Recueil d'expériences techniques

Fig. 20 - Montage d’un caisson avec les traverses alternées.Fig. 19 - Montage d’un caisson avec les traverses alignées.Les ouvrages à doubles parois se distinguent en premier lieu par l’architecture des bois constituant leur structure interne. Il est possible d’assembler les rondins en alignant les traverses verticalement les unes sur les autres (fig. 19) ou en les alternant régulièrement (fig. 20). Une structure avec des traverses alignées sera choisie afin de faciliter le remplissage des caissons, notamment lorsque cette opération est mécanisée.
 
Fig. 21 - Montage d’un caisson débutant en bas avec les traverses.Pour la plupart des ouvrages et afin de limiter les désordres structurels en cas d’affouillement, le montage de la structure débute par une série de longrines. Certaines réalisations débutent cependant par des traverses (fig. 21). Elles sont mises en œuvre sur des sols rigides et peu sujets à l’affouillement.
 
D’un point de vue du fonctionnement mécanique de l’ouvrage, les trois options sont équivalentes et doivent faire l’objet d’une étude de dimensionnement précise pour définir les différents paramètres du caisson (cotes externes, diamètre des bois et broches, etc.).
 
Par ailleurs, les ouvrages à doubles parois se distinguent par de nombreux aspects (parements, ailes, platelages, remplissage, assemblage, etc.) tels que détaillés ci-après.  
 
 
Variantes de parements
 
Fig. 22 - Barrage comprenant une cuvette avec parement en pierres à la Norma (Savoie - France).De nombreux ouvrages ne font pas l’objet d’un traitement spécifique du parement aval. Ils sont alors bien souvent remplis avec les matériaux du site déposés en vrac la plupart du temps contre un géotextile (attention : le géotextile se dégrade sous l’effet des UV). Cependant, pour se prémunir sur le long terme des phénomènes d’érosion liés aux forces tractrices générées par les écoulements susceptibles de vidanger les éléments les plus fins du remblai du caisson, il est possible de protéger le parement aval avec du bois ou de la pierre suivant différentes méthodes présentées ci-après.
 
 
Parement en pierres
 
Fig. 23 - Représentation des différents types de parements utilisés.Les pierres sont soigneusement choisies et positionnées entre les rangs de longrines, de sorte à trouver le meilleur ajustement pour optimiser leur calage (fig. 22 et 23).
 
Ce type de parement est généralement rencontré dans les cours d’eau où les pierres, abondantes et de granulométrie adaptée, sont faciles à prélever. 
 
Dans les secteurs fréquentés par le public, c’est l’aspect esthétique d’un tel parement qui peut être recherché.
Par ailleurs, il est à noter qu’un parement en pierres apporte une bonne protection contre l’érosion de la face aval de l’ouvrage tout en lui assurant une bonne qualité drainante. Ce composite pierre et bois assure ainsi une préservation efficace de l’ouvrage contre sa dégradation prématurée par les agents biologiques. Son coût élevé reste sans doute le facteur limitant.
 
 
Parement en bois 
 
Fig. 25 - Barrage à doubles parois avec parement réalisé avec des bois verticaux.Fig. 24 - Barrage à doubles parois avec parement réalisé en rondins disposés parallèlement aux traverses.Les parements tout en bois peuvent être envisagés suivant trois méthodes distinctes représentées figure 23.
 
La méthode (b) consiste à intercaler des rondins de bois, appelés aussi bouche-trous, entre deux traverses parallèlement aux longrines. Suivant leur disponibilité sur le chantier, les bois de même diamètre que les traverses sont positionnés sur le même plan que les longrines (fig. 23b1) ou en retrait de celles-ci si leur diamètre est supérieur (fig. 23b2). Ces deux techniques offrent l’avantage d’une mise en œuvre rapide et facilitée lorsque l’on dispose d’une quantité suffisante de bois. Les rondins ainsi positionnés sont liaisonnés à la structure par des tiges métalliques de type fer à béton ou simplement cloués.
 
La méthode (c) se distingue par l’orientation des rondins positionnés parallèlement aux traverses sur toute la largeur de l’ouvrage (fig. 24). Cette solution nécessite de disposer d’une grande quantité de bois. En revanche, elle offre l’avantage de constituer une structure légère, de faible densité apparente. Son usage est à privilégier sur des sols peu portants. 
 
