Brevet FR3036411A1 — publié le 20161125

i La présente invention concerne le domaine de l'élaboration de digues, marines ou fluviales. Les digues sont des ouvrages de protection des berges de fleuves ou de rivières, de zones portuaires ou de zones côtières, principalement contre les inondations, les courants et la houle. Ce sont le plus souvent des ouvrages composés d'un corps de digue réalisé en matériaux du site et/ou en matériaux d'apport, ce corps de digue étant recouvert, au moins sur son flanc côté mer ou rivière, de couches d'enrochement ou de blocs préfabriqués en béton, pour en renforcer sa solidité. Ces digues peuvent être partiellement immergées, en permanence ou selon les marées ou périodes de crues. De ce fait, les principales contraintes lors de la conception de ce type d'ouvrage sont notamment d'obtenir une faible perméabilité afin d'empêcher une circulation hydraulique interne, et de réduire les risques de fissuration et de glissement. A cet effet, les digues actuelles, et plus particulièrement les digues maritimes (les plus exposées aux variations de niveaux d'eau/marées et aux vagues) réalisées par terrassement et pose de couches enrochement comportent généralement : - un noyau, appelé aussi corps de digue, remblai formé de matériaux du site ou de matériaux apportés, de perméabilité faible (k 3 MPa avec Rc la 5 résistance en compression) de ce sol formant le corps de digue. Ainsi la stabilité du corps de digue est améliorée, ce qui autorise des pentes plus fortes et réduit l'emprise au sol, et limite ainsi le besoin en matériau pour former ce corps de digue. 10 La cohésion du corps de digue est également renforcée : ceci a une incidence directe sur la prévention des phénomènes de glissement et augmente leur résistance à l'érosion sous circulation d'eau. 15 De plus ce corps de digue renforcé par le mélange de matériau de sol avec un liant permet de protéger directement la crête et le flanc longitudinal arrière de la digue des érosions liés aux phénomènes de surverse, notamment lors des tempêtes ou des crues. 20 De manière avantageuse, le béton formant le parement est un béton compacté au rouleau (abréviation BCR) comprenant un liant, des granulats et de l'eau, et présentant, à l'état frais, un affaissement au cône d'Abrams inférieur à 10 mm, de préférence voisin de 0. L'affaissement au cône d'Abrams est mesuré selon la norme NF EN 12350-2. 25 Le béton compacté au rouleau tient son nom de la technique employée pour le mettre en place : il est épandu au moyen de matériel de travaux publics classiques, puis compacté par des rouleaux. Il comprend les mêmes constituants de base que le béton classique : liant (ciment le plus souvent), eau et granulats tels que graviers ou pierres 30 concassées. Cependant il est plus ferme (affaissement au cône d'Abrams' quasi nul), apte à être compacté à l'aide de rouleau vibrant et ne nécessitant pas la présence d'armatures en acier (ce qui implique une absence de risque de corrosion des aciers engendrant des éclatements de béton). La pose de ce béton BCR peut s'effectuer sans coffrage, ni finition. Un tel béton est un revêtement économique dont la mise en 35 place est simple et rapide. 3036411 4 Les granulats utilisés dans ce béton peuvent être des granulats issus des matériaux rocheux du site et/ou comprendre des matériaux de recyclage, tel que du béton concassé issu de chantiers de déconstruction. 5 L'association d'un parement en béton BCR et d'un matériau de sol mélangé à un liant confère à la digue une résistance importante, sans nécessiter la présence d'un renforcement à l'aide d'enrochements. Le parement en béton présente une très bonne résistance à la compression et à l'érosion. 10 De préférence, la concentration en liant du béton est comprise entre 1 % et 15 % en poids, de préférence entre 2 % et 12 `)/0 en poids, de préférence encore entre 3 % et 7 `)/0 en poids, du poids total du béton. De même, la concentration en liant de la composition du corps de digue est comprise 15 entre 1 % et 15 % en poids, de préférence entre 2 % et 12 % en poids, de préférence encore entre 4 % et 8 % en poids (du poids total du mélange formant la composition). En deçà de ces valeurs, la quantité de liant s'avère insuffisante pour conférer les propriétés annoncées ci-dessus, et au-delà de ces valeurs le coût de mise en oeuvre devient inutilement élevé. 