Parkings souterrains | Guide
Étude approfondie des rideaux de palplanches acier
- Parkings souterrains | Guide
Introduction
Au cours des dernières décennies, les villes se sont considérablement développées. La conséquence est une densité de construction plus élevée et la rareté de l'espace en surface. Bien qu'un changement de mentalité soit en cours, dans de nombreuses villes européennes, la mobilité repose encore principalement sur les voitures individuelles et leur problème inhérent : les places de stationnement. Il est clair que les habitants préfèrent les espaces publics, tels que les parcs, aux aires de stationnement, de sorte que les parkings de voitures souterrains (PVS) dans les zones urbaines semblent être la solution idéale.
De nos jours, le développement immobilier nécessite l'incorporation de parkings. Les options les plus courantes sont sous le bâtiment ou en tant que structure séparée à côté de la propriété, c'est-à-dire sous les cours, les voies d'accès, les jardins publics ou les parcs.
En outre, les centres-villes deviennent plus accueillants pour les piétons et, dans certains cas, la circulation automobile est interdite dans des zones spécifiques. Cette nouvelle tendance entraîne la nécessité de créer des parkings supplémentaires à la périphérie des centres-villes. Ces parkings doivent être bien reliés aux infrastructures routières locales et aux transports publics, afin de minimiser le temps de trajet d'un point à un autre.
Les promoteurs et les opérateurs recherchent la solution la plus rentable, sans compromettre la sûreté, la sécurité, le confort et l'impact sur l'environnement. Dans la plupart des cas, un rideau de palplanches acier est la solution qui répond à tous ces critères rigoureux.
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Conception
La conception est réalisée conformément au guide néerlandais CUR 166 et couvre tous les aspects de la conception (processus de conception étape par étape), de l'installation et de l'entretien des palplanches, de l'ancrage et des butons. La section sur la conception du CUR 166 est incorporée dans l'annexe nationale néerlandaise de l'Eurocode 7 (NEN 9997, disponible uniquement en néerlandais).
Approche de la conception
La pratique courante consiste à suivre la méthodologie décrite dans le document CUR 166. Il identifie 13 étapes :
- déterminer les règles de conception normatives,
- déterminer les valeurs caractéristiques des paramètres,
- déterminer les valeurs de conception des paramètres,
- sélectionner le schéma de calcul A ou B,
- calculer la profondeur de pénétration minimale,
- dimensionner la structure de palplanches (calculs),
- vérifier les moments de flexion,
- vérifier les efforts de cisaillement et les efforts normaux,
- vérifier les efforts d'ancrage et de buton,
- vérifier les déformations,
- vérifier les autres mécanismes de rupture,
- vérifier les aspects de la construction,
- vérifier les choix qui ont été faits.
La détermination de la profondeur de pénétration minimale (étape 5) peut être déterminée par des calculs simples (manuellement ou à l'aide de tableurs), mais pour les calculs de dimensionnement (étape 6), plusieurs variations des niveaux de sol et d'eau et de la rigidité du sol sont nécessaires.
Les calculs sont prescrits dans la NEN 9997 (tableau 9d).
Il est possible de transférer les charges verticales des planchers et du toit sur les palplanches (voir chapitre 1.7).
Le profil des palplanches doit être vérifié pour les différents états limites spécifiés dans le code. Ces vérifications sont basées sur la conception à coefficient de sécurité partiel :
- l'état limite ultime (ultimate limit state, ULS) vérifie la résistance globale et locale, la fatigue et le flambage,
- les déplacements/déformations sont vérifiés dans l'état limite de service (SLS).
Le choix d'une solution doit prendre en compte les aspects de conception, d'aptitude à la conduite et de durabilité. Elle est réalisée sur la base des normes européennes EN 1993-5 et EN 12063. S'agissant d'une tâche complexe, elle doit être réalisée par des ingénieurs expérimentés.
Profil de palplanches
Les palplanches acier laminées à chaud sont produites et livrées conformément à la norme EN 10248.
Le marché néerlandais utilise presque exclusivement des palplanches de type Z laminées à chaud pour des applications permanentes. Cependant, un système de rideaux mixtes peut être nécessaire pour les PVS à 3 et 4 niveaux.
Notez que selon la norme CUR 166, des facteurs de réduction doivent être appliqués aux propriétés de section des profils de type U, les palplanches Z sont donc plus rentables.
La norme EN 1993-5 définit une classification des sections transversales, qui dépend principalement de la largeur de l'aile et de la nuance d'acier du profil. Pour certaines classes, le module de flexion plastique Wpl peut être utilisé à la place du module élastique Wel. Des économies de l'ordre de 10 à 25 % peuvent être réalisées lorsque la conception utilise le Wpl d'un profil de classe 2.
Nuances d'acier
Les propriétés des matériaux sont normalisées dans la norme EN 10248.
La nuance d'acier la plus courante aux Pays-Bas est S 355 GP (avec une limite d'élasticité de 355 MPa). Cependant, une nuance d'acier supérieure telle que S 430 GP pourrait être beaucoup plus efficace si la déformation, le flambage (local) et la fatigue ne régissent pas la conception.
