Barre d'attache
Les barres d'attache sont des barres d'acier crénelées placées en travers des joints longitudinaux dans les chaussées en béton pour empêcher la séparation des v...
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Concrete Pavement
Joint Design
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Définition et application
Un mur en sol cloué est un système de retenue de terre in-situ construit en installant des barres d’acier scellées étroitement espacées (clous) dans une pente de sol ou une face d’excavation au fur et à mesure que l’excavation progresse de haut en bas. Les clous agissent comme des renforcements passifs qui mobilisent les forces de traction lorsque la masse de sol se déforme légèrement pendant l’excavation, créant une structure de sol renforcée cohérente capable de résister aux poussées latérales des terres. La face exposée est généralement recouverte de béton projeté — un béton appliqué pneumatiquement — pour assurer la stabilité de surface, répartir les charges entre les clous et protéger contre les intempéries.
Le mécanisme fondamental du clouage de sol est distinct des autres systèmes de retenue de terre. Chaque clou développe une résistance à l’arrachement grâce à l’adhérence entre le coulis de ciment et le sol environnant sur la longueur du clou derrière la surface de rupture potentielle. À mesure que la face d’excavation avance et que la masse de sol subit des déformations mineures, des forces de traction sont mobilisées dans les clous. Cela crée une zone renforcée stable qui se comporte comme une structure de soutènement par gravité. Les clous résistent aux forces motrices par tension, l’anneau de coulis transfère la charge au sol par frottement latéral, et le parement répartit les charges sur l’ensemble du champ de clous.
Les murs en sol cloué sont largement utilisés dans les applications routières et aéroportuaires pour : le soutènement permanent et temporaire d’excavations, la stabilisation de pentes, l’élargissement de routes sous des culées de pont existantes, la stabilisation de têtes de tunnel, la réparation et la reconstruction de structures de soutènement existantes, les murs hybrides combinant des clous de sol avec d’autres méthodes de retenue, et les murs en terre mécaniquement stabilisée étayés (SMSE). Le FHWA Geotechnical Engineering Circular No. 7 (GEC 007), Publication No. FHWA-NHI-14-007, sert de manuel de référence définitif pour la conception, la construction et l’inspection des murs en sol cloué aux États-Unis.
Composants d’un clou de sol
Un système de mur en sol cloué comprend plusieurs composants intégrés qui travaillent ensemble pour créer une structure de retenue de terre stable. Chaque composant remplit une fonction spécifique et doit être conçu et construit selon les normes spécifiées par le FHWA GEC 007 et les AASHTO LRFD Bridge Design Specifications.
Barre de clou (Tendon)
La barre de clou — également appelée tendon — est l’élément de renforcement en traction principal. Il s’agit typiquement d’une barre d’acier pleine conforme aux normes ASTM A615 Grade 60 ou Grade 75, ou ASTM A706 Grade 60 pour les applications soudables. Les diamètres de barre couramment utilisés vont du No. 6 (19 mm / 0,75 po) au No. 11 (36 mm / 1,41 po) , les No. 8 (25 mm / 1,0 po) et No. 10 (32 mm / 1,27 po) étant les plus courants dans la pratique américaine. La barre est généralement fabriquée avec une extrémité filetée ou refoulée pour accueillir la plaque d’appui et l’écrou à la face du mur.
Les clous de sol à barre creuse (HBSN) sont une alternative aux barres pleines. Ce sont des barres creuses à filetage continu qui servent à la fois de tige de forage et d’élément de renforcement. La barre creuse est avancée dans le sol avec un trépan sacrificiel tandis que le coulis est pompé simultanément à travers la barre, éliminant ainsi le besoin d’un trou pré-foré. Les HBSN sont particulièrement avantageux dans les sols sujets aux éboulements ou lorsque l’afflux d’eau souterraine empêche le forage à trou ouvert. Le FHWA GEC 007 consacre un chapitre entier (Chapitre 10) aux considérations de conception et de construction des HBSN.
Coulis de scellement
La colonne de coulis entourant la barre de clou remplit deux fonctions critiques : (1) transférer la charge de la barre au sol environnant par la contrainte d’adhérence à l’interface, et (2) fournir une barrière de protection anticorrosion autour de l’acier. Le coulis est généralement un coulis de ciment pur avec un rapport eau-ciment de 0,40 à 0,50 , contenant souvent un adjuvant réducteur d’eau ou un faible pourcentage de sable (généralement ne dépassant pas 30 % du poids du ciment) pour une meilleure stabilité volumétrique.