20 De manière avantageuse, le liant du béton formant le parement et le liant mélangé au matériau de sol formant la composition du corps de digue sont de même nature, voire de formulation identique. 25 Ce liant peut être choisi parmi : - les ciments, tels que les ciments CEM I, CEM II, CEM III, CEM IV, CEM V (au sens de la norme NF EN 197-1) ; - les liants hydrauliques routiers à base de clinker, de laitier et/ou de cendres volantes, éventuellement à prise rapide ; 30 - la chaux ; - les liants pouzzolaniques, composés au moins d'un mélange de chaux et d'un composé pouzzolanique, tel qu'une pouzzolane naturelle, une pouzzolane calcinée, du verre broyé, des cendres volantes, ou un mélange de ces composés pouzzolaniques ; - ou un mélange de ces liants. 35 La composition formant le corps de digue et comprenant le mélange d'au moins un 3036411 5 matériau de sol formé de matières minérales avec un liant, est avantageusement présente dans une bande d'épaisseur d'au moins plusieurs dizaines de centimètres sous le parement, de préférence d'au moins 50 centimètres. 5 Selon le mode de réalisation particulier de l'invention, la composition du béton formant le parement et/ou la composition à base de matériau de sol formant le corps de digue peut comprendre des fibres, telles que des fibres végétales, de préférence selon une concentration massique inférieure à 2 %, de préférence encore inférieure ou égale à 1 %, de la composition totale correspondante. 10 La présente invention concerne également le procédé de réalisation d'une telle digue, maritime ou fluviale. Ce procédé est caractérisé en ce qu'il comprend les étapes successives suivantes i) application, sur un talus support, d'une couche individuelle, ou de plusieurs couches, 15 de béton, sous forme d'une bande sensiblement horizontale, à distance du flanc longitudinal du talus disposé côté mer ou rivière, de manière à créer un espace/volume entre ledit flanc et le côté longitudinal, dénommé côté arrière, de la bande de béton en regard dudit flanc du talus ; ii) remplissage, de préférence avant la prise du béton, de l'espace/volume ménagé 20 entre le côté arrière de la ou des couches de béton et le flanc du talus côté mer ou rivière au moyen d'au moins une composition comprenant un mélange d'au moins un matériau de sol formé de matières minérales avec le liant, lesdites couches de béton servant de coffrage à ladite composition ; iii) compactage ensemble de la ou des couches de béton et du matériau de sol formé 25 de matières minérales et de liant ; iv) répétition des étapes i) à iii) par superposition de nouvelles couches de béton et de ladite composition comprenant un matériau de sol et un liant, jusqu'à la cote souhaitée. 30 Le traitement du sol avec un liant consiste à incorporer ledit liant au sein des matériaux constitutifs de ce sol avec éventuellement de l'eau et à les mélanger intimement in situ. Ce traitement utilise les affinités chimiques du sol et du liant, et est complété, dans la présente invention, par un traitement mécanique de compactage. Le sol ainsi traité présente une perméabilité réduite. 35 De préférence, le compactage de l'étape iii) est effectué au moyen d'un engin 3036411 6 compacteur de type à pieds dameurs, apte à créer une rugosité de surface des couches de béton et du matériau de sol formé de matières minérales et de liant. De même, les côtés arrière des couches de béton en regard du flanc côté mer ou 5 rivière du talus support ne sont avantageusement pas lissés, de manière à présenter une surface irrégulière en vue d'une meilleure accroche de la composition formant le corps de digue. Selon un mode de réalisation particulier du procédé de l'invention, le liant du béton 10 formant le parement et le liant mélangé au matériau de sol formant la composition du corps de digue sont de même nature, ou de formulation identique, de manière à renforcer la continuité entre le