Des nuances d'acier supérieures peuvent augmenter la résistance du profil jusqu'à 30% (spécification de l'usine S 460 AP par rapport à S 355 GP).
Optimisation de la solution
Les paramètres clés à prendre en compte pour le choix optimal sont le module de flexion, la nuance d'acier, les taux de corrosion, l'aptitude à la conduite, la durabilité et la viabilité.
D'une manière générale, les palplanches plus légères à haute limite d'élasticité sont les plus rentables.
En effet, la légère augmentation du coût des nuances d'acier supérieures est de loin compensée par les économies réalisées sur le poids de la palplanche.
Logiciel de conception
Les règles de conception néerlandaises sont mises en œuvre dans des programmes de conception tels que D-Sheet et Technosoft. Des programmes d'éléments finis plus sophistiqués (tels que Plaxis et Diana) n'intègrent pas de calculs de conception conformes à la norme NEN 9997 et sont moins pratiques dans le cadre du processus de conception initial. D-Sheet est le logiciel de conception le plus répandu aux Pays-Bas. ArcelorMittal a développé un logiciel gratuit Durability qui peut être téléchargé gratuitement sur le site web pour simplifier le choix d'un rideau de palplanches basé sur la norme EN 1993-5.
Déviation / déformation
La déflexion admissible du rideau dépendra de la déformation et des tassements acceptables à proximité de la fosse de construction. La norme CUR 166 mentionne à titre d'exemple la flexion admissible d'un rideau de palplanches permanent (en vue) à 1/200 de la hauteur maximale à atteindre dans toutes les phases de la construction, avec un maximum de 50 mm. Cette exigence est normalement utilisée par le Rijkswaterstaat néerlandais.
L'un des critères de conception critiques est le tassement causé par la déformation des rideaux, en particulier dans les zones urbaines où les bâtiments ont déjà été soumis à un certain niveau de déformation. À partir des analyses, une valeur estimée peut être déterminée pour la déformation attendue due à l'installation et au fonctionnement des palplanches acier.
Cependant, lorsque les déformations totales sont définies, il faut faire attention aux autres travaux (habilitants) qui précèdent l'installation des palplanches acier, tels que le repositionnement des câbles et des conduites d'égout. Ces travaux peuvent nécessiter l'ouverture de tranchées qui ne sont pratiquement jamais équipées de mesures appropriées pour limiter la déformation du sol. Il est fréquent que ces travaux amorcent déjà une part importante de la déformation maximale admissible.
Une méthode utilisée aux Pays-Bas pour déterminer les dommages potentiels dans les bâtiments est la méthode Limiting Tensile Strain Method (LTSM), une méthode analytique, basée sur des observations, pour prédire le degré de dommages éventuels causés par le tassement des bâtiments. Cette méthode suppose le transfert intégral des mouvements différentiels du sol au bâtiment adjacent, en négligeant les effets de l'interaction entre le sol et la structure. Elle peut être utilisée comme un outil simple pour une classification rapide des dommages, basée sur le type de bâtiment, la géométrie et les caractéristiques de la fosse de construction. La méthodologie a été développée à l'origine pour les tunnels et a été adaptée aux fosses de construction, et donc également aux rideaux de palplanches utilisés comme partie intégrante de la structure permanente. La méthode est particulièrement adaptée aux constructions en maçonnerie et, dans une moindre mesure, aux charpentes.
Corrosion
La corrosion de l'acier est un phénomène naturel. D'une manière générale, la perte d'épaisseur de l'acier dans un sol naturel est assez faible, mais elle doit être prise en compte pour les structures maritimes, à moins qu'une méthode de protection ne soit utilisée pour empêcher l'acier de se corroder.
La perte d'épaisseur de l'acier non protégé peut être estimée à partir de la norme EN 1993-5 (tableaux 4.1 et 4.2). Les taux de corrosion dépendent des milieux environnants et de la durée de vie prévue.
Le document néerlandais ROBK - Richtlijnen voor het ontwerpen van betonnen kunstwerken fait référence au CUR 166 pour le niveau de corrosion pour différentes durées, types de sol et d'eau. Pour les palplanches ayant une durée de vie de 50 ans, qui ont été placées dans un sol propre non perturbé, ainsi que dans des eaux souterraines fraîches, la perte d'épaisseur d'acier attendue est de 0,60 mm (sur un côté). Pour les sols plus agressifs comme la tourbe, cette valeur peut atteindre 1,75 mm.
Les systèmes de protection les plus courants sont les revêtements. Il est également possible d'envisager une épaisseur supplémentaire pour les palplanches acier.
Cette épaisseur sacrificielle est le plus souvent utilisée aux Pays-Bas, car les autres systèmes sont moins fiables et entraînent des coûts d'entretien plus élevés. Quoi qu'il en soit, certains architectes préfèrent appliquer un revêtement sur un parking pour des raisons esthétiques, même si cela n'est pas nécessaire pour la conception. Dans ce cas, les revêtements ne sont généralement appliqués que sur la face visible du rideau, du haut jusqu'à environ 50 cm sous le niveau d'excavation, respectivement jusqu'au niveau supérieur du plancher inférieur.