Exigences de résistance à la compression du coulis selon le FHWA GEC 007 :
| Paramètre | Exigence | Norme d’essai |
|---|---|---|
| Résistance à la compression minimale à 28 jours | 24 MPa (3 500 psi) | ASTM C109 ou C39 |
| Couverture minimale de coulis sur la barre pour la corrosion | 19 mm (0,75 po) pour temporaire, 25 mm (1,0 po) pour permanent | N/A |
| Rapport eau-ciment | 0,40 à 0,50 (sauf indication contraire) | N/A |
| Affaissement | 150 à 200 mm (6 à 8 po) pour mise en place par colonne vibrante | N/A |
| Granulométrie maximale | Aucune dans le coulis pur ; 10 mm (3/8 po) dans le coulis sablé | N/A |
Le coulis est mis en place par méthode par colonne vibrante (tremie) — un tube de coulis est inséré au fond du trou de forage et retiré au fur et à mesure que le coulis est pompé, assurant un remplissage complet de bas en haut sans vides d’air. Une balance à boue est utilisée sur le terrain pour vérifier que la densité du coulis répond aux exigences spécifiées, correspondant généralement à une densité relative de 1,8 à 2,0.
Centrage
Les centrage sont des dispositifs fixés le long de la barre de clou pour maintenir une épaisseur uniforme de coulis autour de la barre en la centrant dans le trou de forage. Selon le FHWA GEC 007, les centreurs doivent être placés à un espacement maximal de 2,5 m (8 pi) le long de la barre et positionnés pour garantir que la barre est concentrique dans le trou. Les centreurs doivent avoir un diamètre adéquat — généralement 25 à 50 mm (1 à 2 po) de moins que le diamètre du trou de forage — et être fabriqués à partir de matériaux compatibles avec le système de protection anticorrosion (par exemple, PVC, plastique ou acier galvanisé).
Parement
Le parement est l’élément structurel exposé qui répartit les charges des têtes de clous dans la masse de sol et assure la stabilité de surface contre l’affouillement et les intempéries. Les types de parement sont abordés en détail dans une section dédiée ci-dessous.
Système de drainage
Le système de drainage est un composant critique souvent sous-estimé en importance. La pression hydrostatique derrière le parement peut réduire considérablement la stabilité et la durée de vie du mur. Le drainage consiste généralement en un drain géocomposite en bande (drain board) placé verticalement derrière le parement en béton projeté à des endroits stratégiques, connecté à des barbacanes en PVC horizontales qui traversent le parement à intervalles réguliers. Selon le FHWA GEC 007, les barbacanes doivent avoir un diamètre de 75 à 100 mm (3 à 4 po) et être espacées de 1,5 à 3,0 m (5 à 10 pi) horizontalement et verticalement , la rangée la plus basse étant placée près de la base du mur.
Séquence de construction (Excavation et clouage de haut en bas)
La caractéristique déterminante de la construction d’un mur en sol cloué est la séquence de haut en bas — l’excavation, le clouage et le parement sont réalisés par passes de la partie supérieure du mur à la base. Ceci est fondamentalement différent des méthodes de construction de bas en haut comme les murs en béton coulé en place ou les murs MSE, où le mur est construit de la base vers le haut.
Séquence de construction étape par étape
Étape 1 — Première passe d’excavation : La première passe d’excavation expose la face de sol à une profondeur égale à l’espacement vertical prévu des clous, généralement 1,0 à 1,5 m (3,3 à 5 pi) . L’excavation doit être réalisée avec soin pour maintenir une face non soutenue stable. Le temps de tenue du sol détermine la hauteur maximale d’excavation autorisée par passe.
Étape 2 — Forage : Les trous de forage sont avancés dans la face excavée à l’inclinaison prévue (généralement 10 à 20 degrés sous l’horizontale ) pour garantir une mise en place correcte du coulis. Les diamètres des trous de forage varient généralement de 100 à 200 mm (4 à 8 po) selon le diamètre de la barre, le système de protection anticorrosion et la couverture de coulis requise. Les méthodes de forage comprennent le forage rotatif avec tubage dans les sols sujets aux éboulements, le forage rotatif-percussif dans les sols raides et la roche, ou le forage à la tarière dans les sols cohérents.
Étape 3 — Installation du clou et scellement : La barre de clou avec ses centreurs attachés est insérée dans le trou de forage. Un tube de coulis est inséré jusqu’au fond du trou et le coulis est pompé par la méthode par colonne vibrante jusqu’à ce que du coulis propre revienne au collet du trou. Pour les HBSN, le scellement est simultané au forage à mesure que la barre creuse avance.
Étape 4 — Construction du parement initial : Après l’installation et le scellement de tous les clous d’une passe, le parement initial est construit. Cela implique généralement la mise en place d’un treillis soudé (WWF) ou d’un treillis d’armature en acier, la fixation des plaques d’appui et des écrous aux barres de clou, puis l’application de béton projeté sur une épaisseur typique de 100 à 150 mm (4 à 6 po) . Le parement initial assure un soutien temporaire jusqu’à la prochaine passe d’excavation.
Étape 5 — Mise en place du drainage : Les drains géocomposites en bande sont placés verticalement contre la face de sol avant l’application du béton projeté, en alignement avec les emplacements prévus des barbacanes. Des tubes en PVC ou des coffrages sont installés à travers le parement pour créer les ouvertures des barbacanes.
