béton compacté ou remblai rigidifié

compacted concrete or stiffened embankment

E. LEDEUIL

Ingénieur Arts et MétiersDocteur en Mécanique des Sols

E. D. F. Région d'Équipement Alpes-Marseille *

RésuméLes graves-ciment sont largement utilisés en France et ailleurs depuis desannées surtout en travaux routiers, mais quelle est donc la différence capable demobiliser tous les constructeurs et concepteurs de barrages depuis seulementquelques mois ou au maximum quelques années, lorsque l'on parle de {( BétonCompacté ». C'est à cette question que l'auteur a essayé de répondre.

AbstractThe gravels-cement have been widely used in France and else where far manyyears particulary far raads warks, but what is the difference capable ta mabilize aildam canstructars during the past few months ar at mast few years, when anespeaks abaut {( Raller Campacted Cancrete ». This is the questian that the autharhas tried ta answer.

* B.P. 560 - 13275 Marseille Cedex 2.

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1. INTRODUCTION

Il n'y a même pas un an que cette nouvelle techniqueest apparue et elle a surpris de nombreux ingénieursavec la deuxième partie de la question 57 du ISe CongrèsInternational des Grands Barrages, intitulée : « BétonCompacté au Rouleau».

Un grand nombre d'ingénieurs se sont alors trouvésconfrontés à cette nouvelle manière de concevoir et deconstruire des barrages. Un certain nombre de travauxavaient été effectués avec cette technique mais ne pos­sédaient ni nom ni publicité. Le tableau 1 donne unedes premières listes établies souvent avec des appella­tions rétro-actives. On a pu ces derniers mois entendreparler de « Béton Compacté» (B.C. en français ouB.C.R. = Béton Compacté Roulé) ou de R.C.C. (enanglais Roller Compacted Concrete).

L'histoire suivante vécue par l'auteur est très significa­tive.

En mai 1986, un Conseil étranger, chargé par E.D.F.de réaliser une analyse critique d'un projet de barrageen Guyane, avait terminé son rapport par une petitephrase:« Une solution en « Béton Compacté» permettrait deréaliser une économie de 150 MF sur le devis ... »Immédiatement nous nous sommes lancés dans l'étudede cette nouvelle technique et de ses incidences.

La première idée qui nous fut suggérée fut de rempla­cer la digue derrière j'usine par du « Béton Compacté»pour gagner 105 MF! La réponse était évidemmentnégative car mettre quatre fois moins de matériau qua­tre fois plus cher garde le même coût.

Toutefois ayant obtenu l'autorisation de revoir entière­ment la conception et l'organisation nous avons trouvéles moyens d'espérer de sérieuses économies.

TN

REVUE FRANÇAISE DE GÉOTECHNIQUE

Remarquant la rapidité d'exécution de cette nouvelletechnique, le chemin critique du projet pouvait ne pluspasser par les barrages. L'usine seule devait être priseen compte; or il fallait trois ans pour faire une telleusine; le délai global serait de trois ans et les barragespouvaient être réalisés en temps masqué pourvu queleur conception soit modifiée. On pouvait donc gagnerun an et demi ou deux ans, gain très appréciable enpays lointain. Un deuxième avantage concernait laconception où des ouvrages beaucoup plus simplespouvaient être envisagés, bénéficiant en particulier descapacités de submersion des barrages en cours deconstruction. Les ouvrages provisoires tels les batar­deaux pouvaient être simplifiés et devenir d'usage detrès courte durée; ils pouvaient s'inclure dans despériodes d'étiage ... On pourrait continuer à parler decet ouvrage mais tel n'est pas le but de cet article.

Un deuxième exemple peut être décrit sur un site enFrance où le maître d'ouvrage ne voulait pas d'un muren béton de 50 mètres de haut, même en « Bétoncompacté », pour remplacer la digue en terre prévueen premier projet. L'auteur a alors proposé de donnerà ce matériau l'appellation nouvellel,.plus que de réaliténouvelle, de « REMBLAI RIGIDIFIE» qui en fait expli­que l'origine de cette nouvelle technique. Il s'agit eneffet de rigidifier un remblai, qui normalement s'étaleavec des pentes amont et aval de l'ordre de 2 à 3 pour1, pour le ramener à des raideurs plus grandes que1 pour 1, soit 0,8 ou 0,7 ou même 0,6 pour certainsprojets américains. Quant à l'amont, avec un coffragegrimpant ou d'autres techniques, la verticale permetd'économiser presque la moitié inutile du barrage. Lerésultat est une masse de remblais 4 à 5 fois plus faible(fig. 1).

La nécessité d'aller vite pour limiter l'effet des reprisesoblige à concevoir un jeu de pistes évolutives dès l'ori­gine. Ces pistes peuvent alors être conservées et orga-

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Fig. 1. - Étude comparative d'une solution (( TERRE)) et d'une solution (( BÉTON COMPACTÉ)).