Enfin, une couverture en béton peut être une option, de même qu'une protection cathodique, mais cette dernière n'est efficace que dans l'eau. La galvanisation est une alternative pour la zone atmosphérique, mais elle n'est pas rentable et la longueur des palplanches galvanisées est limitée (contraintes techniques).
Revêtements
Les revêtements peuvent être utilisés pour des raisons d'étanchéité, mais le plus souvent, dans des PVS, ils sont appliqués pour améliorer l'aspect esthétique du rideau.
Les revêtements sont généralement appliqués à l'usine ou après que les palplanches ont été enfoncées dans le sol. L'avantage de l'application du revêtement dans l'atelier est la qualité puisque le revêtement est appliqué dans des conditions entièrement contrôlées. L'inconvénient est qu'ils peuvent être endommagés pendant le transport et l'installation. Les travaux de réparation après l'installation doivent être prévus dans les documents d'appel d'offres.
Il est recommandé d'utiliser un système basé sur la norme EN ISO 12944. Plusieurs systèmes existent, avec une durée de vie de 15 - 20 ans, mais aucun fabricant ne donne une garantie de plus de 7 ans.
On adopte généralement un système à 2 ou 3 couches comprenant un apprêt (60 - 70 μm), une couche intermédiaire (150 μm) et une couche de finition (150 μm époxy ou polyuréthane).
Conception de l'incendie
Il n'existe pas de réglementation spécifique aux parkings souterrains en matière d'incendie. Elle doit être conforme au Bouwbesluit (décret sur la construction). Dans la plupart des cas, un garage de stationnement doit répondre à des exigences de sécurité incendie de 60 minutes pour la structure porteuse principale. Le feu de conception suit en principe la courbe de feu « standard », mais le « feu naturel » est également souvent utilisé. Cette dernière solution est plus réaliste lorsque le parking est équipé d'un système de détection d'incendie et d'un système d'extinction automatique. L
es recommandations néerlandaises Richtlijnen Ontwerp Kunstwerken (ROK, révision 1.4) s'appliquent à toutes les structures du Rijkswaterstaat, mais pas, par définition, à d'autres entités. En ce qui concerne la conception des palplanches permanentes en acier, il est indiqué ce qui suit (traduction libre d'un extrait des ROK) :
Exigences de température pour les palplanches acier :
lors de l'utilisation de palplanches permanentes en acier, il doit être démontré que la construction peut être entièrement réparée après que l'incendie, selon la courbe d'incendie prescrite, s'est produit. Pour les palplanches acier, cette exigence est considérée comme satisfaite s'il a été démontré, arithmétiquement ou au moyen d'essais, que la température dans les palplanches reste inférieure à 250°C. S'il est démontré que les déformations supplémentaires permanentes résultant de l'augmentation de la température n'ont pas d'effet négatif sur l'aspect esthétique (y compris la planéité), la facilité d'utilisation et la sécurité de la structure et de l'environnement après l'incendie, une température maximale de 400°C est autorisée.
Notez que selon le rapport TNO « Recherche exploratoire sur l'effet de refroidissement des eaux souterraines sur les palplanches acier », la présence de sable et/ou d'argile ne permet pas de supposer un effet de refroidissement des eaux souterraines derrière la palplanche. En outre, selon le tableau 3.1 de la norme NEN-EN 1993-1-2, une perte significative de la résistance de l'acier se produit au-dessus de 400°C. Il existe plusieurs approches de conception pour le cas de charge incendie. La courbe d'incendie standard ISO est, selon ArcelorMittal, trop conservatrice, et nous proposons d'utiliser une courbe d'incendie naturelle qui peut être évaluée sur la base d'hypothèses simplifiées, mais réalistes. La forme, le volume et la ventilation de la structure, ainsi que la quantité de matériaux (objets) inflammables à l'intérieur de la structure, déterminent la forme de la courbe d'incendie naturelle. Si les palplanches nues ne sont pas en mesure de résister à la charge d'incendie, les solutions pour augmenter la résistance au feu consistent à protéger la surface de l'acier contre les températures élevées, par exemple en recouvrant la surface d'une finition en béton, de panneaux isolants et/ou de panneaux de protection contre l'incendie, de revêtements isolants ou d'une maçonnerie. Pour plus de détails, voir la brochure Fire design d'ArcelorMittal et la figure 3.
Connexions entre les éléments structurels et le rideau de palplanches acier
La connexion entre le rideau de palplanches et les éléments structurels des parkings, c'est-à-dire la dalle de plancher, le plancher intermédiaire et la dalle de toiture, peut être exécutée de manière rigide ou articulée.
La dalle inférieure est généralement rigide, et à cette interface, une attention particulière doit être accordée à l'étanchéité à l'eau. Vous trouverez plus de détails sur ces connexions dans la brochure « Rideaux de palplanches acier étanches ». La liaison entre le rideau de palplanches et les planchers intermédiaires est normalement articulée, tandis que la liaison entre le rideau de palplanches et la dalle de toiture est rigide ou articulée et étanche.
