Bonjour à tous,

Dimanche pluvieux, 12 degrés, un fort ennuis alors je poste 

La justification des voiles par passes est souvent négligée dans les rapports des géotechniciens, laissant ainsi seul le structuraliste ou l'entreprise pour justifier notamment les massifs au pied des butons (cela rejoint la discussion lancée par @Bellamine).

Je vous propose ici un petit utilitaire appelé "KaMEL" qui comme son nom l'indique utilise le coefficient de poussée des terres (Ka) et la Méthode d'Equilibre Limite (MEL) pour étudier rapidement les efforts dans un voile, les butons et le massif.

2 petites précautions avant :

• ce petit utilitaire que vous pouvez utiliser gratuitement sur le site lelabgeolpack.com, dans la rubrique "utilitaires" accessible sur le menu de gauche DOIT être utilisé uniquement en avant-projet. Pour les phases PRO ou EXE je vous conseille fortement d'utiliser une approche MISS
• les équations de la statique ne permettent pas d'évaluer les déplacements. Par ailleurs, ces équations ne tenant pas compte de la rigidité des éléments, elles ont tendance à sous estimer (ou sur estimer) les moments par rapport à un vrai calcul MISS. 

Ceci étant dit, prenons un exemple que l'on retrouve souvent sur de nombreux documents disponibles sur internet. On propose de considérer ici le cas d'un projet de construction d'un bâtiment sur 2 niveaux de sous-sols. Les terrassements sont prévus entièrement en voiles de béton projeté mis en œuvre par bandeaux et par passes alternées, butonnés sur 6.25 mètres de hauteur !

On suppose un limon sableux avec les caractéristiques suivantes :

A court terme, en considérant les caractéristiques non drainées, les terrassements vont pouvoir se faire par bandeaux de mètres de hauteur (déduction faites de l'abaque de Taylor-Biarez) sur laquelle on va appliquer un coef. de sécurité de 1.50 soit des bandeaux de 2.00 mètres de hauteur environ.

Au fur et à mesure de la réalisation des bandeaux, on va mettre en place des butons qui seront repris sur des massifs. Je ne peux pas détailler ici toutes les étapes mais à la fin on aura quelque chose ressemblant à ça :

Sur cette image, une 1ere rangée de buton s'écartant de 40° du voile, est mise en place à 4.65 m de hauteur, et une seconde rangée à 1.15 m de hauteur. Pour limiter l'inclinaison du massif au pied des butons, la première rangée de butons devra s'écarter du voile avec un angle si possible inférieur à 45°.

Sur 6.25 m de hauteur, en considérant les caractéristiques effectives des limons (phy' = 33° et C' = 0), la poussée des terres est alors de Ka.y.H => avec Ka = tan²(pi/4 - phy/2) = 0.295 => 0.295 x 19 x 6.25 = 35 kN/ml.

Notre calcul étant un calcul MEL, on appliquera un coef. de 1.35 aux actions permanentes et 1.50 aux actions variables. Soit une poussée des terres de 35 x 1.35 = 47.25 kN/ml. La distribution étant triangulaire, elle s'applique ici au tiers de la hauteur (2.083 mètres) et la poussée totale des terres est de 47.26 x 6.25 / 2 = 147.69 kN/ml.

On peut également envisager la présence d'une surcharge infinie en tête de voile, il vient alors pour une surcharge de 20 kPa :

Une poussée pondérée par 1.50 de 55.28 kN/ml appliquée à mi-hauteur (3.13 m).

On pourrait également avoir un bâtiment existant avec des semelles filantes proches du voile :

Ici par exemple, une semelle enterrée de 1.00 mètre (cote 5.25) de 1 mètre de large chargée à 8 T/ml...etc...l'utilitaire permet plusieurs cas de figure.

Nous retiendrons ici une surcharge infinie de 20 kPa en surface à l'arrière du voile. En assimilant le voile à une poutre sur 3 appuis simples (le pied du voile et les 2 butons), les équations de la statique nous donnent 3 équations d'équilibre : en translation ΣFx = 0 et ΣFy = 0 et en rotation ΣMz = 0.

