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Timestamp: 2016-10-24 03:58:54+00:00
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⭐Les fondations des ouvrages de l'autoroute A 86 au sud de Paris
Les fondations des ouvrages de l'autoroute A 86 au sud de Paris
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1 Les fondations des ouvrages de l'autoroute A 86 au sud de Paris Jean-Pierre GIGAN Ingénieur Chef de la section de mécanique des sols Bernard POUPELLOZ Ingénieur ENSG Laboratoire régional de l'est parisien (Le Bourget) Présentation Michel CARRESE Ingénieur des Ponts et Chaussées Chef du service Etudes et grands travaux Direction départementale de l'equipement du Val-de-Marne D'une longueur totale de 80 km, l'autoroute A 86 est une autoroute urbaine qui, lorsqu'elle sera achevée, constituera le deuxième périphérique de l'île-de-france, à quelques kilomètres du centre de l'agglomération parisienne. La quasi-totalité (21 sur 23 km) de la traversée du département du Val-de-Marne fait partie de la liaison autoroute du nord autoroute du sud (A 1 - A 6) dont la réalisation a été déclarée prioritaire par l'état et le Conseil régional d'île-de-france. RÉSUMÉ Trois grands ouvrages de l'autoroute A 86 au sud de Paris sont fondés sur pieux au-dessus de formations gypseuses (horizon de Ducy et marnes et caillasses), dans lesquelles des phénomènes de dissolution et karstifïcation sont plus ou moins développés. L'article expose la justification du choix des niveaux de fondation en fonction des résultats d'une analyse de la stabilité des niveaux gypseux. Pour un ouvrage particulier (le franchissement des voies SNCF-PLM) les conclusions des études préalables sont confrontées avec les constatations réalisées pendant le suivi des travaux. Les diverses méthodes d'injection de terrains sont décrites et un bilan des résultats obtenus est présenté. MOTS CLÉS : 42 - Ouvrage d'art (pont) - Autoroute - Fondation - Pieu - Gypse - Marne - Calcaire - Karst - Dissolution Profondeur - Stabilité - Injection (mater.) - Alluvion Sable. Les travaux en cours, entre le carrefour Pompadour à Créteil et la N 305 à Choisy, constituent à l'heure actuelle l'un des deux plus importants chantiers autoroutiers de la région parisienne; le deuxième étant la liaison entre la déviation de Rosny et l'autoroute de l'est, dans le nord-est du Val-de-Marne. Outre deux échangeurs complexes, cette section comprend trois grands ouvrages de franchissement, dont les principes de conception et les techniques de réalisation couvrent une large part de l'éventail de ceux actuellement utilisés dans le domaine des ouvrages d'art. La multiplicité des ouvrages d'art à réaliser et la mauvaise qualité des terrains en place ont conduit le Laboratoire régional de l'est parisien à réaliser, pour le compte du maître d'œuvre, des études très poussées sur les caractéristiques et le comportement des différents horizons géologiques ainsi que les différents procédés à mettre en œuvre pour pouvoir réaliser dans de bonnes conditions les différents systèmes de fondations et les remblais autoroutiers. 53 Bull, liaison Labo P. et Ch janv.-févr Réf. 29492 La section «carrefour Pompadour-N 305» Les 3,7 km en construction permettront de relier l'actuel débouché provisoire sur la N6 de la section «autoroute de l'est-carrefour Pompadour» à la N305. Le débouché provisoire sur la N 305 ne doit lui-même être utilisé que quelques années, en attendant l'achèvement de la traversée de Thiais, dont les travaux vont prochainement commencer. Orientée sensiblement suivant un axe est-ouest, la section comprend successivement, en partant de l'est: l'actuel débouché provisoire du tronçon «autoroute de l'est-carrefour Pompadour»; l'échangeur de Pompadour; le franchissement des voies ferrées de la ligne Paris-Lyon-Méditerranée; le franchissement de la darse de l'usine gazière d'alfortville; le franchissement de la Seine et des voies ferrées de la ligne Paris-Bordeaux; l'échangeur de la N 305. Du fait de la multiplicité des obstacles à franchir, la plate-forme autoroutière reste constamment en élévation de plusieurs mètres au-dessus du terrain naturel. Sa largeur, de 33 m, a été prévue pour permettre une mise en service de deux fois trois voies et un passage ultérieur à deux fois quatre voies, si nécessaire. Le coût de l'opération, financée, à 70% par la région Île-de-France et 30 % par l'état, est estimé à 1,336 milliard de francs (valeur mars 1982). Maquette montrant le franchissement des voies SNCF-PLM et le futur échangeur Pompadour. L'échangeur de Pompadour Situé à proximité immédiate de l'actuel carrefour Pompadour, cet ouvrage permettra à l'autoroute A 86 de s'échanger complètement avec la N 6, la N 186 et le CD 60. Il assurera également à terme le débouché sur A 86 de la déviation de Villeneuve- Saint-Georges (ancienne autoroute B 5). Compte tenu de ces nombreuses fonctions à assurer, il se présente sous la forme d'un ensemble complexe, qui ne compte pas moins de 6 km de bretelles et onze ouvrages d'art, dont un appartenant à la catégorie des ouvrages d'art non courants.3 L'exploitation systématique des alluvions de la Seine qui couvraient le site, et le comblement des anciennes ballastières par des matériaux d'apport de qualités très diverses, a conduit à fonder la plupart des ouvrages sur des fondations profondes. C'est ainsi que près de cinq cents pieux au total devront être forés sur des longueurs variant de 15 à 20 m. L'ouvrage de franchissement des voies ferrées de la ligne SNCF-PLM Cet ouvrage permettra aux deux chaussées autoroutières, ainsi qu'à deux des bretelles de l'échangeur de Pompadour, de franchir successivement d'est en ouest : le faisceau ferroviaire constitué par les voies SNCF du PL M et l'amorce du triage de Villeneuve-Saint-Georges; la gare rail-route Novatrans; la voie des marais, voirie communale sur laquelle transite une bonne partie du trafic poids lourds de la gare rail-route Novatrans. Chacun des quatre tabliers de l'ouvrage a une longueur moyenne de 200 m et comprend quatre travées de 35, 70, 61 et 32 m; la travée la plus longue étant située au-dessus des voies ferrées. Les chaussées autoroutières ont une largeur de 15,50 m, celle des bretelles est variable. La présence des voies ferrées et l'importance du trafic poids lourds, lié à la gare Novatrans, ont conduit à prévoir un mode de réalisation par poussage du tablier à partir de la culée ouest. A l'issue d'un appel d'offres ouvert à la fois aux structures en béton et