Comme la nappe phréatique est souvent proche de la surface, le PVS sera sensible aux infiltrations d'eau, en particulier à l'interface entre les palplanches et la dalle de plancher/toiture.
Le plancher, la toiture et/ou toute dalle de plancher intermédiaire peuvent, en plus de supporter les surcharges dues à la circulation ou aux charges statiques, également servir de buton horizontal pour le rideau de palplanches. La rupture d'une dalle mettrait donc en péril l'intégrité structurelle de l'ensemble (ou d'une partie) de la structure.
Empreinte au sol
Les rideaux de palplanches acier sont généralement installés suivant une forme rectangulaire ou circulaire, mais ils sont très flexibles, de sorte que toute forme irrégulière est réalisable.
L'utilisation de palplanches acier comme structure de soutènement permanente permet d'optimiser la surface du sol.
Aucun espace n'est perdu pour les structures de soutènement temporaires dans lesquelles les structures permanentes sont exécutées. Par exemple, dans le cas de structures en béton armé coulées sur place et construites à l'intérieur d'une fosse d'excavation à l'aide d'un rideau de soutènement temporaire, beaucoup d'espace précieux est perdu à l'intérieur de l'excavation (voir figure 6).
Exemples de conception
Le guide contient deux exemples de base avec des coupes transversales typiques :
- 2 niveaux dans des couches argileuses et sablonneuses avec une nappe phréatique élevée,
- 3 niveaux PVS dans des couches sablonneuses.
Deux méthodes d'installation ont été envisagées : l'excavation à sec et l'excavation humide (avec une dalle de béton coulée sous l'eau). Voir le guide pour plus de détails sur les phases d'exécution.
Construction
L'installation de palplanches acier dans les sols néerlandais est généralement assez simple et très rapide.
Le principal défi d'une procédure d'excavation est l'assèchement et le système de buton temporaire.
Installation des palplanches
Elles peuvent être installées par fonçage, vibrofonçage ou pressage, éventuellement en combinaison avec un jet d'eau et/ou un préforage. Le choix de la méthodologie la plus appropriée dépend des paramètres du sol, du type et des caractéristiques des palplanches, de la profondeur requise du rideau, des exigences en matière de vibrations, de bruit et de déformations, de l'espace de construction disponible pour l'installation des palplanches, y compris la hauteur libre, ....
Les itinéraires de mobilisation vers l'emplacement du parking doivent être pris en compte lors de la définition de l'équipement sélectionné, en particulier pour les emplacements confinés dans les centres-villes anciens.
Pour l'installation de palplanches acier dans un environnement urbain, la technique la plus courante est l'utilisation de vibrofonceurs à haute fréquence, de préférence avec des moments variables pour réduire le risque de résonance du sol, et de presses à palplanches.
Vibrations
Le fonçage vibratoire, tout comme le fonçage par impact, entraîne inévitablement des vibrations dans le sol. Dans les bâtiments adjacents, certains types de vibrations peuvent être perçus comme inconfortables par les occupants. Les vibrations peuvent entraîner des déformations du sol, des dommages aux chaussées, des dommages architecturaux ou structurels (permanents) aux bâtiments et aux services publics enterrés. Dans les cas où les niveaux de vibration sont jugés inacceptables, le passage à un équipement de pressage est l'option d'installation préférée, même si le pressage est plus coûteux et moins rapide.
Le SBR-Trillingsrichtlijn A : Schade aan bouwwerken 2017 (en néerlandais) traite des mesures de vibration sur les structures et de la manière de traiter et d'évaluer les résultats.
Les obstacles dans le sol, qui sont courants dans les zones urbaines denses, peuvent provoquer une augmentation instantanée des vibrations dans la zone environnante.
Bruit
Le bruit peut également être perçu comme une gêne par les voisins. L'utilisation de systèmes spéciaux de silencieux appliqués au matériel de battage peut réduire la propagation du bruit dans l'air. Bien que les marteaux vibrofonceurs puissent produire des niveaux de bruit plus élevés à intervalles réguliers, ils peuvent être préférés, car l'installation du rideau peut être plus rapide, et donc la nuisance se produit pendant une période plus courte.
Toutefois, à proximité des hôpitaux et des bâtiments dont les résidents sont plus sensibles, tels que les centres de soins de santé pour personnes âgées, le pressage devrait être préféré.
Supports temporaires
Si la géométrie de l'aménagement le permet, l'option préférée est d'utiliser des butons temporaires qui peuvent être enlevés ultérieurement pendant l'érection de la structure du parking, de sorte que les terrasses reprennent les charges des supports temporaires. Les ancrages sont l'alternative aux butons ; ils peuvent avoir une fonction temporaire ou permanente.
Les ancrages peuvent également être préférés lorsque la géométrie (empreinte au sol) de l'installation ne permet pas l'utilisation de butons.
Notez que l'utilisation d'ancrages (permanentes) peut être restreinte en raison des droits de propriété. Il est conseillé de ne pas laisser les ancrages dans le sol s’ils dépassent la limite de la propriété.