ETAPE 1 : REACTIONS AU NIVEAU DES BUTONS

On peut schématiser notre voile comme ci-dessous :

Aux points A et B, la somme des moments est nulle, soit en A :

Et la somme des efforts appliqués selon y sur la poutre est nulle, soit :

Il est donc très simple d'isoler R1 dans la première formule, et de le substituer dans la seconde formule pour trouver facilement la valeur numérique de R2, puis celle de R1. Si on veut, on peut aussi isoler les actions :

 

En considérant des butons espacés de 2.50 mètres, il vient :

- dans les butons fixés à 4.65 mètres de hauteur : R = 39.38 + 31.19 = 70.57 x 2.50 = 176.44 kN

- dans les butons fixés à 1.15 mètre de hauteur : R = 108.30 + 24.08 = 132.38 x 2.50 = 330.97 kN

En considérant les inclinaisons des butons il vient :

- dans les butons fixés à 4.65 mètres de hauteur : 176.44 / sin(90°-40°) = 230.32 kN - la longueur du buton est de 6.74 mètres à laquelle on ajoutera 20 cm pour permettre de s'adapter en phase chantier...pour des butons de type tubes acier de 20 cm de diamètre, vous pouvez alors vérifier le tube selon l'EC3 avec l'utilitaire "TubeAcier" également disponible gratuitement sur le site lelabgeolpack.com 

- dans les butons fixés à 1.15 mètre de hauteur : 330.97 / cos (90°-70°) = 352.21 kN - avec une longueur de 4.94 mètres à laquelle on ajoutera 20 cm pour adaptation sur chantier.

Soit :

 

ETAPE 2 : JUSTIFICATION DU MASSIF

On suppose que des essais pressiométriques réalisés avant le démarrage du chantier ont permis d'obtenir une Ple* au niveau de l'assise du massif de l'ordre de 1000 kPa. On retiendra également Kp = 0.80 (cas défavorable). Pour bénéficier d'un iδ = 1 on va incliner le massif de manière à ce que la résultante des efforts dans les butons s'applique verticalement. En pondérant l'inclinaison des butons par l'intensité des charges, on trouve une inclinaison du massif de 27.70°. On fixe maintenant la distance d = 0.50 mètre correspondant à la distance entre la base du massif et la surface en fond de fouille. Par itérations on trouve iβ = 0.86 et les dimensions suivantes du massif : 1.20 x 1.20 mètre :

En considérant maintenant le diamètre b = 0.20 mètre des butons, la dimension B = 1.20 mètre du massif, il vient une épaisseur minimale de 0.26 mètre pour garantir sa rigidité ( (B-b)/4 < d < (B-b))...et avec des aciers fy = 500 MPa et Ys = 1.15 on trouve une section d'acier minimale de 6.78 cm² par sens (soit 2 x 6HA12) :

ETAPE 3 : DETERMINATION DES EFFORTS DANS LE VOILE

Ce site étant principalement fréquenté par des structuralistes je ne vais pas ici commettre l'affront de détailler le calcul des courbes de moments et d'efforts tranchants dans le voile. A partir des équations de la statique, tranche par tranche, ici selon un pas de 5 cm, on obtient facilement les courbes suivantes :

Il ne reste plus au structuraliste qu'à dimensionner les armatures du voile au niveau de la travée, au niveau des appuis et des bandes noyées ()

CONCLUSIONS ET REMARQUES COMPLEMENTAIRES

L'utilisation de l'utilitaire "KaMEL" permet donc de faire rapidement un pré-dimensionnement d'un voile par passes, butonné, cependant, en phase EXE vous devrez nécessairement passer par un calcul MISS.

Pour infos, la comparaison des résultats obtenus avec KREA (calcul MISS) et KaMEL (calcul MEL) pour l'exemple développé précédemment montre les différences suivantes :

On remarque des rapports de l'ordre de 5 à 9% pour l'ensemble des valeurs sauf pour le moment min ou le ratio est beaucoup plus élevé au niveau du "ventre mou" de la paroi.

Au final, cette méthode analytique reste acceptable en avant-projet notamment pour l'estimation des réactions au niveau des butons et des efforts de cisaillement. Par contre, il est nécessaire d'appliquer une majoration aux moments pour rester dans des ordres de grandeurs proches de ceux obtenus avec la méthode MISS. A priori un coefficient de majoration de 1.20 appliqué aux moments peut permettre de compenser ces écarts.

Voilà, voilà, bon dimanche.

Bien à vous

 

Pour être totalement complet sur le sujet, la vérification des butons peut être effectuée toujours sur le même site avec l'utilitaire "TubeAcier". Les butons à 4.65 de hauteur de 20 cm de diamètre subissent donc une charge de 230.32 kN. Supposons des tubes acier de 200 mm donc de diamètre externe, et de 10 mm d'épaisseur, avec une nuance d'acier S235 et une longueur de 6.74 mètres (voir plus haut).

