamètre extérieur du tuyau et d'une constante égale à 800 mm pour tout diamètre inférieur ou égal à 600 mm et égale à 1000 mm pour tout diamètre supérieur à 600 mm. Le procédé selon l'invention permet de réduire la largeur de fouille de 350 à 800 mm par rapport à la largeur de fouille conforme aux spécifications du fascicule n"70. Une fois la tranchée réalisée, les éléments de tuyaux sont assemblés dans le fond de la tranchée et au moins trois butées sont mises en place dans la tranchée. Ces butées sont positionnées par réglage altimétrique, puis calées sur les parois latérales de la tranchée. Elles viennent coiffer les éléments de tuyaux interdisant leurs déplacements latéraux et limitant leurs déplacements verticaux ascendants. Les butées sont des plaques, de préférence métalliques, qui comportent une lumière débouchant à la partie inférieure de la plaque, orientée vers le fond de la tranchée, la largeur de ladite lumière correspondant sensiblement au diamètre extérieur des éléments de tuyaux. Le fond de la lumière est de forme hémi-circulaire et présente un diamètre correspondant sensiblement au diamètre extérieur des éléments de tuyaux. La hauteur de la lumière est supérieure au diamètre extérieur des éléments de tuyaux. L'espacement entre les butées est déterminé en fonction des caractéristiques des éléments de tuyaux, à savoir diamètre intérieur, diamètre extérieur et masse volumique, et en fonction du poids de chaque butée. La réaction exercée sur chaque butée est au moins égale à la différence entre la poussée d'Archimède exercée par le matériau thixotrope sur les éléments de tuyau et le poids desdits éléments de tuyau. Le remblaiement de la tranchée est ensuite réalisé en une ou plusieurs fois jusqu'à la base de reconstitution de chaussée. Le matériau de remblaiement doit être coulé dans la tranchée jusqu'à une hauteur minimale préalablement déterminée par un calcul théorique. On calcule le volume déplacé en supposant le tuyau noyé. La poussée d'Archimède exprimée en kg/ml (kilogramme par mètre linéaire) est le produit du volume déplacé par la densité du matériau de remblaiement. Le poids du tuyau étant connu, la section mouillée pour laquelle il y a équilibre entre la poussée d'Archimède et le poids du tuyau est le rapport du tuyau à la densité du matériau de remblaiement. Le coefficient bêta est le rapport de la section mouillée au carré du diamètre extérieur du tuyau. A partir des relations hydrauliques données dans des tables, on déduit du coefficient bêta la hauteur pour laquelle il y a équilibre entre le poids du tuyau et la poussée d'Archimède. La butée à exercer, si le tuyau est noyé, est égale à la différence entre la poussée d'Archimède et le poids du tuyau. La quantité minimale de matériau de remblaiement à utiliser au cours de la première étape de remblaiement est telle que la hauteur atteinte est supérieure à la hauteur d'équilibre calculée comme expliqué ci-dessus. En outre, dans un soucis de sécurité, les tuyaux sont noyés jusqu'à la génératrice supérieure du tuyau. Le remblaiement de la tranchée est compartimenté par les butées; on l'effectue donc en plusieurs fois. Dans le cas de tuyaux souples, la dernière portion de tuyaux non remblayée peut s'incurver sans déboîtement. Par contre, dans le cas de tuyaux rigides comme les tuyaux en béton, les joints entre tuyaux permettent seulement un angle de 40 sans déboîtement; il y a donc lieu de vérifier que la réservation sous le tuyau n'excède pas, par exemple 17 cm pour un tuyau de 2,4 m et 20 cm pour un tuyau de 3 m. Le tuyau remonte jusqu'aux butées sous l'effet de la poussée d'Archimède exercée par le matériau de remblaiement. Un remblaiement complémentaire est éventuellement effectué avec le matériau thixotrope jusqu'à la base de reconstitution de la chaussée. Le matériau thixotrope peut être un béton comprenant - des granulats de diamètre maximal inférieur à 20 mm, par exemple des cendres volantes silico-alumineuses, - un liant représentant 2 à 6 % du poids sec des granulats, - un agent hydro-réducteur, par exemple des fibres naturelles ou synthétiques, en particulier des fibres polymères acryliques, représentant 0,05 à 0,15 % du poids sec des granulats. Le rapport eau/ciment de ce béton est de l'ordre de 5 à 12. Le matériau thixotrope selon l'invention comprenant avantageusement des granulats constitués de cendres volantes silico-alumineuses assure une excellente étanchéité de l'ensemble constitué