Étape 6 — Répétition pour les passes suivantes : Les étapes 1 à 5 sont répétées pour chaque passe d’excavation jusqu’à atteindre la hauteur totale du mur. Les clous des passes supérieures durcissent déjà et développent leur résistance d’adhérence pendant que les passes inférieures sont installées.
Étape 7 — Construction du parement final (si spécifié) : Une fois la hauteur totale du mur excavée et clouée, un parement final permanent peut être construit. Il peut s’agir d’une couche supplémentaire de béton projeté armé, de béton armé coulé en place ou de panneaux de béton préfabriqués. Le parement final assure la durabilité à long terme, la finition esthétique et une capacité structurelle supplémentaire.
Considérations de construction
La hauteur de la passe d’excavation est limitée par le temps de tenue du sol — la durée pendant laquelle la face non soutenue reste stable sans s’affaisser ni s’ébouler. Dans les sols favorables (argiles raides, sables denses avec cohésion), des temps de tenue de 24 à 48 heures sont réalisables, permettant une construction par passe unique. Dans les sols marginaux, des hauteurs de passe plus courtes et une application rapide de béton projeté peuvent être nécessaires.
Le taux d’installation des clous est un facteur clé de productivité. Une foreuse montée sur chenilles typique peut installer 30 à 60 clous par jour selon les conditions du terrain, la longueur des clous, la méthode de forage et l’accès au site. Les taux de production influencent directement les coûts de planification du projet.
Types de parement
Le parement est un élément structurel qui répartit les forces de réaction des têtes de clous dans la masse de sol, assure le confinement de surface pour empêcher l’affouillement et sert de couche protectrice contre les intempéries. Le FHWA GEC 007 identifie trois principaux types de parement pour les murs en sol cloué permanents.
Parement en béton projeté
Le parement en béton projeté est le type de parement le plus courant dans la pratique américaine, représentant la majorité des murs en sol cloué permanents. Le béton projeté est un béton appliqué pneumatiquement qui atteint une résistance élevée, une faible perméabilité et une excellente adhérence à la face de sol. Principales spécifications selon le FHWA GEC 007 :
| Paramètre | Exigence |
|---|---|
| Résistance à la compression minimale à 28 jours | 28 MPa (4 000 psi) |
| Épaisseur minimale (initiale + finale) | 150 mm (6 po) pour les murs permanents |
| Granulométrie maximale | 10 mm (3/8 po) |
| Armature | Treillis soudé (WWF) (généralement 6x6 - W2.9/W2.9) plus goujons à tête ou barres d’armature aux têtes de clous |
| Méthode d’application | Béton projeté par voie sèche ou humide selon ACI 506 |
Le parement en béton projeté est appliqué en deux étapes : un parement initial (100 à 150 mm d’épaisseur) placé immédiatement après l’installation des clous pour stabiliser la passe d’excavation, et un parement final (100 à 150 mm supplémentaires) placé après l’achèvement de la hauteur totale du mur. Le parement final intègre une armature structurelle — généralement des goujons à tête soudés à la plaque d’appui ou des barres d’armature recourbées — pour transférer les forces des clous au parement.
Parement en béton coulé en place
Le parement en béton armé coulé en place (CIP) est utilisé lorsqu’une capacité structurelle plus élevée, une finition architecturale ou une durabilité supplémentaire est requise. Le parement CIP est généralement construit après que la hauteur totale du mur est excavée et que tous les clous sont installés et testés. Un coffrage est monté contre le parement initial en béton projeté, les armatures en acier sont placées et le béton est coulé par passes.
Les parements CIP ont généralement une épaisseur de 200 à 350 mm (8 à 14 po) avec des armatures en acier Grade 60 dans les directions horizontale et verticale. La connexion de la tête de clou au parement CIP implique généralement un ensemble de goujon à tête coulé dans le béton, avec la plaque d’appui encastrée derrière la cage d’armature.
Parement en panneaux de béton préfabriqués
Le parement en panneaux de béton préfabriqués est une option moins courante mais viable, principalement utilisée lorsque l’apparence architecturale, la construction accélérée ou la qualité de finition uniforme sont prioritaires. Les panneaux préfabriqués ont généralement une épaisseur de 75 à 125 mm (3 à 5 po) avec armature en acier et sont coulés hors site selon des normes de qualité contrôlées. Les panneaux sont montés contre le parement initial en béton projeté et connectés aux têtes de clous par l’intermédiaire de quincaillerie de connexion encastrée.
Le parement en panneaux préfabriqués nécessite des tolérances de fabrication précises et une coordination minutieuse des emplacements des têtes de clous avec les points de connexion des panneaux. Le système de connexion doit pouvoir accommoder les variations mineures de l’emplacement et de l’inclinaison des clous tout en assurant un transfert de charge structurel complet.