Sur l'utilitaire TubeAcier, remplissez les cases comme suit :

puis cliquez sur "calculer". L'application donne alors les calculs intermédiaires :

Puis les vérifications EC3 :

Voilà, voilà...je pense que c'est complet 

...et il pleut toujours...il va être long ce dimanche !

Bien à vous

 

 

 

Merci .

Pouvez vous nous montrer le phasage de réalisation de cette méthode.

Bonsoir,

Pas ce soir parce qu'il y a de nombreux "dessins" à préparer mais je vous promet de développer le phasage, bandeaux par bandeaux et passes par passes, le week end prochain.

Cordialement

Bonjour,

Comme promis le phasage : réalisation d’un voile par passes sur 6.25 mètres de hauteur :

Etape 1 : Nous avons déjà vu comment justifier notre voile, les butons et les massifs dans la dernière phase de la construction. Pour cela nous avons émis l’hypothèse d’un sol limoneux présentant un angle de frottement ϕ = 33° et une cohésion Cu = 8 kPa. Bien évidemment, le principe des voiles par passes ne peut s’envisager que SI et SEULEMENT SI le sol présente une cohésion suffisante pour permettre une tenue à la verticale pendant le temps nécessaire pour installer le treillis soudé, le béton projeté et la prise de celui-ci.

Dans un sol purement frottant, sans cohésion, la mise en place de voiles par passes est impossible !

Dans un sol présentant une certaine cohésion non drainée (Cu), mesurée en laboratoire ou sur site ou bien encore évaluée à l’aide de corrélations (corrélations de M. Cassan par exemple), on peut alors évaluer la hauteur et la largeur des passes :

• La hauteur peut d’abord être fixée en considérant l’abaque de Taylor-Biarez par exemple. Cette abaque nous enseigne que pour un talus vertical, la Hauteur critique Hc est égale à :
• Dans notre exemple il vient Hc = 3.00 mètres environ. Comme toute valeur dite « critique » il convient de prendre en compte un coefficient de sécurité. Je prends ici 1.50 (mais on pourra envisager des valeurs plus faibles ou plus élevées en fonction du degré de confiance que l’on accorde aux valeurs de Cu et ϕ). On retiendra donc H = 3.00/1.50 = 2.00 mètres pour la hauteur d’ouverture des passes.
• Pour la largeur il n’existe pas à ma connaissance de méthodes totalement abouties. Pour ma part je me base sur le prisme de Coulomb. On recherche l’inclinaison du plan de glissement donnant la poussée maximale. Il suffit ensuite de comparer le poids du prisme et la valeur du frottement sur la surface de rupture pour « caler » la largeur maximale à respecter (en prenant là aussi un coefficient de sécurité). Cette méthode est assez simple à mettre en place sur Excel (méthode de Culmann).
• Dans notre cas de figure, en imposant l’absence de surcharge à l’amont du voile en phase chantier, pour un coefficient de sécurité F > 1.50 on peut tabler sur une largeur de passes de 4.00 mètres pour une hauteur de 2.00 mètres. Toutefois, on prendra la décision ici de limiter la largeur de nos passes à 2.50 mètres pour garder une cohérence avec l’espacement que nous avons donné à nos butons pour la dernière étape (e = 2.50 m).

NOTE : tout est une question d’équilibre entre les différentes étapes du chantier. On pourrait conserver une largeur d’ouverture de passe de 4.00 mètres et augmenter l’espacement entre les butons de 2.50 à 4.00 mètres mais cela imposerait des butons plus gros et des massifs de réactions plus larges ce qui risque de gêner la suite du chantier. En résumé, les hauteurs et largeurs d'ouverture des passes dépendent non seulement des calculs justificatifs MAIS aussi de la géométrie de votre fouille et de la façon dont vous allez organiser vos travaux, votre chantier et les nécessités des différentes entreprises sur site.

• Le prisme de Coulomb ne tient toutefois pas compte de l’effet voûte. Aussi, certaines entreprises proposent d’aborder ce sujet en se basant sur la méthode du coin de Kowalewski mise au point à l’origine pour justifier la stabilité des tranchées de parois moulées, la boue dense au sein de la tranchée s’opposant au glissement d’un « cylindre parabolique ». Dans notre cas de figure, il n’y a pas de boue dense stabilisant la paroi de la fouille. Cette méthode est détaillée dans le « Costet et Sanglerat ». Je n’ai pas encore eu l’occasion de la vérifier mais la démarche me semble tout à fait intéressante…à tester :

Bref, que ce soit avec la méthode de Coulomb ou celle de Kowalewski, au démarrage du chantier on imposera à l’entreprise la réalisation d’un plot d’essai . Celle-ci devra réaliser une ouverture conforme aux dimensions retenues et qui devra rester ouverte pendant 48 à 72 Heures pour justifier la faisabilité de la méthode.