par le tuyau et ledit matériau thixotrope. Des essais d'étanchéité ont été réalisés sur des tuyaux de longueur 5 m et de diamètre 400 mm perforés d'un ou de deux trous de 4 mm de diamètre, après remblaiement de la tranchée avec le matériau thixotrope selon l'invention et avec un sable 0/4 calcaire. La pression minimale à obtenir à l'essai QUEBEC est de 17 kPa au bout de 42 s. Les résultats de ces essais montrent que le matériau thixotrope selon l'invention garantit une étanchéitéité parfaite alors que le sable 0/4 calcaire donne un résultat largement hors tolérance. Lesdits résultats permettent d'envisager la mise en oeuvre du procédé de pose de tuyaux selon l'invention en réseau d'eaux usées dans des environnements à protéger comme les zones de champs captants d'eau potable. On choisira de préférence un matériau thixotrope de poids volumique compris entre 12 kN/m3 et 20 kN/m3, présentant un affaissement au cône (mesuré selon la norme NF-P18-451) de l'ordre de 15 cm à l'état de sol, un indice portant immédiat (mesuré après 24 heures et selon la norme NF-P94-078) supérieur à une valeur de 10 heures et une résistance à terme (mesuré selon la norme NF-P98-232.1) de l'ordre de 1 MPa, après prise définitive. Le matériau thixotrope selon la présente invention durcit en 2 heures environ. Les exemples suivants illustrent l'invention sans en limiter le portée. Exemple 1 : Pose de tuyaux en PVC Les tuyaux PVC ont un diamètre extérieur de 400 mm. La profondeur de la tranchée est de 1,20 m. Pose classique conformément au fascicule n070 La tranchée est réalisée sur une largeur de 1,35 m et une profondeur de 1,20 m plus 0,1 m pour le lit de pose, ce qui correspond à un volume de déblai égale à 1,75 m3/ml (mètre cube par mètre linéaire). Le lit de pose est répandu sur une épaisseur de 0,1 m, puis réglé et compacté. Les éléments de tuyaux sont assemblés et réglés en altimétrie au fond de la tranchée. L'enrobage du tuyau est effectué par couches successives, jusqu'à 0,1 m au dessus de la génératrice supérieure du tuyau, par un homme présent dans le fond de la tranchée. Le remblai est ensuite effectué jusqu'à la côte -0,40 m de reconstitution de la chaussée, soit un volume de 1,13 m3/ml. La réfection de la chaussée représente un volume de 0,50 m3/ml pour les couches d'assise et 170 kg/ml d'enrobés pour la couche de roulement en 5 cm d'épaisseur. Pose selon le procédé de l'invention La largeur de la tranchée est de 600 mm soit un volume de déblai de 0,78 m3/ml. Après pose des butées métalliques, les tuyaux sont assemblés en fond de tranchée. Le remblaiement est effectué jusqu'à la côte de reconstitution de la chaussée en une ou plusieurs fois pour un volume total égal à 0,41 m3/ml, la réfection de la chaussée représentant un volume de 0,20 m3/ml pour les couches d'assise et 75 kg/ml pour la couche de roulement en 5 cm d'épaisseur. Le procédé selon l'invention permet donc une économie de 0,97 m3/ml de déblai, 0,72 m3/ml de remblai, 0,3 m3/ml pour la reconstitution de la couche d'assise de la chaussée, et 95 kg/ml d'enrobés pour la couche de roulement, c'est-adire une économie de matériau comprise entre 55 et 60%. Exemple 2 : Pose de tuyaux en béton 90A Les tuyaux en béton 90A ont un diamètre extérieur de 500 mm. La profondeur de la tranchée est de 2,50 m. La pose de blindage est obligatoire. Pose classique conformément au fascicule n070 La tranchée est réalisée sur une largeur de 1,45 m et une profondeur de 2,5 m ce qui correspond à un volume de déblai égal à 3,9 m3/ml. Le lit de pose est de 0,145 m3/ml et le remblaiment de reconstitution de la chaussée de 2,73 m3/ml. La réfection de la chaussée représente un volume de 0,53 m3/ml pour les couches d'assise, et 180 kg/ml d'enrobés pour la couche de roulement en 5 cm d'épaisseur. Pose selon le procédé de l'invention La largeur de la tranchée qui inclut le blindage est de 1,10 m soit un volume de déblai de 2,86 m3/ml.Le remblaiement est effectué jusqu'à la côte de reconstitution de la chaussée en une ou plusieurs fois pour un volume total égal à 2,11 m3/ml, et la réfection de chaussée est effectuée pour un volume de 0,39 m3/ml pour les couches d'assise et 137 kg/ml d'enrobés pour la couche de roulement en 5 cm d'épaisseur. Le procédé selon l'invention permet donc une économie de 1,04 m3/ml de déblai, 0,64 m3/ml de remblai, 0,14 m3/ml pour la reconstitution des couches d'assise de la chaussée, et 43 kg/ml d'enrobés pour la couche de