Protection anticorrosion
La protection anticorrosion des clous de sol est une considération cruciale pour la durabilité. Les clous de sol sont des éléments en acier permanents installés dans un environnement potentiellement corrosif — le sol. L’humidité, l’oxygène, les chlorures, les sulfates et le pH variable du sol peuvent favoriser la corrosion de l’acier, entraînant une perte de section et éventuellement une défaillance structurelle. Le FHWA GEC 007 classe la protection anticorrosion en deux classes selon la sévérité de l’environnement du sol et la durée de vie nominale requise.
Évaluation de la corrosivité
Avant de choisir un système de protection anticorrosion, l’environnement du sol doit être caractérisé par des essais en laboratoire selon ASTM G57 et les normes associées. Les paramètres suivants définissent la corrosivité du sol :
| Paramètre | Non corrosif | Modéré | Corrosif | Norme d’essai |
|---|---|---|---|---|
| Résistivité électrique | > 5 000 ohm·cm | 2 000 - 5 000 ohm·cm | < 2 000 ohm·cm | ASTM G57 (Wenner 4 broches) |
| pH | 5,5 - 10 | 4,5 - 5,5 ou 10 - 12 | < 4,5 ou > 12 | ASTM D4972 |
| Chlorures (Cl⁻) | < 100 ppm | 100 - 500 ppm | > 500 ppm | AASHTO T291 |
| Sulfates (SO₄²⁻) | < 200 ppm | 200 - 2 000 ppm | > 2 000 ppm | AASHTO T290 |
| Potentiel redox | > -200 mV | N/A | < -200 mV | ASTM G200 |
Protection anticorrosion de Classe I (Environnement sévère)
La protection de Classe I est requise lorsque les conditions du sol sont agressives (faible résistivité, faible pH, chlorures ou sulfates élevés) ou lorsque les conséquences d’une défaillance par corrosion sont élevées (infrastructures critiques, emplacements inaccessibles). Les systèmes de Classe I comprennent :
- Barres revêtues d’époxy conformes à ASTM A775 (époxy liée par fusion) ou ASTM A934 (poudre d’époxy)
- Barres galvanisées à chaud selon ASTM A123 ou ASTM A153, avec une épaisseur minimale de revêtement de zinc de 85 µm (3,5 mils)
- Barres en acier inoxydable (Type 304 ou 316) dans les environnements extrêmement agressifs
- Systèmes encapsulés combinant un revêtement époxy avec une gaine plastique (tube en PVC ondulé ou HDPE) scellée dans le trou de forage, offrant une protection redondante
Les systèmes de Classe I exigent que l’ensemble du clou — y compris la barre, les centreurs, la plaque d’appui et l’écrou — soit protégé contre la corrosion. La manipulation sur le terrain nécessite une inspection minutieuse des dommages au revêtement, les zones endommagées étant réparées selon les spécifications du fabricant avant l’installation.
Protection anticorrosion de Classe II (Environnement modéré)
La protection de Classe II est utilisée pour les environnements de sol non agressifs avec une couverture de coulis et un drainage souterrain adéquats. Le principal mécanisme de protection est la couverture de coulis cimentaire entourant la barre d’acier. Selon le FHWA GEC 007 :
- Couverture minimale de coulis sur la barre : 25 mm (1,0 po) pour les clous permanents
- Couverture minimale de coulis : 19 mm (0,75 po) pour les clous temporaires (durée de vie < 18 mois)
- Le coulis doit être dense, à faible perméabilité avec un rapport eau/ciment ≤ 0,50 et une résistance à 28 jours ≥ 24 MPa (3 500 psi)
Dans les systèmes de Classe II, la plaque d’appui et l’écrou sont généralement galvanisés à chaud. La tête de clou exposée et la connexion peuvent recevoir une protection supplémentaire telle qu’un revêtement bitumineux ou des capuchons remplis de graisse.
Conception par épaisseur d’acier sacrificielle
Une approche alternative de protection anticorrosion reconnue par la FHWA est l’épaisseur d’acier sacrificielle — concevoir la barre de clou avec une section transversale supplémentaire qui peut être perdue par corrosion pendant la durée de vie nominale sans compromettre la capacité structurelle. Cette approche est généralement utilisée uniquement pour les clous temporaires ou lorsque la couverture de coulis constitue la barrière principale et que le taux de corrosion est bien caractérisé.
Le taux de perte utilisé pour la conception est typiquement de 0,012 à 0,025 mm/an (0,5 à 1,0 mil/an) selon les recommandations FHWA, en fonction des conditions du sol. Pour une durée de vie nominale de 75 ans, l’épaisseur sacrificielle serait comprise entre 0,9 et 1,9 mm (36 à 75 mils) ajoutée au rayon structurel requis de la barre.
Éléments d’inspection
L’inspection régulière des murs en sol cloué est essentielle pour la gestion des actifs d’infrastructure. Le FHWA Geotechnical Engineering Circular No. 7 et les protocoles d’inspection des murs de soutènement FHWA-CFLHD établissent des procédures d’inspection systématiques pour les murs en sol cloué.