Etape 2 : Les calculs étant terminés il convient maintenant de mettre en place la « cinématique » de l’opération.  Cette étape doit permettre de s’assurer que les butons et massifs, surtout ceux de la dernière phase, n’entreront pas en conflit avec d’éventuelles poutres, ou d’éventuels pieux, micropieux ou semelles nécessaires dans la suite du projet.

Le principe des voiles par passes est de travailler en « bandeaux » réalisés par « passes » sur 2 ou 3 « touches de piano »…par exemple ci-dessous les touches 1 (blanc), 2 (gris clair) et 3 (gris foncé) :

1)      A chaque passe, on terrasse en veillant à ce que les talus latéraux de la fouille soient suffisamment stables pour permettre aux ouvriers de travailler en sécurité.

2)      Le terrassement réalisé, on met en place le ou les treillis soudés puis le béton projeté.

3)      Après prise, on met en place le ou les butons et on passe à la touche de piano suivante : si on est sur une touche de piano 1 alors la touche suivante est aussi une touche 1.

4)      Lorsque toutes les touches 1 sont faites, on passe aux touches 2…etc…

5)      Lorsque le premier bandeau ceinturant la fouille est terminé, on passe alors au bandeau suivant.

6)      Chaque bandeau est décalé d’une demi-passe.

7)      Lorsque l’on installe un seul niveau de butons, il faut nécessairement ancrer le voile en pied.

8)       Dans les angles de la fouille, le dispositif peut être complété par des bracons.

9)      A chaque étape il faut mettre en place les dispositifs qui seront nécessaires pour l’appui des butons dans la suite de l’opération. Dans notre exemple, dès l’étape 1, il faut prévoir les bandes noyées et corbeaux qui seront nécessaires à l’étape 3.

Voilà, voilà, en espérant avoir été complet.

Bien à vous

Modifié Octobre 3, 20204 a par lelab

Bonsoir @CHARIH,

Bon ben, je sais pas pourquoi mais apparemment je ne peux pas vous faire des messages directement ! ...je ne dois pas être assez bien noté ou bien vu 

Merci pour vos votes sur mes sujets (matrice de rigidité en tête de pieux). Concernant ce sujet précis des Voiles pas Passes, est-ce que les compléments apportées sur le phasage vous conviennent ?

Cordialement

J'aimerais bien avoir  plus de détails.

Par exemple des études de cas réels s'il vous plait mon email est :

younesscharih@gmail.com.

Bonsoir,

Je n'ai pas de notes de calculs toutes faites à vous transmettre...désolé. Mais peut être que des lecteurs de ce sujet auront des notes d'entreprises à nous soumettre 

Bonne soirée

Quelle est la meilleure méthode de bétonnage des voiles ,par banche ou par du béton projeté ?

Bonjour @CHARIH,

Dans le cas de voile par passes, contre terre donc, la technique traditionnelle est le béton projeté, plus rapide et plus simple à mettre en œuvre.

Ceci étant dit, en théorie, rien n'interdit d'envisager le recours à des banches. Je n'ai cependant jamais vu cette technique mise en œuvre pour des voiles par passes et certaines étapes me semblent particulièrement risquées :

• les banches étant manipulées à la grue, lorsqu'on aura fait déjà 1 ou 2 bandeaux, la mise en place des banches au milieu d'une "forêt" de butons déjà en place pourra s'avérer très "délicate" => à confier donc à une entreprise qui maitrise le procédé et qui devra produire une note méthodologique précise détaillant clairement toutes les étapes du chantier.
• il faudra être très vigilant au moment du décoffrage pour ne pas "entrainer" le voile et le coin de terre en poussée à l'arrière => sinon c'est le sinistre et/ou l'accident.
• Il faudra aussi bien positionner les barres d'attentes notamment à la base du panneau, et surtout bien "huiler" la surface de la banche avec une huile de décoffrage.

...bref, pour des VPP, je pense que le béton projeté reste la solution la plus "simple" et la plus efficace...mais ce n'est que mon avis.

Bon dimanche

Cordialement

Pourquoi les passes sont elles décalés dans le sens de la profondeur s'il vous plait ?

Merci.