parement et le corps de digue lors de la prise du liant. La présente invention va être maintenant décrite ci-après au moyen d'un exemple de 15 réalisation illustratif en se référant aux figures dans lesquelles : - les figures 1A à 1D sont des vues en coupe transversale de la digue schématisant les principales étapes de réalisation de ladite digue ; - la figure 2 est une vue longitudinale du flanc côté mer ou fleuve de la digue la 20 schématisant au plot J de réalisation de ladite digue ; - la figure 3 est une vue longitudinale du flanc côté mer ou fleuve de la digue la schématisant au cours de la réalisation du plot J+1. En se référant aux figures 1A à 1D, le talus support 1 est préexistant sur le site ou est 25 un remblai préparé par terrassement, avant la réalisation de la digue proprement dite, dont les étapes sont détaillées ci-après. Sur une plate-forme de traitement dédiée localisée à proximité du chantier, sont préparées d'une part la composition de sol traitée par mélange des matériaux dudit sol 30 avec un liant, et d'autre part la composition de béton BCR comprenant un liant, de l'eau et des granulats minéraux issus de carrière, du site lui-même et/ou de matériaux de recyclage. Sur ce talus 1 support est tout d'abord disposée une bande 2 longitudinale de béton 35 BCR composée d'une ou deux couches dudit béton, d'épaisseur e. Cette bande longitudinale est disposée, de préférence sensiblement horizontalement, sur le sol 6 à 3036411 7 distance du flanc longitudinal du talus disposé côté mer ou rivière, de manière à créer un espace 4 entre ledit flanc et le côté longitudinal, dénommé côté arrière 3, de la bande de béton en regard dudit flanc du talus. Cette bande est par exemple d'environ 1 mètre de large et de 30 à 40 cm d'épaisseur, et peut faire plusieurs dizaines de 5 mètres de long selon le cadencement de l'opération. Dans cet espace 4 entre le flanc du talus et le côté arrière 3 de la bande 2 de béton BCR est alors déposée, avant la prise du béton de ladite bande 2 de béton, la composition 5 de sol traitée par mélange des matériaux du sol avec un liant, le volume 10 de composition déposé venant combler totalement ledit espace 4. L'ensemble formé par la couche de composition 5 de sol traité et de la bande 2 de béton est alors immédiatement compacté au rouleau, avantageusement au moyen d'un compacteur vibrant à pieds dameurs selon les prescriptions prédéfinies par une 15 planche de convenance conduisant à une qualité de compactage q4 pour le sol traité et q2 pour le béton compacté au rouleau. Les qualités de compactage q4 et q2 sont définies dans la norme NF P 98 331 : - La qualité q4 correspond à pd,m 95% pd,OPN et pd,fc «?. 92% pd,OPN 20 - La qualité q2 correspond à pd,m k 97% pd,OPM et pd,fc 95% pd,OPM pd,m étant la masse volumique sèche moyenne sur l'épaisseur compactée, pd,OPN la masse volumique sèche à l'Optimum Proctor Normal pd,OPM la masse volumique sèche à l'Optimum Proctor Modifié et 25 pd,fc la masse volumique sèche en fond de couche. Le compactage des deux matériaux simultanément conduit à une liaison renforcée à leur interface, assurant ainsi une bonne continuité entre le sol traité et le béton compacté au rouleau. 30 Les étapes précédentes sont ensuite répétées sur ce premier ensemble compacté, par la pose d'une nouvelle bande 2' de béton BCR, décalée d'une valeur a vers le flanc du talus 1. Le nouvel espace 4' créé entre le flanc dudit talus 1 et le côté arrière 3' de la bande 2' de béton est comblé par une nouvelle couche 5' de composition de sol traité 35 et ainsi de suite jusqu'à la cote souhaitée. 3036411 8 L'ensemble des couches de composition de sol traité, et compactées, forme le corps de digue 15 et l'ensemble des bandes superposées de béton constitue le parement 12 en béton, la totalité constituant la digue 10. 5 La continuité mécanique et l'absence de discontinuité entre couches superposées est assurée par la mise en oeuvre rapide d'une couche sur l'autre et par l'emploi de compacteurs à pieds dameurs. Ceux-ci créent des empreintes (de quelques centimètres) dans la surface compactée qui permet ensuite à la couche sur-jacente de s'incruster dans la couche inférieure support. 