La méthode (d) consiste à positionner des bois verticaux derrière les longrines. Elle présente l’avantage d’une mise en œuvre rapide et permet, le cas échéant, d’ancrer les bois, tels des pieux, dans le sol de fondation si les conditions de stabilité externe de l’ouvrage sont difficiles à obtenir comme illustré en figure 25.
 
 
Variantes d’ailes
 
Fig. 28 - Barrage dont les ailes sont réalisées avec des longrines inclinées à 45° (Sestrières - Piémont - Italie).Fig. 27 - Barrage avec les ailes réalisées en gabions métalliques.Fig. 26 - Barrage dont les ailes sont réalisées avec des longrines horizontales à Bordighera (Ligurie - Italie).La structure des ailes des barrages est généralement constituée sur le même principe que celle du corps de l’ouvrage, par un entrecroisement de traverses et de longrines.
 
Deux cas de figure peuvent se rencontrer dans le positionnement des longrines, ces dernières pouvant être soit positionnées horizontalement parallèlement à celles du corps de l’ouvrage (fig. 26), soit inclinées par rapport à l’horizontale d’un angle proche de 45° défini par le calcul hydraulique (fig. 28).
 
Dans le cas des ailes inclinées, les longrines sont ancrées dans le corps du barrage sur une longueur égale à la largeur de l’ouvrage. 
 
Les ailes peuvent également être simplement réalisées par un ou plusieurs rondins de bois, lorsque le régime des écoulements ne nécessite pas une structure plus résistante (fig. 29).
 
Fig. 30 - Barrage avec platelage en bois refendus sur la longueur.Fig. 29 - Barrage dont les ailes sont réalisées avec deux simples rondins de bois.De façon plus marginale, on rencontre d’autres types de structures avec des ailes réalisées en gabions métalliques (fig. 27).
Ces structures mixtes présentent essentiellement l’avantage de garantir une meilleure durabilité aux ailes qui sont généralement des zones d’ouvrage de forte vulnérabilité vis-à-vis des dégradations biologiques.
 
En effet, les ailes sont les éléments de l’ouvrage les plus régulièrement soumis à de fortes variations hygrométriques et rarement protégées par un écoulement pérenne sur leur surface.
 
 
Variantes de platelages
 
Fig. 31 - Platelage avec rondins refendus sur la longueur et disposés en quinconce.La cuvette des barrages ainsi que les remontées d’ailes doivent être revêtues d’un platelage bois, afin d’éviter une infiltration massive des eaux de percolation susceptibles de générer des phénomènes de lessivage du corps de l’ouvrage.
 
Le platelage est généralement constitué par un assemblage de rondins de bois de sections constantes fixés sur la cuvette et les ailes par des vis ou tire-fond (fig. 33 et 34). 
 
On rencontre également parfois des platelages constitués de rondins refendus sur la longueur et positionnés en quinconce ou non (fig. 30, 31 et 32).
 
Attention : les bois sciés sur la longueur se dégradent beaucoup plus rapidement que les bois refendus.
 
Fig. 32 - Platelage avec rondins refendus sur la longueur et disposés dans le même sens.
Fig. 33 -  Platelage avec rondins entiers disposés côte à côte.
Remplissage de l’ouvrage
 
Le remplissage du caisson par des matériaux dans l’espace constitué entre les deux parois est guidé par la disponibilité des matériaux sur place plus que par leur qualité.
Le risque de vidange des ouvrages est important lorsque les phénomènes d’affouillement de pied ou dans le corps de l’ouvrage ne sont pas traités (fig. 35).
 
Pour éviter les phénomènes de vidange des ouvrages, le traitement du parement aval doit être soigné tel que présenté précédemment et complété par un dispositif contre l’affouillement.
 
Ce dispositif peut être constitué par une fosse de dissipation d’énergie en enrochements (fig. 36). Le dimensionnement de la fosse de dissipation peut être effectué à partir des travaux d’Irstea (étude n° 18). En présence de sols fins, il est recommandé de poser les enrochements sur un géotextile ou sur une couche-filtre.
 
Cette fosse peut être complétée ou substituée par un platelage en rondins disposés en pied d’ouvrage au niveau de la chute d’eau. Cette disposition doit cependant être employée avec précautions dans des cours d’eau avec du transport solide où la durabilité des bois risque d’être réduite.
 