en métal, c'est l'ouvrage à structure mixte acier-béton, présenté par le groupement d'entreprises Bouygues-Richard Ducros, qui a été retenu pour un montant de 95 MF TTC (valeur juin 1982). Chaque tablier est constitué par deux poutres métalliques de 2,80 m de haut, reliées par des entretoises ou des pièces de pont, sur lesquelles repose une dalle en béton de 25 à 40 cm d'épaisseur, qui participe à la résistance de l'ouvrage à la flexion longitudinale. Ouvrage de franchissemer voies SNCF-PLM. Lancerr la seconde ossature met; pont mixte au-dessus <1L (photographie SN Baranger)4 Les éléments de la charpente métallique, d'un poids total de d'acier, sont fabriqués par l'entreprise Richard Ducros dans son usine de Charme dans les Vosges, avant d'être acheminés sur le site par la route. Ils sont alors assemblés pour constituer des tronçons de tablier d'environ 30 m de long. Ces tronçons, mis bout à bout, constituent le tablier définitif, ils sont poussés sur les différentes lignes d'appui à partir de la culée. Une fois la charpente métallique en place, la dalle supérieure en béton est coulée et chaque tablier est muni de ses équipements (corniches, barrières de retenue, etc). Chacune des piles de l'ouvrage repose sur une semelle en béton armé et sur quatre pieux d'une longueur d'environ 18 m et d'un diamètre de 0,90 à 1,20 m. L'ouvrage de franchissement de la darse de l'usine gazière d'alfortville Les deux chaussées autoroutières franchissent la darse de l'usine gazière d'alfortville au moyen d'un viaduc constitué de deux tabliers indépendants de 16,50 m de large. Les 680 m de longueur de l'ouvrage se répartissent en dix travées dont la portée maximale est de 76 m. Le tracé en plan comprend, en partant de la culée est, une partie rectiligne sur les deux tiers de la longueur de l'ouvrage suivie, sur le dernier tiers, d'une partie courbe de 600 m de rayon. L'examen des solutions présentées, tant par les entreprises de construction métallique que par celles de génie civil, a permis de choisir l'ouvrage en béton précontraint proposé par l'entreprise Quillery-Saint-Maur pour un coût de 117 MF TTC (valeur février 1982). Le tablier de cet ouvrage, constitué par des voussoirs à trois âmes et précontraint longitudinalement, présente la particularité d'avoir une précontrainte de fléau, réalisée au moyen de câbles rectilignes situés dans le hourdis supérieur, et une partie de sa précontrainte de continuité constituée par des câbles extérieurs au béton. Ces derniers, qui équilibrent sensiblement les surcharges de l'ouvrage, seront enfilés à l'intérieur de gaines métalliques, similaires à celles utilisées dans les installations de chauffage central, et situées dans l'espace libre intérieur aux voussoirs. Appui du viaduc sur la darse. Pile fondée sur quatre pieux à l'intérieur d'un batardeau; voussoir sur pile en place. L'injection des gaines est faite avec de la graisse. Ce procédé d'injection, allié à des têtes d'ancrage des câbles appropriées, autorisera, durant toute la durée de vie de l'ouvrage, un contrôle aisé de la tension résiduelle des câbles ainsi que leur changement éventuel, sans qu'aucune opération de destruction ne soit nécessaire. 565 Les quatre cents voussoirs employés pour la construction des deux tabliers d'une surface totale de m, 2 ont une longueur de 3,15 m, une hauteur variant de 2,50 m à la clé à 4 m pour le voussoir sur pile et un poids unitaire compris entre 80 et Ils sont préfabriqués dans une usine située sur le remblai autoroutier et mis en place par encorbellement de manière classique au moyen d'une poutre de lancement. Les piles de l'ouvrage reposent sur des semelles en béton armé, chacune étant fondée sur quatre pieux de 1,60 m de diamètre et 20 m de longueur moyenne. L'ouvrage de franchissement de la Seine Composé lui aussi de deux tabliers indépendants de 16,50 m de large, cet ouvrage se raccorde à son extrémité est au viaduc de franchissement de la darse, sur une pile culée commune. Il permet aux chaussées de A 86 de franchir successivement au moyen de six travées continues de 95 m de portée maximale : la Seine en dégageant une passe navigable de 44 m de largeur droite; le CD 124 situé en bord de Seine; les voies ferrées Paris-Bordeaux. Son tracé en plan a la forme d'un S de 450 m de long, constitué d'une partie rectiligne encadrée par deux courbes de 450 m de rayon. Le franchissement de la Seine se fait avec un biais prononcé de l'ordre de 45. Comme pour le franchissement de la darse de l'usine gazière, ce sont les solutions béton qui se sont montrées les plus économiques. C'est sur la proposition de l'entreprise Campenon-Bernard, pour un coût de 90 MF TTC (valeur février 1982), que s'est arrêté le choix du maître d'œuvre. Le tablier de l'ouvrage est constitué par des voussoirs à deux âmes. La largeur de 16,50 m est en effet à la limite entre les domaines d'application des voussoirs à deux âmes et ceux à trois âmes. Il présente les caractéristiques d'avoir, en plus de la précontrainte longitudinale, une précontrainte transversale dans le hourdis supérieur et une précontrainte verticale dans les âmes. Cette dernière est réalisée au moyen de câbles monotorons graissés et gainés avant leur mise en œuvre. Pile de l'ouvrage en Seine avec son batardeau constitué de viroles en béton armé. Les voussoirs, d'une longueur égale à 3,15 m, ont une hauteur variant entre 2,80 et 5,50 m et un poids compris entre 80 et Ils sont préfabriqués dans une usine située sur la rive gauche de la Seine, dans les emprises du futur échangeur avec la N 305, et mis en place par encorbellement, au moyen d'une poutre haubanée de 120 m de long. 576 Une autre particularité de cet ouvrage réside dans le mode de réalisation des trois lignes d'appui situées en Seine. Chaque pile est fondée sur six pieux de 1,60 m de diamètre. Ces pieux, ainsi que la semelle qui les surmonte, sont réalisés à l'abri d'un batardeau cylindrique en béton armé. Celui-ci est constitué par des couronnes préfabriquées en bordure de Seine et empilées les unes sur les autres au moyen d'un catamaran, afin d'obtenir un batardeau de hauteur appropriée. L'échangeur avec la N 305 Sur la rive gauche de la Seine, cet ouvrage permettra d'assurer des échanges complets entre l'autoroute A 86 et la N 305 ainsi que certaines voiries locales (CD 124 et 52). Les terrains disponibles entre les cimetières de Choisy et de Vitry, et ceux libérés du fait du dépôt de bilan et de la démolition des anciennes cristalleries de Choisy, ont permis