Fissures du parement
L’inspection des fissures consiste à identifier le type de fissure, sa largeur, son motif et sa densité sur le parement en béton projeté ou en béton :
- Fissures capillaires (< 0,3 mm / 0,012 po) sont généralement cosmétiques et ne nécessitent aucune réparation à moins qu’elles ne forment un motif systématique
- Fissures étroites (0,3 à 1,0 mm / 0,012 à 0,04 po) doivent être surveillées pour détecter des changements ; une injection d’époxy peut être justifiée si les fissures évoluent
- Fissures larges (> 1,0 mm / 0,04 po) nécessitent une évaluation des implications structurelles et une réparation par injection d’époxy ou par rainurage et scellement
- Fissuration en réseau (fissuration cartographique, faïençage) indique des problèmes de durabilité du matériau tels que la réaction alcali-silice (RAS) ou les dommages dus au gel-dégel
- Fissures aux emplacements des têtes de clous peuvent indiquer une détresse par poinçonnement et nécessitent une évaluation structurelle immédiate
La cartographie des fissures doit être réalisée à l’aide d’un comparateur de fissures ou d’un pied à coulisse numérique, les emplacements des fissures étant reportés sur une vue en élévation du mur. Les fissures dont la largeur dépasse 1,5 mm (0,06 po) ou montrant des signes de mouvement actif nécessitent une évaluation technique selon les directives FHWA.
Déformation et mouvement du mur
La surveillance des déformations permet d’identifier les instabilités globales ou les détresses localisées :
- Cibles topographiques installées sur la face du mur aux emplacements des têtes de clous, relevées périodiquement pour détecter les mouvements horizontaux et verticaux
- Tubes inclinométriques installés derrière le mur pour mesurer la déformation latérale souterraine
- Repères de tassement au sommet du mur pour détecter les mouvements verticaux
- Mesures d’inclinaison à l’aide d’inclinomètres numériques ou de balayage laser
Selon le FHWA GEC 007, les mouvements totaux du mur sont généralement inférieurs à 0,3 % à 0,5 % de la hauteur du mur pour les murs construits dans des sols favorables. Les mouvements dépassant 25 mm (1 po) ou des taux accélérés nécessitent une investigation.
État du système de drainage
La défaillance du drainage est l’une des causes les plus courantes de détresse des murs en sol cloué. Les éléments d’inspection comprennent :
- Obstruction des barbacanes — obstruction visible, débit d’eau réduit ou absent ; nettoyé à l’aide d’une tige ou d’un jet d’eau sous haute pression
- Coloration des sorties de drainage — des taches de couleur rouille indiquent une corrosion active dans le système du mur
- Efflorescence — dépôts cristallins blancs sur le parement près des barbacanes indiquent une migration d’eau à travers le béton projeté
- Zones de parement saturées — taches d’humidité indiquent une déficience de drainage et une accumulation potentielle de pression hydrostatique derrière le parement
- Sorties de drainage manquantes ou endommagées — tubes PVC brisés, déplacés ou bouchés intentionnellement
État des têtes de clous
L’ensemble de la tête de clou — plaque d’appui, écrou et quincaillerie de connexion — doit être inspecté visuellement pour :
- Corrosion — traces de rouille, perte de section ou piqûres sur les plaques d’appui et les écrous
- Déformation de la plaque d’appui — plaques pliées, voilées ou déformées indiquant une surcontrainte
- Desserrage de l’écrou — jeux visibles entre l’écrou et la plaque d’appui, ou entre la plaque et le parement
- Quincaillerie manquante — écrous, plaques ou capuchons absents
- Coulis exposé — écaillage du béton projeté à la tête de clou exposant la colonne de coulis
Inspection de la corrosion
L’évaluation de la corrosion comprend à la fois des indicateurs visuels et des mesures quantitatives :
- Traces de rouille sur la surface du parement, particulièrement aux emplacements des têtes de clous et le long des fissures
- Écaillage du béton le long de la ligne de la barre de clou, indiquant des produits de corrosion expansifs
- Acier exposé aux endroits où la couverture de béton projeté est insuffisante
- Essais d’anode galvanique là où des systèmes à courant imposé sont installés
- Cartographie du potentiel de demi-cellule du parement pour identifier les zones de corrosion active selon ASTM C876
Surveillance des murs en sol cloué
Les programmes de surveillance des murs en sol cloué servent à plusieurs fins : vérifier les hypothèses de conception pendant la construction, documenter les performances après construction et détecter la détérioration continue pour la gestion des actifs à long terme.
Surveillance pendant la construction
Pendant la construction, la surveillance comprend les essais de vérification des clous, les essais de contrôle et l’échantillonnage du coulis. Les clous de vérification sont des clous sacrificiels installés avant les travaux de production pour vérifier les valeurs d’adhérence coulis-sol supposées. Selon le FHWA GEC 007 : deux clous de vérification ou plus sont requis par mur, testés à 200 % de la charge de traction nominale (DTL) . Les essais de contrôle sont effectués sur 5 % des clous de production (minimum un par mur) testés à 150 % de la DTL.