BÉTON COMPACTÉ OU REMBLAI RIGIDIFIÉ

Tableau 1. - Principaux ouvrages réalisés ou prévus en béton compacté (liste écourtée).

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Nom

• Shimen .• Alpe Gera .• Manicouagan 1 .• Quourra della Miniera .• Tarbela .• Itaipu .• Ohkawa .• Shimajigawa .• Willow Creek .• Tamagawa .• Upper Stillwater .• Tamagawa .• Monksvilli .• Pirika .• Galesville .• Mano .• Asahi Ogawa .• Sakai Gawa .• Les Olivettes .• La Verne .• Petit Saut .• Orlu .

Pays

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Année

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PPPPP

1986/7PPP

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650 0002800 000

26 000300 000165 000329 000750 000963 000

1 000 000230 000120 000166 000106 000174 000310 000

76 000200 000210 000650 000

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Fig. 2. - Étude paysagère.

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64 REVUE FRANÇAISE DE GÉOTECHNIQUE

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Fig. 3. - Composition prévue à Monksvil/e ru. S.A.) et application à Petit Saut en discontinu.

msees afin de supprimer l'effet de mur en béton.L'insertion dans le paysage peut alors y gagner (fig. 2).

Nous parlons de remblai, ... parce qu'il s'agit effective­ment de remblai. La mise en place se fait avec desengins de terrassement comme tout remblai. Il n'y aplus de plots en béton, avec des joints, tout est traité etdoit être traité en continu. Bien sûr, tout n'est pas aussisimple que cela mais la technique est lancée et a desérieuses chances de réussir.

2. QU'EST-CE QUE LE BÉTONCOMPACTÉ?

Il s'agit d'un béton, c'est-à-dire d'un assemblage decailloux sélectionnés capables de se serrer au maxi­mum (courbes de références de FAURY ou BOLO­MEY (fig. 3) auquel on ajoute un liant, en principe duciment et un peu d'eau. On doit alors utiliser unmalaxeur à grand débit du type centrale routière à axehorizontal et travaillant en continu. Suivant les chan­tiers il faut des capacités de production de 600 t/hà 1 000 t/h. On remarquera que les centrales de200 t/h parfois suffisantes pour de petits chantiers nepermettent pas l'utilisation de cailloux supérieurs à30 ou 40 mm ce qui est regrettable.

Voilà des années que l'on fait des graves-ciments surles routes (2 millions de ml par an en graves ou sables­laitier, ciment ou chaux ... ) mais jamais ce matériau n'aeu l'honneur de devenir noble au point de faire desbarrages.

S'agissant d'un remblai, de par sa mise en place, il estlogique de retrouver les courbes de compactage de

« PROCTOR ». Comme on le voit sur un graphiquetype (fig. 4), on peut espérer serrer les matériaux à descompacités plus élevées que celles normalement obte­nues pour les bétons. Ceci a plusieurs conséquences:

Pour obtenir des serrages à des densités de 2,5 avecdes agrégats dont la densité est de 2,7, la teneur eneau doit impérativement être inférieure à 3 % ce quidevient très vite une limite. En effet, il faut mouiller lescailloux, soit entre 1 et 2 %, et il faut hydrater leciment. Il faut surveiller l'évaporation mais elle est limi­tée par la rapidité d'exécution.

Comme les densités sèches sont très fortes grâce aucompactage puissant, l'étanchéité est améliorée car il ya moins de place pour l'eau. Mais alors le problème del'étanchéité et de la porosité se pose car si l'eau esttrop pure ou trop acide la percolation peut détruirel'assemblage interne des liants. Deux écoles s'affron­tent donc. L'une trouve ce matériau digne d'un bétonsuffisamment étanche et n'utilise qu'une améliorationde parement par un sur-dosage en liant (par exemple80 kg dans la masse et 150 kg par ml en parement).L'épaisseur de la couche de surface ainsi renforcée enliant doit être faible pour ne pas faire apparaître le phé­nomène de fissuration du béton. La deuxième école,pour l'instant la plus nombreuse dit qu'il vaut mieuxune bonne étanchéité associée à un drainage sérieux,permettant d'être moins strict sur la qualité du béton demasse (voir le profil type de la figure 5). Plusieurs solu­tions du problème du masque-amont sont en cours demise au point.

Ce sont les Japonais qui ont repris en les soignant,l'usage de ces matériaux rustiques. Ils ont presque réa­lisé du béton traditionnel, la mise en place est plus

BÉTON COMPACTÉ OU REMBLAI RIGIDIFIÉ 65

En cas dedéversement, letalus aval estaménageable

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Fig. 5. - Profil type « BÉTON COMPACTÉ)).

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Fig. 4. - Densités sèches comparées sur matériauxfrais.

rapide, mais le dosage en liant reste fort et pour limiterles effets du retrait alors inévitable (forts dosages doncmortier plus abondant) ils scient les joints.