d'implanter cet échangeur dans un secteur relativement éloigné des urbanisations occupant la rive gauche de la Seine. Dans le cadre de la construction de plusieurs grands ouvrages de l'autoroute A 86, le Laboratoire régional de l'est parisien a assuré pour le compte de la Direction départementale de l'équipement du Val-de-Marne une mission continue d'assistance technique dans le domaine géotechnique, allant du pilotage des reconnaissances de sols jusqu'au contrôle d'exécution des injections de terrains et forages de pieux. Dans cet article, nous avons voulu développer quelques aspects liés au contexte particulier des fondations en site gypseux : évaluation correcte du degré de karstification des niveaux gypseux et des risques encourus; détermination des modes de traitement de sols les mieux adaptés, ainsi que des moyens de contrôle de leur mise en œuvre; choix des méthodes d'exécution des fondations garantissant leur stabilité pendant toute la durée de vie des ouvrages. PREMIÈRE PARTIE CONCEPTION DES FONDATIONS DES DIFFÉRENTS OUVRAGES CONTEXTES GÉOLOGIQUE ET HYDROGÉOLOGIQUE DU PROJET Le tracé de l'autoroute A 86 au sud de Paris (fig. 1) recoupe la plaine alluviale de la Seine d'ouest en est entre le plateau de Thiais et la butte du Mont Mesly. Dans cette zone, les assises tertiaires ont été entaillées au quaternaire par le fleuve sur une hauteur d'environ 80 m et une largeur de 4 km. Marnes infragypseuses, érodées en zone centrale (MIG) Calcaire de Saint-Ouen (SO) Sables de Beauchamp (SB) Marnes et caillasses (M et C) Calcaire grossier (CG) Bartonien Lutétien Les alluvions, dont la puissance atteint une dizaine de mètres, recouvrent un substratum constitué par une série de formations à prédominance marno-calcaire avec intercalation de bancs gypseux. Les couches du substratum présentent un léger pendage vers le sud (de l'ordre de 1 %) du fait de la proximité plus au nord de l'axe anticlinal de Meudon (fig. 2 et tableau I). 587 Fig. 1. Situation du projet. PARIS I-J! Va/- de-marne Usine du gaz de France : : d'alfortville WSWWxM. 186 M M M Sections en service Sections en travaux Sections en projet Aménagement sur place de la N 186 Echangeur carrefour Pompadour Diffuseur N 305 xxx Brèches (effondrement, substitution} am Gypse 4.^.^. Axe de l'anticlinal de Meudon Fig. 2. Schéma de l'organisation des karsts gypseux lutétien et bartonien sous l'autoroute A 86 sud, entre Thiais et Créteil (Val-de- Marne). Les caractéristiques géotechniques sont résumées dans le tableau I. 598 TABLEAU I. Caractéristiques des principales formations de l'autoroute A 86 au sud de Paris. Formation Épaisseur (m) Description Caractéristiques pressiométriques MIO 5 Pa) Éboulis (extrémité ouest) et alluvions modernes 3 à 5 Limons argileux - Sables fins 5 à 10 Alluvions anciennes 5 à 10 Sables et graviers > 25 Marnes Infragypseuses (MIG) 0à6 Marnes argileuses ou calcaire Un banc gypseux (e ^ 1 m) en rive gauche 10 à 20 Calcaire de Saint-Ouen (SO) + Horizon de Ducy 8 à 12 Argile en tête (2 m) Marnes et calcaires Ducy : Calcaire et intercalations gypseuses 20 à 40 Sables de Beauchamp 4à6 Sable marneux puis marne 10 à 40 Marnes et Caillasses (MC) 14 à 25 Alternance de marnes et calcaires-bancs de gypse intercalés (e = 0 à 10 m) > 30 Calcaire grossier (CG) > 15 Calcaire massif > 40 En rive droite de Seine, les alluvions ont fait l'objet de très nombreuses exploitations. Les remblais de ballastières (épaisseur 10 m) très hétérogènes, ont des caractéristiques mécaniques médiocres. Les caractéristiques géotechniques sont résumées dans le tableau I. A l'échelle du projet, l'étude hydrogéologique permet de distinguer trois nappes superposées : nappe phréatique baignant les alluvions; nappe du calcaire de Saint-Ouen; nappe du lutétien (marnes et caillasses et calcaire grossier). Ces nappes sont séparées par des écrans semi-étanches (marnes infragypseuses et sables de Beauchamp marneux), mais en fait leurs niveaux statiques sont presque identiques (environ 30 NGF). En règle générale, les nappes sont drainées par la Seine (retenue normale 29,60 NGF), sauf en période de crues. ALTÉRATION DES NIVEAUX GYPSEUX Le choix des sytèmes de fondation des ouvrages est subordonné à un problème de stabilité générale lié à l'existence de niveaux de gypse dans le calcaire de Saint-Ouen et les marnes et caillasses. En effet, depuis le début du quaternaire, ces horizons gypseux ont été soumis à l'action dissolvante des nappes aquifères. Les perturbations karstiques ont été caractérisées principalement par les diagraphies instantanées en forages destructifs (vitesse d'avancement et pression du fluide d'injection). Celles-ci permettent de faire les distinctions suivantes (tableau II). TABLEAU II Vitesse de pénétration (m/h) Caractéristiques pressiométriques (10 5 Pa) Gypse sain 25 à 100 > 30 Cavité franche ou 800 à non mesurable remplie de boue (vitesse simulée) (< 1) Cavité remblayée par des marnes ou cavités effondrées 300 à 600 < 5 L'analyse des indices karstiques fait apparaître une double polarité (fig. 3) : dans le sens horizontal, quel que soit le niveau observé, les effets de la dissolution s'accroissent d'ouest en est; dans le sens vertical, le front de dissolution progresse principalement du haut vers le bas. Ces observations mettent en lumière le rôle essentiel joué par la Seine dans le lessivage des niveaux gypseux. Ceux-ci sont d'autant plus altérés qu'ils sont proches de la surface et donc moins protégés par des écrans imperméables. La progression vers l'ouest des fronts de dissolution est par ailleurs conforme au déplacement du lit du fleuve au cours du quaternaire. De même, on note la disparition totale des bancs de gypse plus au nord dans les zones où les alluvions reposent directement sur les marnes et caillasses. L'érosion des niveaux gypseux s'est en effet accompagnée, dans les périodes interglaciaires, d'un processus de karstification progressant, lui, de l'axe anticlinal en direction du sud. Le pouvoir dissolvant de la nappe dépend de la teneur en sulfate de l'eau et de sa vitesse de renouvellement. 609 «- Ouest Est -> Tronçon compris entre la N 305 et la culée ouest du viaduc Viaduc de franchissement de la darse et de la Seine Franchissement des voies SNCF-PLM Échangeur Pompadour [ Gypse de la base du calcaire de Saint- Ouen (Ducy) AAAAAAAAAAAAAAAAAA/ \AAAAAAAAAAAAAA»A*A tatatatatatatatata<ta+ A+A+A+A+Axxxxxxxxxxxx Zone de diss olution active Gypse des marnes et caillasses AAAAAAAAAAAAAAAAAA!