Surveillance à long terme
Après la construction, les murs en sol cloué permanents doivent être surveillés à intervalles réguliers :
| Méthode de surveillance | Mesure | Fréquence | Seuil d’intervention |
|---|---|---|---|
| Cibles topographiques | Déplacement horizontal et vertical | Annuelle | > 25 mm cumulé ou > 5 mm/an |
| Inclinomètre | Déformation latérale souterraine | Annuelle (3 premières années), puis tous les 2-3 ans | > 15 mm cumulé ou accélération |
| Inspection visuelle | Fissures du parement, drainage, corrosion | Annuelle | Selon les critères de fissuration du parement ci-dessus |
| Piézomètre | Niveau de la nappe phréatique derrière le mur | Semestrielle | Tendances à la hausse ou niveau saisonnier élevé dépassant la conception |
| Cellules de charge | Charge en tête de clou (sur clous sélectionnés) | Annuelle | > 110 % de la DTL |
Critères d’acceptation des performances
Selon le FHWA GEC 007, les critères d’acceptation suivants s’appliquent aux performances des murs en sol cloué :
- Mouvement horizontal maximal du mur : Généralement 0,3 % à 0,5 % de la hauteur du mur, selon les conditions du sol et les structures adjacentes
- Tassement vertical maximal au sommet du mur : 0,5 % de la hauteur du mur
- Largeur maximale des fissures du parement : 1,0 mm (0,04 po) pour les fissures structurelles sans évaluation
- Résistance minimale à l’arrachement du clou : 100 % de la DTL pour les clous soumis à des essais de contrôle
- Résistance à la compression du coulis : Minimum 100 % de la résistance nominale spécifiée à 28 jours
Mur en sol cloué vs mur à tirants vs mur MSE
Comprendre les différences entre les murs en sol cloué, les murs à tirants (ancrés) et les murs en terre mécaniquement stabilisée (MSE) est essentiel pour sélectionner le système de retenue de terre approprié.
| Paramètre | Mur en sol cloué | Mur à tirants (ancré) | Mur MSE |
|---|---|---|---|
| Séquence de construction | De haut en bas | Généralement de bas en haut | De bas en haut |
| Mécanisme de renforcement | Passif — mobilisé par la déformation du sol | Actif — mis en tension contre la longrine/mur structurel | Passif — renforcement en traction dans un remblai granulaire sélectionné |
| Type de renforcement | Barres d’acier scellées (clous) | Torons ou barres en acier à haute résistance (ancrages) | Bandes d’acier, géosangles ou nappes géogrilles |
| Longueur typique | 0,5 à 1,0 fois la hauteur du mur | 1,0 à 2,0 fois la hauteur du mur | 0,7 à 1,0 fois la hauteur du mur |
| Espacement typique | 1,0 à 2,0 m (3 à 6 pi) dans chaque direction | 1,5 à 3,0 m (5 à 10 pi) dans chaque direction | 0,5 à 1,0 m (1,5 à 3 pi) couches de renforcement |
| Application de la charge | Clous sollicités par le mouvement du sol après construction | Ancrages pré-tendus à 70-80 % de la charge nominale | Renforcement sollicité pendant le compactage du remblai |
| Type de parement | Béton projeté, béton CIP, panneaux préfabriqués | Béton armé (longrines) ou palplanches | Panneaux de béton préfabriqués, blocs modulaires ou treillis métallique |
| Hauteur typique du mur | 3 à 15 m (10 à 50 pi) | 6 à 30 m (20 à 100 pi) | 3 à 30 m (10 à 100 pi) |
| Coût relatif | 20 $ - 45 $ par pi² de face de mur | 35 $ - 75 $ par pi² | 15 $ - 35 $ par pi² |
| Sols adaptés | Argiles raides, sables denses, roche altérée | La plupart des sols avec zone de scellement compétente derrière la surface de rupture | Remblai granulaire SÉLECTIONNÉ requis (généralement importé) |
| Nappe phréatique | Doit être sous la base d’excavation ou contrôlée par rabattement | Les ancrages nécessitent une zone scellée dans une strate appropriée sous la nappe | Doit être sous la base du mur ou contrôlée par drains |
| Emprise requise | Minimale — les clous sont dans la face de la pente | Modérée — la zone de scellement des ancrages doit être en dehors de la masse de sol retenue | Importante — remblai nécessitant du compactage |
Critères de sélection
Les murs en sol cloué sont préférés lorsque : l’emprise est restreinte, l’accès pour le compactage du remblai est limité, la face d’excavation a un temps de tenue adéquat, le sol offre une capacité d’adhérence suffisante et la hauteur du mur est modérée (3 à 15 m). Ils sont particulièrement avantageux pour les projets d’élargissement sous des culées de pont existantes et la stabilisation de têtes de tunnel.