10 La pente du parement résulte du décalage plus ou moins important des bandes de béton superposées, et l'on constate que l'on peut réaliser une pente très abrupte avec le procédé de la présente invention. L'embase de la digue 10, et donc son emprise au sol sont ainsi réduites. Aucun enrochement n'est nécessaire. 15 La continuité intrinsèque et l'absence de fissuration de chacun des matériaux peuvent être améliorées par l'introduction de fibres, par exemple des fibres d'origine végétale au moment des opérations de malaxage des constituants du béton BCR et/ou du sol traité, à raison d'un dosage massique de préférence inférieur à 1 % afin de ne pas 20 affecter les performances géotechniques de base de ces couches qui sont rassemblées dans les tableaux 1 et 2 ci-après. Sol traité au liant 25 Le sol fera l'objet d'une classification selon la norme NFP 11-300 et devra être apte au traitement avec le liant et le dosage envisagé. Le dosage en liants est préalablement déterminé au moyen d'une étude de formulation en laboratoire pour répondre aux spécifications du tableau 1 ci-dessous. 3036411 9 Paramètre géotechnique Spécification Granularité D', 150 mm Aptitude au traitement (NF P 94-100) Adapté Perméabilité en laboratoire (NF X 30-441) Kw 5 10-7 mis Résistance en compression simple sur sol traité compacté à 95 % de pd,OPN (NF EN 13286-41) ?.. 3 MPa à 90 jours Résistance à l'érosion interne : Erosion Rate Index ?.. 5 à 90 jours HET (fiole Erosion Test selon Wan & Fell, 2002*) * Wan C.F., Fell R., (2002). investigation of internai erosion and piping of soifs in embankment dams by the slot erosion test and the hole erosion test, UNICIV Report, 5 no. R-412 Tableau 1 Béton compacté au rouleau : 10 Le béton compacté au rouleau BCR comprend des granulats grossiers (appelés graves), mélangés avec de l'eau et un liant hydraulique à un dosage permettant d'atteindre les spécifications récapitulées dans le tableau 2 ci-dessous. Paramètre géotechnique Spécification Granularité D 5 31,5 mm Aptitude au traitement (NF P 94-100) Adapté Résistance en compression simple sur sol traité compacté à 95 % de pd,OPM (NF EN 13286-41) k. 20 MPa à 90 jours Résistance à l'érosion externe : Erosion Rate Index 5 à 7 jours JET (Jet Erosion Test selon Hanson & Simon, 2001**) ** Hanson, Simon, (2001). Erodibility of cohesive streambeds in the loess area of the 15 midwestern USA. Hydrological Processes, Vol. 15, pp. 23-38 Tableau 2 Les couches de sol traité et de béton sont mises en place par plots, dont la longueur 20 permet d'assurer la mise en oeuvre d'un plot (J, J+1) sur toute sa hauteur au cours d'une séquence continue de travail (une journée ou la durée entre deux marées 3036411 10 hautes si les travaux sont dépendants de la marée) : voir schémas des figures 2 et 3. Le passage longitudinal d'un plot J au plot J+1 est réalisé avec un soin particulier reposant sur une forme en biseau du plot J afin que la reprise et la réalisation du plot J+1 ne crée pas une discontinuité perpendiculaire de la digue. 5 REVENDICATIONS1. Digue (10) maritime ou fluviale du type comprenant un corps de digue présentant 5 deux flancs longitudinaux disposés l'un côté mer ou rivière, l'autre côté terre de la digue, et un parement du flanc côté mer ou rivière du corps de digue, caractérisée en ce que le parement (12) comprend un béton et en ce que le corps de digue (15) comporte au moins une composition comprenant un mélange d'au moins un matériau de sol formé de matières minérales avec un liant, tel qu'un liant hydraulique 10 et/ou de la chaux et/ou un liant pouzzolanique. 2. Digue selon la revendication 1, caractérisée en ce que le béton formant le parement (12) est un béton compacté au rouleau BCR comprenant un liant, des granulats et de l'eau, et présentant, à l'état 15 frais, un affaissement au cône d'Abrams inférieur à 10 mm, de préférence voisin de 0. 3. Digue selon la revendication 2, caractérisée en ce que la concentration en liant du béton est comprise entre 1 % et 15 % en poids, de préférence entre 2 % et 12 % en poids, de préférence encore entre 20 3 % et 7 % en poids, du poids total du béton. 