Les Américains, eux, ont voulu trouver des solutionsplus économiques pour des ouvrages écréteurs decrues donc toujours vides ou presque. Leur techniqueest alors très rapide, l'étanchéité est médiocre d'où desreprises coûteuses sur Willow Creek laissant quandmême un bilan très favorable.

3. COMPOSITION DU BÉTON COMPACTÉ

La courbe de la figure 3 montre qu'il faut un minimumde 10 % d'éléments inférieurs à 80 microns mais pasbeaucoup plus. D'autre part il faut un grain maximumde 80 mm, en effet les plus gros cailloux ont tendanceà favoriser la ségrégation. Les plus petits coûtent cherpuisque l'on peut introduire près de 50 % de cailloux40/80 mm, cela valorise le béton de base 0/25 mmpar exemple.

Si l'on regarde la courbe de la figure 6, elle montre unbéton trop riche en sable grossier qui sur place a rendule béton plus souple n'atteignant pas facilement leblocage. Cet écart est obtenu par comparaison à descompositions type de FAURY ou BOLOMEY dites àremplissage maximal.

Le dosage en liant peut, dans la masse, être de80 kg/ml ... mais il peut être moins fort et même infé­rieur à 50 kg avec un complément de 30 kg de cendresvolantes.

Pour l'entreprise BEC à Saint-Martin de Londres, unmélange de cendres et de laitiers sous le nom deROLAC DE LAFARGE a permis avec un prix derevient moindre d'augmenter le dosage à 135 kg enapportant par ce biais les fines utiles. Ce mélangedonne aussi une prise très lente et de très faibles mon­tées en température. Il est un fait que dans cet exemplela centrale à béton de 200 t/h utilisée à Saint-Martin deLondres ne permettait d'admettre que des cailloux de31,5 mm et qu'un ajout de gros cailloux aurait baissésensiblement le dosage. La température de prise dubéton à Saint-Martin de Londres après s'être élevée de10 oC a commencé à redescendre après 8 jours.

L'épaisseur des couches est souvent de l'ordre de 30 à35 cm. Il s'agit d'une épaisseur facile à répandre et àrégler pour des remblais. Le compactage se fait par unou deux passages sans vibration pour tasser et répartir,puis avec vibration. Certains ingénieurs prévoient aussila mise en place par couches de l'ordre de 30 cm, maisavec un compactage toutes les trois couches soit90 cm, ceci dans le but de limiter l'effet des reprisessans nuire au serrage optimal en utilisant des enginslourds et performants. Des essais doivent toujours êtrefaits avant travaux afin de sélectionner les engins lesmieux adaptés.

4. CONCLUSIONS

Il est certain que cette technique est appelée à se déve­lopper. On a même pu dire que 60 % des barrageseffectués au cours des quinze dernières annéesauraient pu, ou même auraient dû, être exécutés enBéton Compacté.

66 REVUE FRANÇAISE DE GÉOTECHNIQUE

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Fig. 6. - Comparaison des compositions en continu de Pont de Verrièreset de Saint-Martin de Londres.

Entre les Japonais (jugés conservateurs dans cettetechnique) et les Américains (jugés plutôt novateurs)des excès dans les deux sens permettent de situer entreles deux les solutions de demain:

- Il faut limiter le mortier et l'eau.- Il faut serrer au maximum les cailloux (s'ils sont encontact il n'y aura pas de retrait).- Il faut limiter ou éviter les problèmes de reprise,c'est-à-dire monter le remblai en continu (il ne doit plusy avoir de dimanche sur le chantier ... ) à raison d'envi­ron 1 rn/jour et utiliser des liants à prise lente et doncpeu exothermiques.- L'épaisseur normale des couches est de 30 à 35 cmà la mise en place. Le compactage est à mettre au pointpar digue d'essai.

- Il faut limiter les risques de ségrégation en utilisantune dimension maximale de cailloux de 80 mm.

Il semble intéressant d'utiliser des matériaux concasséscapables d'être mis en place par vibration lourde(500 N par centimètre de génératrice) et de s'imbriquerpuis de s'immobiliser ce qui est intéressant pour lecompactage de couches ultérieures sur béton de sous­couche frais. Les essais effectués à Pont de Verrièresprouvent qu'au-delà de quelques passages le remblaise bloque.

Au niveau du prix de revient, le chantier doit être sim­plifié et le délai est nécessairement plus court. Le prixsynthétique d'un Barrage en Béton Compacté y com­pris les parties en béton peu nombreuses ne doit pasdépasser 400 F en France avec des volumes suffisants(plus de 100 000 m3

) et une carrière facile.

Enfin, on peut souligner à nouveau les économiesimportantes que l'on peut espérer en utilisant, à laconcepjion, les capacités ge submersion des ouvragesen «BETON COMPACTE» ou en «REMBLAI RIGI­DIFIÉ» étanché et drainé à l'amont.