roulement, c'est-à-dire une économie de matériau d'environ 25%. REVENDICATIONS 1. Procédé de pose de tuyaux, caractérisé en ce qu'il comprend les opérations successives suivantes a) Réalisation d'une tranchée à une largeur 1 et à une profondeur P et assemblage entre eux des éléments de tuyaux au fond de la tranchée. b) Mise en place et réglage altimétrique de butées aptes à contrôler le déplacement des éléments de tuyaux assemblés. c) Remblaiement de ladite tranchée à une hauteur H avec un matériau thixotrope à l'état de sol, de façon à faire remonter les éléments de tuyaux sous l'effet de la poussée d'Archimède. d) Retrait des butées lorsque le matériau thixotrope est à l'état de gel, les éléments de tuyaux restant immobiles. e) Eventuel remblaiement complémentaire de la tranchée. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la largeur 1 est égale au diamètre extérieur du tuyau ajouté de 200 mm, en l'absence de blindage. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la largeur 1 est égale au diamètre extérieur du tuyau ajouté de 450 mm lorsque l'on prévoit des blindages. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les butées viennent coiffer les éléments de tuyaux interdisant leurs déplacements latéraux et limitant leurs déplacements verticaux ascendants. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les butées sont des plaques, de préférence métalliques, qui comportent une lumière débouchant à la partie inférieure de la plaque, orientée vers le fond de la tranchée, la largeur de ladite lumière correspondant sensiblement au diamètre extérieur des éléments de tuyaux. 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que le fond de la lumière est de forme hémicirculaire et présente un diamètre correspondant sensiblement au diamètre extérieur des éléments de tuyaux. 7. Procédé selon les revendications 5 et 6, caractérisé en ce que la hauteur de la lumière h est supérieure au diamètre extérieur des éléments de tuyaux. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que H est telle que la lumière des butées est noyée dans le matériau thixotrope. 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le nombre de butées mises en place est supérieur ou égal à trois. 10. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'espacement entre les butées est déterminé en fonction des caractéristiques des éléments de tuyaux, à savoir diamètre intérieur, diamètre extérieur et masse volumique, et en fonction du poids de chaque butée. 11. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la réaction exercée sur chaque butée est au moins égale à la différence entre la poussée d'Archimède exercée par le matériau thixotrope sur les éléments de tuyau et le poids desdits éléments de tuyau. 12. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que, après réglage altimétrique, les butées sont calées sur les parois latérales de la tranchée. 13. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le remblaiement de la tranchée est réalisé en une ou plusieurs fois jusqu'à la base de reconstitution de chaussée. 14. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le matériau thixotrope est un béton. 15. Procédé selon la revendication 14, caractérisé en ce que le béton comprend - des granulats de diamètre maximal inférieur à 20 mm, - un liant représentant 2 à 6 % du poids sec des granulats, - un agent hydro-réducteur représentant 0,05 à 0,15 % du poids sec des granulats. 16. Procédé selon la revendication 15, caractérisé en ce que les granulats sont constitués de cendres volantes silico-alumineuses. 17. Procédé selon l'une des revendications 15 et 16, caractérisé en ce que le rapport eau/ciment est compris entre 5 et 12. 18. Procédé selon l'une des revendications 15 à 17, caractérisé en ce que l'agent hydro-réducteur comprend des fibres naturelles ou synthétiques, en particulier des fibres polymères acryliques. 19. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le matériau thixotrope a un poids volumique compris entre 12 kN/m3 et 20 kN/m3. 20. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le matériau thixotrope présente - un affaissement au cône de l'ordre de 15 cm à l'état de sol, - un indice portant immédiat supérieur à une valeur de 10 heures, mesuré après 24 heures. 21. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le matériau thixotrope durcit en 2 heures environ et présente une résistance à terme de l'ordre de 1 MPa, après prise définitive.