Les murs à tirants sont préférés lorsque : l’excavation est profonde (> 15 m), des charges latérales élevées doivent être supportées, une précontrainte active est nécessaire pour limiter le mouvement du mur, et une zone de scellement adaptée existe derrière la surface de rupture potentielle. Les tirants sont courants dans les excavations urbaines profondes et les soutènements temporaires.
Les murs MSE sont préférés lorsque : l’emprise est disponible pour le compactage du remblai, une source de remblai granulaire adapté est disponible, la fondation peut supporter les charges du mur-poids, et des normes esthétiques élevées nécessitent un parement architectural. Les murs MSE sont le type de mur de soutènement le plus courant pour les approches autoroutières et les culées de pont.
Applications aéroportuaires
Les murs en sol cloué sont utilisés dans les aéroports pour la stabilisation de pentes, le soutènement d’excavations et les structures de retenue dans les zones où les murs de soutènement conventionnels sont impraticables en raison de contraintes d’accès, de limitations d’emprise ou d’exigences opérationnelles.
Exigences de l’OACI et de la FAA
Selon l’Annexe 14 de l’OACI, Volume I — Conception et exploitation technique des aérodromes, les structures de retenue situées dans la bande de piste ou l’aire de sécurité d’extrémité de piste (RESA) ne doivent pas créer de danger pour les aéronefs. La circulaire consultative FAA AC 150/5300-13C — Airport Design exige que les murs de soutènement dans les zones de piste et de voie de circulation soient frangibles ou protégés par une distance de séparation adéquate. Les murs en sol cloué — avec leur parement en béton projeté de faible hauteur — sont souvent préférés dans les environnements aéroportuaires car ils peuvent être construits avec un minimum de saillie hors sol et peuvent être intégrés dans la pente naturelle.
Applications aéroportuaires courantes
Stabilisation de pentes près des extrémités de piste : Les aires de sécurité d’extrémité de piste (RESA) et les bandes de piste nécessitent souvent le réglage et la stabilisation des pentes adjacentes. Les murs en sol cloué sont utilisés pour stabiliser les déblais créés lors du réglage des RESA, offrant une retenue permanente sans empiéter sur l’aire de sécurité. À l’aéroport Yeager (CRW) à Charleston, Virginie-Occidentale, un important projet de stabilisation de pente utilisant la technologie du clouage de sol a été mis en œuvre adjacent à la piste pour remédier à une instabilité de pente menaçant les opérations aéroportuaires.
Élargissement de routes et de voies de circulation : Lorsque des voies de circulation ou des routes de service sont élargies dans des pentes existantes, les murs en sol cloué fournissent un soutènement d’excavation efficace avec un impact minimal sur les opérations adjacentes. La séquence de construction de haut en bas permet de construire le mur directement contre la face de la pente existante.
Stabilisation de têtes de tunnel : Dans les aéroports dotés de systèmes de transport souterrains ou de tunnels piétonniers, les murs en sol cloué sont utilisés pour stabiliser les excavations des têtes de tunnel. Le mur en sol cloué peut être construit avant le début de l’excavation du tunnel, créant un mur de tête stable pour l’entrée du portail.
Murs de soutènement adjacents aux pistes : Lorsque les contraintes de terrain nécessitent des murs de soutènement adjacents aux pistes actives, les murs en sol cloué offrent des avantages par rapport aux murs coulés en place ou MSE : le parement en béton projeté ne produit pas d’éblouissement (béton non poli), le parement de faible hauteur minimise les risques de corps étrangers (FOD), et le mur est intrinsèquement frangible — les clous en acier et le parement en béton projeté peuvent être endommagés sans défaillance catastrophique en cas d’impact.
Considérations de drainage pour les murs aéroportuaires
Les murs en sol cloué des aéroports nécessitent des systèmes de drainage particulièrement robustes. Les normes de l’OACI et de la FAA imposent un drainage positif loin des chaussées. Le débit des barbacanes doit être dirigé vers des systèmes de collecte qui empêchent l’écoulement de l’eau sur les surfaces de chaussée. La couche de drainage derrière le parement doit être conçue pour empêcher la formation de lentilles de glace dans les climats sujets au gel-dégel, car l’accumulation de glace peut provoquer l’écaillage du parement en béton projeté et obstruer les voies de drainage.
Manuel FHWA sur les clous de sol (GEC 007)
La référence définitive pour la technologie des murs en sol cloué aux États-Unis est le FHWA Geotechnical Engineering Circular No. 7 (GEC 007) — Soil Nail Walls — Reference Manual, Publication No. FHWA-NHI-14-007, publié en février 2015. Ce document de 425 pages remplace le précédent FHWA0-IF-03-017 (2003) et représente l’état actuel de la pratique.