En savoir plus sur l'installation des palplanches acier
Déroulement des travaux
Une installation souterraine peut être réalisée selon deux méthodes, la méthode conventionnelle de bas en haut et la méthode alternative de haut en bas (méthode de mur-toiture).
Dans la méthode conventionnelle de bas en haut, les palplanches sont d'abord installées, puis le sol est excavé et les butons / ancrages sont installés en même temps que les travaux d'excavation. La dalle de fond en béton peut être coulée sous l'eau (sans armature) ou à sec (béton armé). À partir de là, la structure du parking est construite du fond de l'excavation jusqu'au sommet.
La méthode alternative top-down commence également par l'installation des palplanches, suivie d'une excavation initiale pour couler la dalle de toit en béton, qui sert ensuite de buton pendant les phases d'excavation ultérieures. Cette méthode évite l'utilisation de couches intermédiaires de buton temporaire, mais nécessite l'exécution de fondations profondes pour les colonnes à l'intérieur du périmètre du rideau.
Un ou plusieurs accès, ou ouvertures dans la dalle du toit, permettent l'excavation et la logistique. En outre, l'exécution de la superstructure peut se faire parallèlement à l'excavation du sous-sol, de sorte que, dans l'ensemble, le bâtiment peut être achevé plus tôt qu'avec la méthode conventionnelle du bas vers le haut.
Le principal avantage de la méthode du bas vers le haut est la facilité de travail. L'accès complet avec des grues permet une construction simple, en particulier lorsque l'intérieur de l'installation est constitué d'éléments lourds et de grande taille (colonnes, poutres et plaques de plancher).
Le principal avantage de la méthode descendante est la rapidité d'exécution et le fait qu'à partir du moment où la dalle du toit a une résistance suffisante, toutes les activités ultérieures se dérouleront sous ce toit. Ainsi, dans le cas d'un PVS situé sous une place ou une route, l'espace situé au-dessus du niveau du sol peut être ouvert à la circulation/au stationnement bien plus tôt.
Étanchéité à l'eau
Des systèmes d'étanchéité pour les serrures peuvent être utilisés pour réduire l'infiltration d'eau à travers les serrures pendant la période de construction et simplifier le soudage des serrures libres après l'installation.
Dans le cas où le soudage est choisi, les pieux doubles Z peuvent être fournis avec une serrure commune soudée en usine.
Temps de construction
Les palplanches acier peuvent être installées très rapidement à l'aide de marteaux vibrofonceurs (en fonction du sol). Si les palplanches doivent être installées à l'aide d'une presse hydraulique, le temps d'installation sera plus long, mais tout de même plus rapide que la plupart des structures de soutènement alternatives.
Contrôle de la déformation
La déformation des rideaux de palplanches doit être contrôlée par des systèmes automatiques ou manuels. En outre, les inspections de surface autour de la circonférence de l'installation peuvent indiquer des zones préoccupantes où des déformations trop importantes peuvent se produire.
Coût
Les investisseurs et les opérateurs doivent tenir compte de la durabilité du projet, qui définit les aspects financiers, environnementaux et sociaux.
D'un point de vue financier, le facteur clé est le coût total de la structure. Il englobe tous les coûts encourus pendant la durée de vie de la structure :
- terrain ;
- charges financières (prêts) ;
- conception ;
- exécution ;
- exploitation et maintenance ;
- démantèlement ;
- élimination.
Ainsi que les bénéfices que l'on peut attendre en fin de vie de :
- réutilisation ;
- recyclage des matériaux.
L'investisseur doit choisir la solution la plus durable, de préférence celle qui a le moins d'impact sur l'environnement (voir le chapitre 5). Le fait est que la solution la moins chère n'est pas nécessairement la plus durable.
Note : d'autres critères pour comparer les alternatives sont la qualité et l'étanchéité des produits / solutions.
Coût (à des fins de budgétisation)
Le coût d'un rideau permanent de palplanches acier d'une longueur de 15 m qui est enfoncé à la profondeur requise varie entre 90 et 140 €/m2 (installation avec un marteau vibrant).
En cas d'utilisation d'un vérin / d'une presse, le coût supplémentaire estimé est de 35 à 70 €/m2.
Pour des rideaux de palplanches plus longs, le coût supplémentaire estimé est de 12 à 25 €/m2.
Ces indications de coûts excluent les ancrages et/ou les butons, les revêtements, les systèmes d'étanchéité, etc.
Il ne s'agit que d'une fourchette, qui peut varier considérablement en fonction des conditions du sol et des eaux souterraines.
Ces coûts ne tiennent pas compte des coûts d'entretien et de démontage, ni des avantages liés à la réutilisation ou au recyclage après la durée de vie utile.
Développement durable
L'un des avantages des palplanches acier est qu'elles peuvent être réutilisées (plusieurs fois) et recyclées. Les palplanches acier peuvent en principe être réutilisées après leur longue durée de vie dans les parkings souterrains. Si elles ne sont pas réutilisées, elles seront recyclées. Elles ont un taux de récupération élevé, de sorte qu'il est techniquement possible de recycler jusqu'à 100 %.