\AAAAAAAAAAAAAAAAAZ ita+atatata+ata*atata rata+ata+atatatatxxxxx AAAAAAAA AtAtA*A*A xxxxxxxxx : Gypse intact (quelques anomalies ponctuelles) : Gypse altéré et désordres karstiques : Gypse substitué Fig. 3. Tableau schématique de l'état d'altération du gypse selon les zones. Actuellement, les eaux des marnes et caillasses sont proches de la saturation et leur agressivité est donc réduite. Les seuls apports d'eau agressive peuvent provenir du calcaire grossier, et l'on a en effet constaté des indices de dissolution plus importants dans les bancs gypseux situés à la base de la formation. Dans les bancs gypseux de la base du Saint-Ouen, les eaux sont moins chargées en sulfates et donc nettement plus agressives. Cependant, la vitesse horizontale de l'écoulement à l'est de la Seine n'excède pas 5 m par an (perméabilité moyenne 10~ 4 m/s), ce qui ne correspond évidemment pas à une circulation karstique. Les conclusions de l'étude sont les suivantes : En ce qui concerne les gypses de la base du calcaire de Saint-Ouen (horizon de Ducy), on doit faire les distinctions suivantes : à l'ouest et sous la Seine, le gypse est pratiquement conservé, la faible perméabilité moyenne (due au fait que les chenaux karstiques sont généralement comblés) ainsi que la faible valeur du gradient hydraulique de la nappe prouvent que la vitesse d'évolution est suffisamment lente pour qu'elle puisse être négligée; à l'est du projet, il ne subsiste pratiquement plus de gypse et l'horizon de Ducy peut être assimilé à une zone de faibles caractéristiques, d'environ 2 m d'épaisseur; dans une zone de transition de 300 m de longueur (appuis P9 à PI3 du viaduc), les apports verticaux par drainance d'une eau peu chargée en sulfates peuvent induire une dissolution active des bancs gypseux. Les marnes et caillasses plus éloignées du niveau d'érosion de la Seine sont les mieux protégées des dissolutions actuelles. Celles-ci sont négligeables à l'échelle de la durée de vie des ouvrages. CHOIX DES NIVEAUX DE FONDATION DES OUVRAGES Compte tenu des caractéristiques géologiques du site, quatre niveaux de fondations pouvaient être envisagés : fondations superficielles dans les alluvions anciennes, fondations sur pieux dans le calcaire de Saint- Ouen, fondations sur pieux à la base des sables de Beauchamp, fondations profondes atteignant le calcaire grossier. Le choix d'un niveau d'assise nécessite une approche en deux phases, qui résulte de l'analyse de l'état d'altération des niveaux gypseux : - l'appréciation de la stabilité des terrains pendant la durée de vie de l'ouvrage; la définition des caractéristiques mécaniques des différentes couches, avec ou sans confortation par injection, dont dépendent les calculs de capacité portante et de tassement. Cette interférence permanente entre l'étude de fondation et la définition du traitement de sol est l'une des caractéristiques majeures de ce projet et se traduit en définitive par l'estimation du coût global «fondation + injection». Les niveaux de fondation retenus à l'issue des études géotechniques sont présentés schématiquement sur la figure 4. Plutôt que d'exposer le cheminement assez complexe ayant abouti à ces choix, nous avons préféré l'illustrer par quelques exemples : Il s'agit tout d'abord de deux appuis de l'ouvrage de franchissement de la Seine et de la darse, l'un en site terrestre, l'autre en site fluvial. 6110 Formation géologique Cotes NGF +32 à +38 Viaduc de franchissement de la Seine et de la darse Rive gauche viaduc "cristalleries" Seine et rive droite Ouvrage SNCF-PLM et échangeur Pompadour ksvs'l Remblais de ballastières ou alluvions Calcaire de Saint-Ouen +17 à à +20- Niveau de fondation 16 à 19NGF J longueur des pieux = 15m diamètre a q = 4 à 5MPa Niveau de fondation 14 à 16NGF longueur des pieux 15 à 18m diamètre à q = 3 à 4MPa Horizon de Ducy r sssv\ /^syx/^ Reconnaissance et blocage des anomalies >$- ^^ consolidation Sables de Beauchamp +7 à à 0 - Pieux à la base des sables de Beauchamp (au contact MC) longueur 15 à 22m q > 5MPa Ipieux moulés) Marnes et caillasses /\S\SS /~\j^\y Reconnaissance et blocage des anomalies Reconnaissance et blocage des anomalies Fig. 4. Autoroute A 86. Représentation schématique des niveaux de fondation retenus pour l'avant-projet détaillé (ADP), et principes des traitements de terrain. Dans la deuxième partie de l'article, cette analyse sera développée pour le cas de l'ouvrage de franchissement des voies SNCF-PLM et prolongée par l'exposé des constatations et contrôles réalisés en cours de travaux. Viaduc en rive droite de Seine. Exemple de l'appui P7 (fig. 5) Projet Le tablier est constitué par des voussoirs en béton précontraint coulés en place par encorbellement. La charge verticale est de 44 MN, le tassement différentiel admissible entre appuis de 2 à 3 cm. État des niveaux gypseux Ducy : épaisseur totale 3 m en partie supérieure : marne et calcaire fracturés, p l = 6 à s Pa. A la base, un mètre de gypse altéré marneux. Marnes et caillasses : 4 à 5 m de gypse sain, avec vides karstiques peu développés. Choix du niveau de fondation Deux cas ont été examinés : Fondation superficielle dans les alluvions anciennes La présence de 6 m d'alluvions compactes (p l > Pa) permet d'envisager des fondations sur semelles avec un taux de travail q ^ Pa. Un premier calcul de tassement est effectué en assimilant l'horizon de Ducy à une couche «molle» de 2 m d'épaisseur et d'un module pressiométrique E M = Pa. Le tassement total (w = 5 à 6 cm) est inacceptable compte tenu des tolérances annoncées par le bureau d'études. Dans ces conditions, la consolidation par injection de l'horizon de Ducy s'avère nécessaire, l'extension de la zone à traiter étant représentée sur la figure 5. Pieux dans les sables de Beauchamp Compte tenu des bonnes caractéristiques de ce niveau (pression limite de calcul p, = Pa) et en admettant un frottement latéral positif à partir des alluvions anciennes, le taux de travail des pieux de 6211 DARSE APPUI P7 SOLUTION 1 SOLUTION 2 Fig. 5. Viaduc en rive droite de Seine. Exemple de la pile P7. Représentation schématique des fondations. Solution 1 : Semelle superficielle, réalisation des terrassements à l'intérieur d'un batardeau. Injection de consolidation de l'horizon de Ducy dans le cas où les tassements calculés avec prise en compte d'une «couche molle» sont inacceptables pour l'ouvrage. Solution 2: 6 pieux 0 140, de 20 m de longueur, arrêtés dans les sables de Beauchamp. Forages de reconnaissance dans les marnes et caillasses et comblement des vides éventuels. 