Principaux contenus du GEC 007
| Chapitre | Contenu |
|---|---|
| Chapitre 1 — Introduction | Définition, développement historique, philosophie de conception |
| Chapitre 2 — Applications et faisabilité | Applications, avantages/limitations, classification d’aptitude des sols, gestion des risques |
| Chapitre 3 — Matériaux et méthodes de construction | Composants, séquence de construction, méthodes de forage, scellement, construction du parement |
| Chapitre 4 — Informations requises pour la conception | Investigation du sous-sol, essais en laboratoire, paramètres du sol, résistance d’adhérence, potentiel de corrosion, gel, données sismiques |
| Chapitre 5 — Mécanismes résistants et états limites | Transfert de charge, cadre LRFD, états limites (stabilité globale, résistance, service, extrême) |
| Chapitre 6 — Conception des murs en sol cloué | Procédure de conception étape par étape, configuration des clous, analyse de stabilité, conception du parement |
| Chapitre 7 — Protection anticorrosion | Évaluation de la corrosivité, systèmes de protection Classe I et II, conception par acier sacrificiel |
| Chapitre 8 — Contrats et spécifications | Approches contractuelles, spécifications techniques, dispositions de paiement |
| Chapitre 9 — Inspection et essais | Surveillance de la construction, essais de vérification et de contrôle, listes de contrôle qualité |
| Chapitre 10 — Clous de sol à barre creuse | Considérations de conception et de construction des HBSN, résultats des programmes d’essais d’arrachement |
Méthodologie de conception
Le GEC 007 introduit un cadre de conception à double plateforme qui intègre à la fois la conception par contraintes admissibles (ASD) avec facteurs de sécurité et la conception par facteurs de charge et de résistance (LRFD) selon les AASHTO LRFD Bridge Design Specifications (7e édition). Ce cadre permet aux praticiens de travailler sur l’une ou l’autre plateforme tout en maintenant des niveaux de sécurité cohérents.
Facteurs de résistance clés pour la conception LRFD des murs en sol cloué selon le GEC 007 :
| État limite | Facteur de résistance (φ) |
|---|---|
| Arrachement du clou (adhérence coulis-sol) | 0,50 - 0,70 |
| Résistance en traction du clou | 0,75 - 0,90 |
| Flexion du parement | 0,90 (selon AASHTO) |
| Poinçonnement du parement | 0,80 - 0,90 |
| Stabilité globale | 0,65 - 0,75 |
| Glissement latéral | 0,80 - 0,90 |
| Soulèvement basal | 0,50 - 0,70 |
Classification d’aptitude des sols
Le GEC 007 classe les sols pour le clouage en trois catégories :
Sols favorables : Sols fins raides à durs (argiles, limons), sols granulaires denses avec cohésion, tills glaciaires, sols cimentés, roche altérée, roche tendre. Ces sols offrent un temps de tenue adéquat (24 heures ou plus), une capacité d’adhérence suffisante (> 100 kPa / 2 000 psf) et des difficultés de construction minimes.
Sols difficiles : Sols granulaires meubles avec < 5 % de fines sous la nappe phréatique, argiles molles à moyennes (résistance au cisaillement non drainé 25-50 kPa), sables sans cohésion au-dessus de la nappe phréatique avec une densité relative > 30 %, sols contenant des cailloux et des blocs. Ces sols nécessitent des mesures de construction spéciales telles que des hauteurs de passe plus courtes, une application rapide de béton projeté, un tubage pendant le forage ou l’installation de HBSN.
Sols défavorables : Argiles très molles (résistance au cisaillement non drainé < 25 kPa), sables meubles sous la nappe phréatique avec < 5 % de fines, sols organiques (tourbe, vase), sols liquéfiables (sables meubles saturés avec (N1)₆₀ < 15), remblai non compacté, sols à fort potentiel de fluage. Ces sols sont généralement inadaptés au clouage de sol sans modification extensive du sol ou systèmes de retenue alternatifs.
Le manuel souligne que le contrôle des eaux souterraines est essentiel à la réussite du clouage de sol. La face d’excavation doit être maintenue au-dessus de la nappe phréatique, ou des mesures de rabattement (pointes filtrantes, puits profonds ou tapis drainants) doivent être mises en œuvre pour prévenir l’érosion par suintement, la perte de résistance du sol et le lessivage du coulis pendant la construction.
Termes associés
- mur-de-soutènement — catégorie plus large de structures de retenue de terre incluant les murs-poids, cantilevers, MSE, ancrés et en sol cloué
- géotextile — tissu synthétique utilisé dans le drainage et la séparation derrière les parements des murs en sol cloué
- drainage — gestion des eaux souterraines essentielle à la performance et à la longévité des murs en sol cloué
- drain — système de drainage par tuyau perforé utilisé à la base des murs en sol cloué
- stabilité-de-pente — analyse géotechnique traitant du facteur de sécurité contre la rupture de pente dans les pentes clouées
- béton-projeté — béton appliqué pneumatiquement utilisé pour les parements des murs en sol cloué
- corrosion — détérioration électrochimique des barres d’acier des clous nécessitant des systèmes de protection
- tassement — mouvement vertical du sol surveillé au sommet des murs en sol cloué