La durabilité des matériaux, des produits et des travaux de génie civil peut être évaluée à l'aide de l'indicateur néerlandais Milieu Kosten Indicator MKI (Indicateur de coût environnemental ICM). L'ICM couvre 11 catégories d'effets environnementaux, dont le changement climatique (CO2-eq), la détérioration de la couche d'ozone (CFK-11 -eq), la toxicité pour l'homme (1,4-DCB -eq) et l'épuisement des ressources naturelles (Sb -eq). Les émissions associées à chaque catégorie d'effet environnemental sont converties d'émissions équivalentes (notes moyennes) en coût environnemental (notes finales) à l'aide de facteurs de pondération. Ces facteurs de pondération représentent le niveau de coût le plus élevé autorisé par unité d'émission et varient, par exemple, de 30 €/kg CFK-11 eq à 0,05 €/kg CO2 eq.
Bien que les émissions de gaz à effet de serre (en CO2 eq) soient souvent utilisées comme indicateur de la performance environnementale des matériaux, des produits et des travaux de génie civil, il ne s'agit pas nécessairement d'une bonne approximation. Par exemple, un revêtement peut avoir une faible incidence sur le changement climatique mais une forte écotoxicité aquatique (1,4-DCB eq), ce qui contribue de manière significative au score de l'ICM.
L'ICM est de plus en plus intégré dans les marchés publics en tant que critère d'attribution. Par exemple, le fournisseur néerlandais d'infrastructures ferroviaires ProRail et le gouvernement néerlandais fixent des exigences minimales en matière de durabilité ou accordent un rabais (crédit) aux propositions dont l'ICM est faible.
Le coût environnemental est important du point de vue de la responsabilité sociale des entreprises et est de plus en plus largement accepté comme critère de sélection pour l'attribution des marchés.
L’Aanbestedingswet (loi sur les marchés publics) s'applique à toutes les entités publiques aux Pays-Bas.
La version 2012 de la loi sur les marchés publics a inclus la possibilité d'attribuer le marché sur la base du « coût le plus bas calculé sur la base du rapport coût-efficacité, tel que les coûts du cycle de vie ». Deux autres critères d'attribution sont restés inchangés : le meilleur rapport qualité-prix et le prix le plus bas.
La loi sur les marchés publics de 2012 définit donc les coûts du cycle de vie (CCV) comme suit :
- les coûts supportés par le pouvoir adjudicateur ou d'autres utilisateurs, tels que les coûts d'acquisition, de fonctionnement, d'entretien et d'élimination,
- les coûts attribués aux impacts environnementaux externes liés au produit, au service ou aux travaux pendant la période du cycle de vie, pour autant que leur valeur monétaire puisse être déterminée et contrôlée.
Les projets faisant l'objet d'un appel d'offres en vertu de la loi sur les marchés publics peuvent inclure l'évaluation des coûts environnementaux. La question de savoir si cela est effectivement nécessaire dépend de l'organisation qui définit les critères de sélection.
Voici un inventaire non exhaustif des critères d'attribution possibles :
- processus (de construction),
- performance/qualité,
- service,
- fonctionnalité,
- technique,
- esthétique/valeur d'expérience,
- social,
- utilisation,
- durabilité,
- rentabilité,
- durée de vie,
- investissements secondaires,
- coût.
Cependant, l'interprétation de ces critères peut être assez abstraite et subjective.
Risques
Les risques sont inhérents au secteur de la construction et doivent être évalués à chaque étape du projet. Pour la conception et la construction de structures souterraines, les principaux risques sont liés au sol et à l'eau. Le programme national Geo-Impuls fournit une bibliothèque précieuse sur la gestion des risques géotechniques.
Les principaux facteurs de risque aux différentes phases sont :
a) Conception
- erreur(s) de conception du rideau de soutènement. Ce risque est assez faible, et toute conception doit être vérifiée par un ingénieur expérimenté. Il est de la plus haute importance de fonder la conception sur des données géotechniques exhaustives et fiables, ou sur une expérience antérieure au même endroit.
b) Construction
- dommages structurels aux palplanches dus à un équipement de fonçage inadapté ou à un mauvais choix du profil de palplanche,
- profil de palplanche n'atteignant pas la profondeur requise,
- obstructions,
- fuite d'eau ou de sol à travers la paroi de palplanche (serrure),
- dommages à l'environnement (vibrations, tassements),
- séquence d'installation inadaptée (butons / ancrages).
c) Exploitation
- incendie,
- fuite d'eau ou de terre à travers le rideau de palplanches
(serrures), - perte d'épaisseur d'acier (durabilité),
- tassements supplémentaires.
Alternatives
Les principales alternatives de construction aux palplanches acier (y compris les parois combinées en acier) sont les pieux sécants, les parois cutter soil mix (CSM) et les parois moulées.
Jusqu'à 4 niveaux sous terre, les palplanches acier sont les plus rentables, et l'exécution d'une paroi moulée est la plus onéreuse.
a) Parois moulées
L'avantage d'une paroi moulée est qu'elle peut être installée sans vibrations, ce qui réduit le risque de dommages à l'environnement, et qu'elle a une capacité portante verticale et horizontale élevée. Elle est donc particulièrement intéressante pour les parkings à plusieurs niveaux situés sous des immeubles de grande hauteur où les parois moulées font partie de la fondation.