140 cm de diamètre atteint 5 MPa. La solution proposée comporte six pieux forés de 140 cm de diamètre et de 22 m de longueur. Le principe du traitement de terrain est le suivant : un forage de reconnaissance préalable est réalisé sous chaque pieu, avec remplissage gravitaire des vides et anomalies rencontrées (cf 3 e partie). L'injection de l'horizon de Ducy n'est envisagée que dans le cas exceptionnel de rencontre de vides risquant de provoquer des pertes totales de boue de forage ou de béton lors de l'exécution des pieux. Comparaison économique des deux solutions La réalisation de fondation sur semelle avec injection de consolidation de l'horizon de Ducy nécessite aussi un terrassement sous l'eau à l'intérieur d'un batardeau et le coulage d'un béton immergé. Cette solution, qui par ailleurs n'est applicable que pour un nombre limité d'appuis (les alluvions ayant été partiellement exploitées) s'avère en définitive plus chère que les fondations sur pieux. Viaduc sur la Seine. Exemple de l'appui P13 (fig. 6) Projet Cet appui supporte une charge verticale de 77 MN et un moment de renversement maximal de 23 m. MN. Le tassement différentiel admissible entre appuis est de 2 à 3 cm. 6312 SEINE Fig. 6. Viaduc de franchissement de la Seine. Pile rive droite P13. Représentation schématique des fondations. Fondation 8 pieux 0 140, de 12 m de longueur, arrêtés dans les sables de Beauchamp. Injection préalable de comblement des vides éventuels dans les marnes et caillasses. Injection préalable dans l'horizon de Ducy, si des vides trop importants risquent d'entraîner des pertes de boue de forage. État des niveaux gypseux Ducy : épaisseur totale 4 m. En partie supérieure 2 à 3 m de marne remaniée, débris calcaires, avancements rapides p x < Pa. En partie inférieure 1 à 2 m de gypse massif p, > Pa. Cet appui se situe en limite de zone de dissolution active. Marnes et caillasses : 5,5 m de gypse sain, réparti en cinq bancs. Quelques indices de karstification (vide de 0,30 m en partie médiane), pas d'évolution de la dissolution à l'échelle de la vie de l'ouvrage. Choix du niveau de fondation Deux solutions ont pu être rapidement éliminées : Le calcaire de Saint-Ouen, altéré en tête, présente une épaisseur faible. Au regard de l'importance des descentes de charge, on ne peut garantir un traitement satisfaisant de l'horizon de Ducy karstifîé situé très près de la fondation. A l'opposé, la réalisation de pieux de 35 m de longueur à travers des terrains rocheux pour atteindre le calcaire grossier, est techniquement difficile (trépanage inefficace dans des bancs gypseux massifs) et d'un coût élevé. On s'est alors orienté, comme pour les appuis en site terrestre, vers une fondation sur pieux à la base des sables de Beauchamp avec contrôle et traitement ponctuels des anomalies rencontrées dans les marnes et caillasses sous-jacentes. 6413 DEUXIÈME PARTIE OUVRAGE DE FRANCHISSEMENT DES VOIES SNCF-PLM. ÉTUDE DES FONDATIONS ET CONTRÔLES RÉALISÉS EN COURS DE TRAVAUX L'exemple de l'ouvrage SNCF-PLM permet d'illustrer la démarche assez originale adoptée pour l'étude des fondations par pieux arrêtés au-dessus d'horizons gypseux. Profitant du fait que les injections de terrain précèdent le forage.des pieux, les informations apportées par cette phase de traitement des sols sont recueillies et exploitées dans le but de contrôler et éventuellement d'optimiser les conditions de fondations. RECONNAISSANCE Elle a comporté deux étapes : GÉOTECHNIQUE en 1976, dans le cadre de l'étude générale de l'autoroute A 86 ont été réalisés trois sondages carottés de 50 m de longueur, atteignant le calcaire grossier et trois forages pressiométriques; en 1978/1979 la reconnaissance spécifique pour le dossier d'apd-apso comprend un sondage carotté profond avec des mesures de perméabilité et des contrôles d'agressivité des eaux et quatorze forages avec essais pressiométriques jusqu'au sommet des sables de Beauchamp (25 à 30 m de profondeur), poursuivis en forages destructifs jusqu'au calcaire avec enregistrement de la vitesse d'avancement et de la radioactivité naturelle des terrains. Pour chaque ligne d'appui, soit sur une largeur d'environ 80 m pour les quatre tabliers accolés, on dispose ainsi en moyenne d'un sondage carotté et de trois forages pressiométriques. Par rapport au contexte géotechnique général exposé précédemment, la reconnaissance a principalement mis en évidence quelques zones «décomprimées» localisées sous les appuis est (pile P3 et culée est). Celles-ci s'expliquent par la dissolution quasi totale des niveaux gypseux dans les marnes et caillasses, leur remplacement par des brèches et bourrages marneux, et une répercussion par des affaissements et décompressions des couches sus-jacentes, sables de Beauchamp, et ponctuellement base du marnocalcaire de Saint-Ouen. Ces résultats sont présentés schématiquement sur le tableau III, où sont rappelées les caractéristiques pressiométriques (pression limite et module de déformation) des terrains. TABLEAU III. Caractéristiques géotechniques des terrains de l'ouvrage SNCF-PLM. Formation géologique Épaisseur (m) Caractéristiques pressiométriques moyennes «Anomalies» constatées sous les appuis est Marnes infragypseuses (MIG) 3à7 Pi> 25.ï0 5 Pa E > Pa sauf altération en tête Marno-calcaire de Saint-Ouen (SO) 6à8 15 = pi> Pa 130 = E > Pa «Décompressions» pour trois forages sur six Pi: 7,5 à Pa E: 50 à Pa Horizon de Ducy 2à3 Gypse résiduel d'épaisseur inférieure à 1 m. Vitesse 250 < v < 600 m/h mais pas de vide franc Sables de Beauchamp 3 à 3,5 Pi > Pa E > Pa Marnes et Caillasses (MC) 12 à 15 Pi > Pa E > Pa, mais faiblesses localisées sur 1 à 2 m d'épaisseur Pas de différence significative entre les appuis ouest et est Nette décompression sur un seul forage p,: 2 à Pa E: 15 à Pa Sur un forage, terrains décomprimés sur 7 m en tête 6514 P m. 20m.. 10m. 0m..10m.. CALCAIRE GROSSIER Pi 10 Pa 5 i i i t i i i i i i ^. Plan de comparalson-20m OONGF, -. Fig. 7. Coupe transversale au niveau d'une pile des ouvrages de franchissement des voies SNCF-PLM (4 tabliers parallèles) Zones décomprimées dans les marnes et caillasses (P216) et le calcaire de Saint-Ouen (P217 et P218). Fondations d'une pile (les alluvions anciennes sont exploitées sous les autres appuis) 1.12 pieux 0 1,10 m dans le calcaire de Saint-Ouen, longueur 16 m. Injection de consolidation dans l'horizon de Ducy. Reconnaissance et comblement des vides éventuels dans les marnes et caillasses