 
Les assemblages
 
Fig. 35 - Vidange d’un caisson à doubles parois suite à un important affouillement.Fig. 34 - Barrage avec platelage en rondins entiers (haute vallée de Suze - Piémont - Italie).Afin de garantir une cohésion globale de la structure interne des ouvrages, il est nécessaire d’assurer d’une part une continuité efficace entre deux longrines successives, et d’autre part une liaison entre ces dernières et les traverses.
 
Les assemblages doivent être réalisés avec soin car ils sont généralement à l’origine des désordres constatés dans les structures. Ils constituent l’un des points de faiblesse de l’ouvrage.
 
Dans ce cas, trois techniques sont utilisées pour assurer la continuité mécanique de l’élément.
 
Fig. 37 - Assemblage de deux longrines par une coupe à mi-bois.Fig. 36 - Création d’une fosse de dissipation de l’énergie hydraulique en pied d’un caisson bois.La première technique consiste à abouter deux longrines se trouvant sur un axe commun et de les liaisonner à la traverse par une broche métallique de type acier à béton HA. La coupe de jonction entre les deux pièces de bois peut être réalisée soit en « sifflet » (fig. 38a), soit à « mi-bois » (fig. 37 et 38c).
 
Toutes deux offrent les mêmes garanties d’un point de vue mécanique, mais il préférable d’utiliser la méthode de la coupe en « sifflet » pour les assemblages se trouvant dans des conditions de dégradation biologique élevées, car cette technique limite les zones de stagnation d’eau.
 
Une autre méthode consiste à assurer la continuité mécanique des longrines en les juxtaposant côte à côte sur une traverse et en les liaisonnant respectivement, comme dans les cas précédents, par des broches métalliques. Cette technique (fig. 38b) présente l’avantage de renforcer la structure de l’ouvrage au niveau de l’assemblage, mais présente l’inconvénient de créer un décalage parfois en mauvaise adéquation avec le profil que l’on souhaite donner à la structure.
 
Remarque
 
La technique (mi-bois) présentée (fig. 37) est simple et rapide, mais les découpes horizontales favorisent la stagnation de l’eau et donc l’apparition de champignons. D’autre part, l’assemblage présenté devrait être réalisé sur le même axe que les traverses.
 
Fig. 39 - Détail d’un assemblage longrine-traverse par broche en acier.Fig. 38 - Représentation des différents modes d’assemblage de longrines couramment utilisés.Quel que soit le choix du type d’assemblage retenu, il est nécessaire de réaliser la liaison entre deux longrines au niveau d’une traverse par des broches métalliques d’un diamètre défini par l’étude de dimensionnement. 
 
Ces broches doivent impérativement travailler en double cisaillement (fig. 39), ce qui confère à l’assemblage une meilleure résistance mécanique conformément aux dispositions énoncées dans l’Eurocode 5.
 
Des ouvrages présentant des assemblages avec des « clameaux » peuvent également être rencontrés, notamment pour rabouter des longrines. Cette technique largement utilisée en Italie reste néanmoins peu conseillée et difficilement modélisable en dimensionnement mécanique. 
 
L’utilisation des clameaux doit être réservée à l’ajustement des bois au montage. Ils seront retirés ensuite.
 
Montage type
 
Le montage type (fig. 40) permet d’optimiser la prévention des désordres susceptibles de nuire à la tenue de l’ouvrage.
 
D’autre part, il est recommandé de positionner les traverses au niveau de la jonction entre deux longrines afin de faire travailler les tiges en double cisaillement. La cote de pince, c’est-à-dire la distance minimale entre le bout de la traverse et l’axe de la broche doit être respectée pour éviter l’effet de fendage (fig. 41).
 
Exemple d’assemblage à proscrire
 
La disposition figurant ci-dessous (fig. 42) présente l’avantage d’être simple et rapide à mettre en œuvre ; mais elle concentre les points de faiblesses sur un même axe. D’autre part, l’eau s’écoule difficilement au niveau de l’assemblage, ce qui favorise localement la rétention d’humidité et par conséquent le développement de champignons responsables de la dégradation du bois.
 
Fig. 42 - Montage des assemblages à proscrire.Fig. 41 - Assemblage par broche métallique en cours de dégradation par pourrissement du bois.Fig. 40 - Représentation du montage idéal à adopter au niveau des assemblages.