4, Digue selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la concentration en liant de la composition du corps de digue (15) est comprise entre 1 % et 15 % en poids, de préférence entre 2 % et 12 % en 25 poids, de préférence encore entre 4 % et 8 % en poids du poids total du mélange formant la composition. 5. Digue selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le liant du béton formant le parement (12) et le liant mélangé 30 au matériau de sol formant la composition du corps de digue (15) sont de même nature, ou de formulation identique. 6. Digue selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le liant est choisi parmi : 35 - les ciments, tels que les ciments CEM I, CEM II, CEM Ill, CEM IV, CEM V (au sens de la norme NF EN 197-1) ; 3036411 12 - les liants hydrauliques routiers à base de clinker, de laitier etiou de cendres volantes, éventuellement à prise rapide ; - la chaux ; - les liants pouzzolaniques, composés au moins d'un mélange de chaux et d'un composé pouzzolanique, tel qu'une pouzzolane naturelle, une pouzzolane calcinée, du verre broyé, des cendres volantes, ou un mélange de ces composés pouzzolaniques ; - ou un mélange de ces liants. 7. Digue selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que ladite composition formant le corps de digue (15) et comprenant le mélange d'au moins un matériau de sol formé de matières minérales avec un liant, est présente dans une bande d'épaisseur d'au moins plusieurs dizaines de centimètres sous le parement, de préférence d'au moins 50 centimètres. 8. Digue selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la composition du béton formant le parement (12) et/ou la composition à base de matériau de sol formant le corps de digue (15) comprend des fibres, telles que des fibres végétales, de préférence selon une concentration massique inférieure à 2 %, de préférence encore inférieure ou égale à 1 % de la composition totale correspondante. 9. Procédé de réalisation d'une digue maritime ou fluviale selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes successives suivantes i) application, sur un talus (1) support, d'une couche individuelle, ou de plusieurs couches, de béton, sous la forme d'une bande (2) sensiblement horizontale, à distance du flanc longitudinal du talus (1) disposé côté mer ou rivière, de manière à créer un espace(4) entre ledit flanc et le côté longitudinal, dénommé côté arrière (3), de la bande (2) de béton en regard dudit flanc du talus ; ii) remplissage, de préférence avant la prise du béton, de l'espace(4) ménagé entre le côté arrière (3) de la ou des couches de béton et le flanc du talus côté mer ou rivière au moyen d'au moins une composition comprenant un mélange d'au moins un matériau de sol formé de matières minérales avec le liant, lesdites couches de béton servant de coffrage à ladite composition ; iii) compactage ensemble de la ou des couches de béton et du matériau de sol formé de matières minérales et de liant ; 3036411 13 iv) répétition des étapes i) à iii) par superposition de nouvelles couches de béton et de ladite composition comprenant un matériau de sol et un liant, jusqu'à la cote souhaitée. 5 10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que le compactage de l'étape iii) est effectué au moyen d'un engin compacteur de type à pieds dameurs, apte à créer une rugosité de surface des couches de béton et du matériau de sol formé de matières minérales et de liant. 10 11. Procédé selon la revendication 9 ou 10, caractérisé en ce que les côtés arrière (3) des couches de béton en regard du flanc côté mer ou rivière du talus support ne sont pas lissés, de manière à présenter une surface irrégulière en vue d'une meilleure accroche de la composition formant le corps de digue. 15 12. Procédé selon la revendication 9 à 11, caractérisé en ce que le liant du béton formant le parement et le liant mélangé au matériau de sol formant la composition du corps de digue sont de même nature, ou de formulation identique, de manière à renforcer la continuité entre le parement et le 20 corps de digue lors de la prise du liant. 25