La paroi moulée continue est une structure formée et coulée dans une tranchée de boue. L'excavation de la tranchée est d'abord soutenue par de la bentonite ou des boues à base de polymères qui empêchent les incursions de terre dans la tranchée excavée. Le terme de paroi moulée fait référence à l'état final lorsque la boue est remplacée par du béton trempé qui agit comme un système structurel soit pour le soutien temporaire de l'excavation, soit comme une partie de la structure permanente. Elle présente une grande rigidité à la flexion, ce qui entraîne une déformation limitée du sol derrière elle. Les parois moulées peuvent être installées à de grandes profondeurs (jusqu'à 120 m), même lorsqu'il faut traverser des couches de sol très compactes ou de la roche. Cependant, il est difficile d'obtenir une étanchéité totale de la paroi, et une paroi moulée ne peut pas être réutilisée. La construction de parois moulées nécessite l'utilisation d'équipements de construction lourds avec une hauteur libre raisonnable, une surface de chantier et des coûts de mobilisation considérables. Le coût unitaire pour des parois moulées de 15 m de profondeur varie entre 300 et 550 €/m2, pour des parois moulées plus profondes, les taux unitaires augmenteront (jusqu'à 30 m de profondeur) de 10 % à 15 %. Ces fourchettes ne couvrent que les activités liées à la construction des parois moulées (coût direct). Il est à noter que le taux unitaire pour l'élimination des déblais varie entre 9 et 20 €/m3.
b) Parois de pieux sécants
Les parois de pieux sécants sont formées par des pieux en béton armé qui se croisent. Les pieux sécants sont renforcés par des barres d'acier ou des poutres en acier, et sont construits par forage sous boue ou à la tarière. Les pieux primaires sont installés en premier et les pieux secondaires sont construits entre les éléments principaux une fois que ces derniers ont acquis une résistance suffisante. Le chevauchement des pieux est généralement de l'ordre de 8 cm. Dans un rideau de pieux tangents, il n'y a pas de chevauchement des pieux car ceux-ci sont construits à l'aplomb les uns des autres.
Une paroi de pieux sécants peut également supporter des charges verticales. Elle peut être exécutée avec de faibles niveaux de vibration et de bruit. L'installation à de grandes profondeurs est possible, même en présence de couches de sol très solides. Les déformations horizontales sont faibles. Cependant, les tolérances de verticalité sont généralement difficiles à atteindre pour les pieux profonds. L'étanchéité totale est difficile à réaliser, surtout au niveau des joints. L'ancrage à un niveau inférieur au sommet peut poser des problèmes, sauf dans le cas de butons et de poutres.
Le coût unitaire pour des parois de pieux sécants de 15 m de profondeur varie entre 70 et 140 €/m2 pour le pieu à tarière, jusqu'à 140 à 210 €/m2 lorsque le pieu est pourvu d'une enveloppe en acier. Pour les parois de pieux sécants plus profonds, les taux unitaires augmenteront (jusqu'à 30 m de profondeur) d'environ 25 %.
c) Parois cutter soil mix
Les rideaux Cutter soil mix sont construits en mélangeant et en remplaçant partiellement les sols in situ par un matériau cimentaire plus résistant. Diverses méthodes de mélange des sols, telles que les méthodes mécaniques, hydrauliques, avec et sans air, et des combinaisons de ces deux types, sont largement utilisées au Japon depuis environ 20 ans. Le mélange de sol a été utilisé pour de nombreux projets d'excavation en profondeur temporaires et permanents.
Le mélange mécanique de sol est réalisé à l'aide d'un ou de plusieurs puits de tarières et de pales de mélange. Les rideaux de terre non renforcés sont généralement utilisés comme barrières hydrauliques. Dans certains cas, ils sont également utilisés comme rideaux de soutènement, en particulier s'ils sont construits en blocs massifs ou en d'autres types d'éléments. Dans ce cas, la résistance à la traction du mélange de sol est généralement celle qui contrôle la capacité de la paroi du mélange de sol structurel. Si un rideau en terre mélangée est renforcé par une poutre en acier, il est courant de calculer la capacité du rideau en utilisant uniquement la résistance de la poutre en acier et de considérer la terre mélangée comme un retard.
Pour les parois cutter soil mix, le coût unitaire pour des rideaux de 15 m de profondeur varie généralement entre 170 et 250 €/m2.
d) Comparaison des coûts
Le coût de chaque solution peut varier considérablement d'un projet à l'autre et dépend principalement de la nature du sol et d'autres paramètres locaux. Le tableau ci-dessous ne peut être utilisé qu'à titre d'information générale et est basé sur l'expérience passée du bureau d'ingénieurs-conseils. Cependant, il montre des tendances générales. Par exemple, il est évident que, dans le cadre des hypothèses formulées dans le rapport, l'exécution de parois moulées est beaucoup plus coûteuse qu'un rideau de soutènement en palplanches d'acier.