pieux de 40 m de longueur à la base des marnes et caillasses sous les niveaux gypseux, travaillant uniquement en pointe. CHOIX DES NIVEAUX DE FONDATION («g-7) L'ouvrage étudié pour l'appel d'offres comportait quatre tabliers en béton précontraint poussés audessus des voies. Les charges verticales varient de 25 à 29 MN par appui. Étant donné la faible épaisseur de gypse résiduel dans les marnes et caillasses et la présence possible de zones décomprimées sur une grande hauteur, deux systèmes de fondation ont été étudiés : 1. Des pieux arrêtés dans le calcaire de Saint-Ouen, associés à une consolidation par injection de l'horizon de Ducy ainsi que des zones décomprimées situées sous les fondations. Le taux de travail des pieux, de 100 à 200 cm de diamètre et de 15 à 16 m de longueur, est limité à Pa pour les appuis ouest, Pa pour les appuis est. Les estimations de tassement sont faites en supposant que les terrains auront un module pressiométrique minimal de Pa. Ils conduisent, selon les appuis, à des valeurs de tassement comprises entre 2,5 et 4,5 cm, et des tassements différentiels de 1 à 2 cm entre appuis, acceptables pour l'ouvrage. Des forages de reconnaissance sont prévus systématiquement sous les fondations avec comblement des vides et zones décomprimées dans les marnes et caillasses. Le dispositif de traitement des sols est représenté sur la figure 8. 6615 a) Coupe transversale b) Vue de dessus 9.40m H Fig. 8. Ouvrage SNCF-PLM. Dispositif de traitement des sols sous les fondations. Implantation des forages d'injection. Remblais 12 pieux de 16m de longueur 12 pieux entraxe 30 22,60m Saint-Ouen lignes de forage 4m Périmètre de la zone injectée dans l'horizon de Ducy 2m H-IU Beauchamp II IL 9,40m Marnes et " caillasses II H II ifii n * forage d'injection du Ducy 11 x 25m forage d'injection du Ducy et des marnes et caillasses 10 x 40m Calcaire grossier 2. Des pieux de 40 m de longueur, arrêtés à la base des marnes et caillasses avec un taux de travail de Pa. Une comparaison économique prévisionnelle a été établie entre ces deux solutions pour un appui type. Elle montre que dans les conditions les plus défavorables pour les pieux courts (taux de travail limité à Pa, décompression maximale des niveaux gypseux sous-jacents), cette solution est d'un coût équivalent à celui des pieux de grande longueur. Un système de fondation homogène pour l'ensemble des appuis par pieux arrêtés dans le calcaire de Saint- Ouen s'avère en définitive la solution techniquement et économiquement la plus intéressante. AJUSTEMENT DES CONDITIONS DE FONDATION EN FONCTION DU SUIVI DES TRAVAUX D'INJECTION Exploitation des forages d'injection Les forages d'injection ont été réalisés en rotation avec injection de bentonite à l'aide d'une foreuse Hausscher. Leur densité est de un forage pour 12 m 2 de terrain à traiter au niveau du Ducy et de un forage pour 25 m 2 dans les marnes et caillasses. Les paramètres de forage étaient enregistrés en continu à l'aide d'un célérographe Samega. En outre, des diagraphies de radioactivité naturelle étaient réalisées à raison d'un forage sur trois ou lorsqu'une anomalie importante était signalée. L'interprétation de ces enregistrements au fur et à mesure de l'avancement du chantier permettait : de définir immédiatement le programme d'équipement des forages : longueur du tube crépine, position et longueur des tubes à manchette; d'établir la coupe géologique des terrains pour chaque forage; d'apprécier l'état de dissolution des blancs de gypse et la facturation des terrains en fonction de la vitesse de l'outil. Ainsi, pour une pression sur l'outil maintenue en cours de chantier aux environs de 8 MPa, les terrains étaient classés selon ces vitesses : v < 250 m/h : terrains durs ou tendres, sans anomalie, 250 < v < 500 m/h : terrains décomprimés, 500 < v < 950 m/h : bourrages et remplissages de vides de dissolution, v > 950 m/h : vide. Détermination de la cote d'arrêt des pieux La cote d'arrêt des pieux était définie appui par appui après examen des forages enregistrés et contrôle du bon déroulement des travaux d'injection. Elle doit en outre satisfaire à deux critères : se trouver au moins un mètre en dessous d'un niveau argileux (sépiolite) situé en tête du calcaire de Saint-Ouen; 6716 déterminer une hauteur de frottement latéral en accord avec les valeurs prises en compte dans le calcul de capacité portante. Dans quelques cas d'interprétation délicate des forages (anomalies locales sous la pointe des pieux), des dispositions spécifiques sont prises selon l'état d'avancement du chantier : soit un traitement complémentaire immédiat, soit la réalisation d'un forage pressiométrique de contrôle pour juger de l'opportunité d'un traitement complémentaire. Après réalisation des pieux (mais avant le coulage des semelles, au cas où un complément d'injection se serait avéré nécessaire), une dizaine de forages pressiométriques répartis sur le site ont permis de contrôler les caractéristiques des terrains sous les fondations. SYNTHÈSE DES OBSERVATIONS RÉALISÉES EN COURS DE TRAVAUX. CRITIQUE DES HYPOTHÈSES INITIALES Excepté un appui, les cotes d'arrêt des pieux ne s'écartent pas de plus d'un mètre des cotes retenues lors de l'étude géotechnique. D'ailleurs, la superposition des profils géologiques prévisionnels et déduits des forages de contrôle montre que la géométrie des couches avait été globalement bien reconnue (fig. 9 et 10). Des ondulations locales de 1 à 2 m d'amplitude ont été bien délimitées par les forages d'injection. Par contre, nous avons dû corriger, a posteriori, notre interprétation géologique du site, les trois cent cinquante forages d'injection et les quinze pressiomètres de contrôle donnant une description beaucoup plus «fine» de l'état des terrains que la vingtaine de sondages de reconnaissance. Fig. 9. Ouvrage SNCF-PLM. Vue en élévation (partielle) de la pile est. Implantation des forages d'injection et des pieux. Repérage des principales anomalies dans le calcaire de Saint-Ouen et les sables de Beauchamp. 