Bassin Austerlitz : essai de chargement O-Cells sur barrette

Pour rappel : la Section d’Assainissement de la Ville de Paris (SAP) a confié au groupement Impluvium (comprenant Soletanche Bachy France et Bessac) la réalisation d’un bassin de stockage et restitution d’eau (le bassin Austerlitz), ainsi que deux ouvrages de récupération des eaux depuis les déversoirs d’orage se trouvant de part et d’autre de la Seine (puits Valhubert et puits Tournaire).

Les travaux ont démarré en août 2020 pour une durée de 44 mois, l’objectif étant de terminer avant mai 2024. Le projet comprend :

• Un bassin de stockage de 50 m de diamètre et de 46 000 m³ de capacité, réalisé à l’abri d’une paroi moulée de 1,2 m d’épaisseur descendue à 62 m de profondeur
• Deux ouvrages de prise d’eau de part et d’autre de la Seine, réalisé en paroi moulée de 0,8 m d’épaisseur et de 41 m de profondeur pour l’un et en tranchée blindée à l’abri d’une enceinte en colonne de jet grouting pour l’autre. Des travaux de jet grouting permettent également un raccordement au déversoir d’orage existant Buffon.
• Un collecteur DN 2500 mm réalisé par Bessac, par fonçage au microtunnelier depuis un puits de départ positionné à côté du bassin. Le puits de 11 m de diamètre est réalisé en paroi moulée de 1 m d’épaisseur.

Un des points techniques majeurs du projet est la réalisation des ancrages du radier du bassin de stockage. Celui- ci est soumis à une forte sous pression de près de 300 kPa, insuffisamment équilibrée par le poids de la structure évidée. A cette sous pression s’ajoute également la difficulté d’un radier positionné au-dessus d’une quinzaine de mètre d’argile gonflante. Ainsi les ancrages du radier sont soumis à un frottement négatif sur cette hauteur et doivent donc être approfondies dans le substratum crayeux.

La solution prévue initialement en conception consistait à réaliser 236 micropieux et 20 barrettes de plus de 90 m de profondeur. Ces dernières devaient également avoir un rôle de préfondés en phase travaux, les terrassements étant réalisés en taupe après la réalisation de la dalle de couverture. Le marché prévoyait la réalisation d’un essai de type O-Cells rendant possible l’optimisation de la longueur des barrettes.

Les travaux du bassin principal se sont donc déroulés de la manière suivante : les travaux de paroi moulée du bassin, dont le dimensionnement ne tient pas compte des résultats d’essais, se sont déroulés pendant 4 mois. Durant cette période, le béton de la barrette d’essai monte en résistance (1 mois), l’essai de chargement est conduit pendant 2 à 3 jours, et les résultats font l’objet d’un rapport d’analyse (3 à 4 semaines).

Ensuite, le dimensionnement des fondations est actualisé et approuvé par les différentes parties durant les deux mois restants. Immédiatement après la fin de réalisation de la paroi moulée du bassin, les barrettes ont pu être progressivement forées et bétonnées en parallèle des panneaux de paroi du puits d’attaque au cours d’une seconde phase travaux de 3 mois.

La méthode de chargement mise en place pour le projet est appelée « essai bi-directionnel » ou « essai O-Cells ». Elle a été développée par le docteur J.O. Osterberg de l’Université Northwestern de Chicago en 1989 et utilisée depuis pour tester des milliers de fondations à travers plus de 60 pays. Le principe de l’essai est l’encastrement, dans la fondation elle-même, d’un ou plusieurs vérins spécifiquement conçus pour cet usage. L’essai utilise ainsi la réaction de la fondation elle-même pour développer la charge nécessaire sur l’autre partie de la fondation et en déterminer les paramètres de sol recherchés. L’utilisation de cette méthode, reconnue par la norme NF EN ISO 22477-1, s’est imposée au projet pour pouvoir caractériser les frottements dans les craies, vers 60 m de profondeur. L’avantage principal de ce dispositif O-Cells est l’application de la charge directement en profondeur et l’absence de massif de réaction, facteur souvent limitant de la charge maximale pour les essais conventionnels avec chargement en tête.

En complément des deux vérins encastrés de 690 mm de diamètre, six niveaux de six jauges de déformations ont été répartis dans la barrette pour évaluer la dissipation des frottements par le sol.

Ce système est complété de plusieurs capteurs de déplacements, appelés piges, disposés à différentes hauteurs de la barrette, et offrant une redondance pour l’appréciation des courbes efforts – déplacements des jauges.

Le programme de chargement a été exécuté par paliers réguliers jusqu’à une charge maximale de 26 MN. Les jauges de déformations, réparties tout au long de la barrette, permettent d’évaluer l’effort repris depuis le point d’application de la charge jusqu’à la cote supérieure du béton. A l’aide du module du béton et de la section de la fondation, il est alors possible de déterminer le déplacement au niveau des jauges et d’établir les courbes de mobilisation du frottement entre chaque niveau de jauges.

Le bon déroulement de l’essai à l’aide du système O-Cells a permis d’optimiser la profondeur des barrettes et même d’aller au-delà : les valeurs de frottement étant bonnes, il a été possible d’envisager la suppression des micropieux, en contrepartie de l’ajout de quelques barrettes.

Ainsi, il a été finalement retenu de réaliser douze nouvelles barrettes, arasées sous le radier, afin de ne pas interférer avec la structure interne du bassin.

Leur implantation s’inscrit de manière homogène parmi les 20 barrettes initiales du projet, avec notamment un renforcement du noyau central. L’épaisseur du radier est légèrement épaissie à 1,50 m.