6817 Fig. 10. Ouvrage SNCF-PLM. Coupe des terrains au droit de la pile est (profil constaté au moment des travaux d'injection, superposé au profil prévisionnel). Indication des zones d'avancement rapide dans les forages et des hauteurs injectées dans le calcaire de Saint-Ouen et le niveau de Ducy. COUPES GEOLOGIQUES prévisionnelles d'après les coupes - de forages d'injection VITESSES D'AVANCEMENT EN FORAGE 250 <v< 500m/h V v>500m/h - cotes d'arrêt des pieux zones Injectées sous pression dans l'horizon de Ducy et le calcaire de Saint-Ouen Dans les marnes et caillasses, si le modèle d'évolution de la dissolution des bancs gypseux est bien vérifié (phénomènes de décompression plus accentués sous la culée est, épaisseur de gypse diminuant de l'ouest vers l'est), la situation est beaucoup plus complexe à l'échelle d'un appui. Les épaisseurs cumulées de terrains décomprimées (v > 250 m/h) varient très rapidement d'une pile à l'autre, parfois de forage à forage (entre 0 et 7 m). Si le tonnage de produits injectés gravitairement s'écarte de moins de 20 % des prévisions, sous une même ligne d'appui, il peut varier de 1 à 3 d'une pile à la suivante. A 86 Nord A 86 Sud Bretelle B Pressiomètre, P 217 Pressiomètre/ P 218 r i i î 5 Remblais-Alluvions modernes Remblais- Alluvions modernes 30 "Cotes NGF Alluvions anciennes Alluvions anciennes Marnes infragypseuses Marnes infragypseuses -20 Calcaire de Saint-Ouen Marnes et caillasses Marnes et caillasses -L-10 I I Calcaire grossier _ U 27,2 _ 29,2 _ 6,2 11,2 _ 22,5 _ 23,5 8,5 Volume de coulis injecté gravitairement dans les marnes et caillasses (m ) N forage 6918 Il faut signaler d'ailleurs que cette hétérogénéité des marnes et caillasses et l'abondance des niveaux de bourrage auraient causé d'importantes difficultés dans le cas de forage de pieux profonds descendus au calcaire grossier. Dans l'horizon de Ducy, l'ensemble des forages a confirmé le caractère assez erratique de la répartition des bourrages et les décompressions. Les forages pressiométriques de contrôle après injection ont montré que le critère d'un module supérieur à Pa était atteint presque partout, les rares exceptions (trois valeurs sur vingt-cinq) correspondant à des défauts de traitement très ponctuels et ne mettant pas en cause la stabilité des appuis. C'est dans le calcaire de Saint-Ouen que les prévisions de l'étude géotechnique ont été le moins bien vérifiées. En effet, excepté la pile P2, des zones décomprimées ont été rencontrées sous toutes les autres piles et, en particulier, soqs la pile PI (appuis Pl-1 et PI-4). Toutefois, ces anomalies sont d'extension latérale très faible (quelques mètres au plus) et dans certains cas semblent avoir une forme en «cheminée», ce qui explique qu'elles aient échappé à la reconnaissance géotechnique. A posteriori, la distinction des appuis ouest et est, avec l'hypothèse de pressions limites différentes sous les pieux, ne paraît pas justifiée. En revanche, l'adaptation du traitement des terrains forage par forage s'est avérée la méthode la plus efficace pour homogénéiser les caractéristiques des sols sous les appuis. Les forages pressiométriques de contrôle ont tous mesuré des pressions limites supérieures à Pa dans le calcaire de Saint- Ouen sous la base des pieux, ce qui garantit dans tous les cas les capacités portantes calculées. CONCLUSION Dans un contexte tel que celui de l'ouvrage SNCF- PLM, l'étude des conditions de fondations ne s'arrête pas à la remise du rapport géotechnique! Au contraire, c'est le suivi on peut même dire le pilotage des travaux d'injection précédant le forage des pieux qui a permis d'affiner, et dans certains cas de remettre en cause, le modèle géologique du site. Cela justifie le détachement continu, pendant toute cette phase de travaux, d'un technicien du laboratoire chargé de collecter et d'interpréter au fur et à mesure les informations apportées par les forages d'injection (quinze fois plus nombreux que les forages de reconnaissance) et les quantités de produits injectés. Globalement, les prévisions initiales ont été respectées. Tant dans les marnes et caillasses qu'au niveau de l'horizon de Ducy, les tonnages de produits injectés s'écartent de moins de 20 % des quantités théoriques, et cela malgré des traitements ponctuels complémentaires au droit de zones décomprimées situées à la base du calcaire de Saint-Ouen. Les cotes d'arrêt des pieux ont été confirmées à un mètre près, les capacités portantes, vérifiées par dix forages pressiométriques, sont égales ou supérieures aux valeurs initialement calculées et même sous les appuis où les couches profondes décomprimées n'ont pas été systématiquement traitées, les tassements calculés sont inférieurs aux prévisions initiales. TROISIÈME PARTI E TRAITEMENT DES TERRAINS DE FONDATION PAR INJECTION OBJECTIFS DES INJECTIONS L'existence de phénomènes karstiques au sein des bancs gypseux de l'horizon de Ducy et des marnes et caillasses peut remettre en cause la sécurité générale des ouvrages en engendrant les phénomènes suivants : affaissement du terrain de fondation consécutif à l'effondrement de cavités; efforts parasites sur les pieux traversant les niveaux karstifiés en cas de déstabilisation de ces derniers; tassements différentiels sous charges de service incompatibles avec les structures. Des difficultés (éboulement, surconsommation de béton), peuvent également survenir pendant l'exécution des pieux dans la traversée des zones rendues instables. Dans ce contexte, le rôle de travaux d'injection est le suivant : amélioration de la connaissance des terrains et de leur hétérogénéité grâce à l'exploitation systématique des renseignements obtenus lors de la perforation des forages d'injection (diagraphies instantanées). En effet, seule une analyse statistique portant sur un grand nombre de points d'investigation permet d'apprécier l'état exact du système karstique; 7019 remplissage des cavités et serrage éventuel des matériaux lâches qui peuvent les obturer, afin de prévenir tout effondrement et bloquer ainsi toute évolution des terrains surincombants; amélioration mécanique des zones décomprimées ou effondrées situées sous la base des fondations (de façon à assurer la reprise des charges et à limiter l'amplitude des tassements); réduction de la perméabilité en grand du massif afin de ralentir la vitesse de dissolution du gypse résiduel. Cette dernière fonction s'avère primordiale lorsque les phénomènes de lessivage se produisent à l'échelle de la durée de vie de l'ouvrage (influence des pompages conduisant à un accroissement des vitesses de circulations et à un apport d'eau non saturée aggressive). Dans le cas présent, son rôle n'est qu'accessoire puisque la karstification s'effectue à l'échelle des temps géologiques (creusement de la vallée de la Seine); amélioration du contact pieu terrain (injection des pointes de pieu). PRINCIPES DU TRAITEMENT Les traitements de terrain ont été adaptés aux dispositifs retenus pour les fondations des divers ouvrages de la manière suivante (tableau IV). Ils ont été réalisés avant l'exécution des fondations proprement dite à l'exception des appuis du pont sur la Seine situés en rive gauche et en rivière (appuis rive gauche et central). Cette chronologie est souhaitable puisqu'elle permet d'optimiser au mieux les cotes d'arrêt des pieux, d'en prévoir de manière précise les difficultés d'exécution voire d'y remédier si le besoin s'en fait sentir. DESCRIPTION DES MÉTHODES D'INJECTION Les méthodes d'injection ont été mises au point, d'une part, à partir de l'expérience acquise sur des chantiers analogues (A 15 à Gennevilliers, gares du Nord et de l'est, A 86 à Bobigny, échangeur de la Chapelle du périphérique) et, d'autre part, à partir des résultats de deux plots d'essais (un dans les marnes et caillasses et un dans l'horizon de Ducy) réalisés sur le site à l'occasion des campagnes de reconnaissances préalables. Les plots d'essais avaient également pour but d'apprécier l'efficacité du procédé en terme de résultats et bien évidemment de prévoir les quantités à mettre en œuvre sous réserve de tenir compte de l'hétérogénéité du réseau karstique telle qu'elle ressort des études géologiques du tracé. Définition des volumes de terrain à injecter En épaisseur, les tranches de terrain traitées correspondent pour l'essentiel aux 3-4 m de l'horizon de Ducy (franchissement SNCF-PLM, appuis en rive du pont sur la Seine) et aux m des marnes et caillasses (à l'exception du pont sur la Seine, rive gauche). La surface théorique traitée déborde latéralement de l'ordre de 3 à 4 m du bloc équivalent des pieux aussi bien dans le Ducy (en tenant compte d'une répartition des contraintes de 2 de haut pour 1 de base entre la base du pieu et le sommet du Ducy) que dans les marnes et caillasses. Disposition, réalisation et équipement des forages Disposition Elle dépend bien entendu de la forme des appuis (culées, piles isolées, appuis continus). TABLEAU IV. Adaptation des injections sur divers ouvrages. Niveau de fondation Horizon injecté Ducy Type de traitement Rive gauche Pont sur la seine Fleuve et rive droite Calcaire de Saint-Ouen Sommet. Marnes et caillasses Remplissage des fissures et cavités dans les niveaux gypseux Marnes et caillasses (et Ducy localement) Remplissage des fissures et cavités dans les niveaux gypseux Ouvrage sur la darse Sommet. Marnes et caillasses Marnes et caillasses Remplissage des fissures et cavités dans les niveaux gypseux Franchissement SNCF-PLM Calcaire de Saint-Ouen Ducy et marnes et caillasses Remplissage des fissures et cavités dans les niveaux gypseux + consolidation des zones de bourrage et d'effondrement dans le niveau de Ducy + injection pointe de pieux 7120 Les mailles retenues ont été les suivantes : Franchissement SNCF-PLM un forage pour 12 m 2 dans le Ducy, un forage pour 24 m 2 dans les marnes et caillasses (prolongement d'un forage sur deux) soit respectivement deux et un forages par pieux. Viaduc sur la darse un forage pour 9 m 2 dans les marnes et caillasses, soit environ deux forages et demi par pieu (neuf à dix forages pour quatre pieux). Pont sur la Seine un forage pour 15 à 25 m 2 dans les marnes et caillasses (ou Ducy en rive gauche) soit un forage et demi par pieu en moyenne. Mode d'exécution Les forages sont exécutés depuis la surface ou à travers les pieux déjà réalisés (pont sur la Seine), verticalement en rotation à l'aide d'un tricône en un diamètre voisin de 100 mm, à l'eau claire ou sous boue bentonitique (à la demande selon la tenue des terrains) avec tubage des alluvions sablo-graveleuses. Ils font l'objet d'un enregistrement graphique systématique des paramètres de perforation : vitesse d'avancement (échelle ou m/h), poussée sur l'outil, pression du fluide de perforation. Les enregistrements permettent d'obtenir une coupe détaillée du terrain. Équipement des forages Les forages sont équipés de tubes PVC (42/50 mm) vissés, soit lisses au niveau des alluvions du calcaire de Saint-Ouen et de l'horizon de Beauchamp, soit crépines dans les marnes et caillasses. Les tubes à manchettes (trois à quatre manchettes par mètre) n'ont été utilisés que pour le traitement de consolidation du Ducy sur le chantier de franchissement des voies SNCF-PLM. Il n'a pas été mis en place de coulis de gaine. Composition des coulis L'objectif principal étant de remplir des cavités, il a été injecté essentiellement des mortiers. Seul le traitement de consolidation du Ducy du chantier SNCF-PLM a nécessité une injection complémentaire au moyen de coulis ternaire bentonite-ciment. Les compositions retenues par m 3 ont été les suivantes : Mortiers à base de sable (pont sur la Seine, viaduc sur la darse) ciment CLK kg, bentonite 25 kg, sablon (0-0,63 mm) 650 kg, eau 630 1, (C/E = 0,55; d = 1,65). La bentonite a pour but de stabiliser le coulis (décantation < 5 %) et de limiter la ségrégation dans le terrain entre les particules de ciment et les grains de sable. Mortiers à base de cendres volantes de centrale thermique (franchissement SNCF-PLM) Mortier marnes et caillasses ciment CLK kg, cendres volantes 740 kg, eau 5901, (C/E = 0,34; d = 1,53). Mortier Ducy ciment CLK kg, cendres volantes 600 kg, eau 585 1, (C/E = 0,68, d = 1,58). Le choix entre sable et cendres volantes s'effectue selon les critères suivants : coût (compte tenu de la position géographique du chantier les cendres sont de l'ordre de 20 à 30 % moins chères); facilités d'approvisionnement : la fourniture de cendres n'est pas toujours garantie surtout en période estivale; qualité du coulis : les cendres présentant une granulométrie plus fine que le sablon (dans un rapport de 1 à 10) permettent d'obtenir un coulis à la fois plus fluide, plus pénétrant et plus homogène. On notera toutefois que pour les traitements localisés sous des appuis isolés il peut être souhaitable d'utiliser des mortiers épais pour limiter les déperditions. Quelle que soit la solution retenue, compte tenu des rapports pondéraux ciment/eau (C/E) employés, la résistance en compression simple des mortiers à la fabrication est comprise entre 3 et 8 MPa (30-80 bars) à 28 j. En place, du fait d'un essorage de l'ordre de 15 à 20 % (en volume) cette résistance dépasse 10 MPa voire 20 MPa à long terme. Coulis ciment CLK kg, bentonite 45 kg, eau 817 1, (C/E = 0,49; d = 1,26). Coulis d'injection des pointes de pieux ciment CLK kg, bentonite 10 kg, eau Montrer encore
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