Conclusion
Les rideaux de palplanches acier constituent l'alternative la plus durable pour les parkings de voitures souterrains (PVS) de 1 à 4 niveaux aux Pays-Bas : les conditions typiques du sol néerlandais, les eaux souterraines élevées et la longue expérience des entreprises de fonçage néerlandaises. La solution la plus efficace consiste à utiliser les rideaux de palplanches pour la phase temporaire et pour la phase permanente. En outre, les palplanches peuvent transférer des charges verticales au sol, agissant ainsi comme un rideau de soutènement et comme une fondation, ce qui réduit le nombre de colonnes à l'intérieur des rideaux périphériques. Les méthodes d'exécution qui peuvent être envisagées sont la méthode ascendante classique et la méthode descendante unique.
D'une manière générale, par rapport aux solutions alternatives, les palplanches acier sont jusqu'à 50 % moins chères, et l'exécution du rideau de soutènement est jusqu'à 2 fois plus rapide.
Dans les centres-villes, un avantage supplémentaire des palplanches acier par rapport aux autres solutions est la réduction du nombre de camions qui livrent les matériaux sur le chantier, ainsi que le peu d'espace nécessaire au stockage et à l'installation : moins d'embouteillages, moins de perturbations pour les voisins.
Projets aux Pays-Bas
a) PVS De Prins, Breda
Le parking De Prins fait partie d'un ensemble plus vaste comprenant des bureaux et des appartements. L'installation est entièrement souterraine et se compose de deux niveaux de parking, chacun d'une superficie de 6400 m2. La perception de la sécurité du PVS a été améliorée par la réalisation d'un accès à la lumière du jour le long des limites de l'installation.
b) Garage Markt près du Koepoort, Delft
Le parking est proche du centre historique de la ville de Delft, a 2 niveaux et une capacité de 367 voitures. Le manque d'espace à l'entrée a posé quelques problèmes aux concepteurs. Le résultat est une solution où les véhicules entrants et sortants utilisent une rampe courbée en continu. Au-dessus de l'installation se trouvent 15 petites maisons avec jardins, une route publique (classe 45) et quelques pistes cyclables.
c) Immeubles d'appartements, Leyweg
La Haye Dans le cadre du développement de plusieurs immeubles d'appartements, un PVS a été construit au Leyweg à La Haye.
Le parking a été construit selon le principe du polder : les palplanches pour l'excavation restent dans le sol et pénètrent dans une couche d'argile à un niveau plus profond. Le niveau des eaux souterraines est régulé par un pompage continu, de sorte que le niveau inférieur du sous-sol n'a pas besoin d'une dalle étanche, ce qui est rentable.
d) Parking souterrain, Markthal, Rotterdam
Le parking sous le Markthal à Rotterdam compte 1100 places et a été construit comme une structure permanente. La fosse de construction comporte des palplanches acier et des tubes acier pour la rétention de l'eau et du sol. Des poutres en béton font office de butons et le plancher inférieur est constitué de béton sous-marin de 1,35 m d'épaisseur pour résister à la pression verticale des eaux souterraines. Ces mesures ont permis de réduire les phases de construction et de minimiser les risques de déformation.
e) Parking Scheepmakershaven, Rotterdam
Il s'agit de l'un des PVS les plus profonds des Pays-Bas : Il s'agit d'un parking à 4 niveaux d'une longueur de 300 m et d'une profondeur de 14 m, qui accueille 623 places de stationnement. Le système de soutènement consiste en des rideaux mixtes en acier qui comprennent des tubes d'acier de 1220 mm de diamètre avec des palplanches AZ intermédiaires. Les joints entre les pieux tubulaires et les palplanches ont été soudés jusqu'à une profondeur de 15 m.
f) Projet Raaks, Haarlem (2006)
La première phase du projet Raaks comprenait un parking P2 de 200 places sur deux niveaux et a été lancée en septembre 2006. La construction du grand parking public à trois niveaux P1, d'une capacité de 1000 véhicules, juste à côté du plus petit parking, a commencé en janvier 2007 et a été mise en service en mai 2010.
Références
- Palplanches acier pour les parkings de voitures souterrains (PVS). Royal Haskoning DHV NL. Unpublished report prepared for ArcelorMittal. 2018
- CUR 166. Damwandconstructies, 6e druk. CUR. 2012
- NEN 9997-1:2012. Geotechnisch ontwerp van constructies - Deel 1: Algemene regels. NEN. 2012
- EN 1993-5: 2007. Eurocode 3. Design of steel structures. Part 5: Piling. CEN. 2007
- EN 12063: 1999. Execution of special geotechnical work. Sheet-pile walls. CEN. 1999
- EN 10248-1: 1995. Hot Rolled Sheet Piling of Non Alloy Steels. Part 1: Technical delivery conditions. CEN. 1995
- Allgemeine Bauartgenehmigung Nr. Z-15.6-235. Stahlbetonholm mit Schneidenlagerung zur Einleitung von Vertikal- und Horizontalkräften in Stahlspundwandbohlen der Firma ArcelorMittal nach DIN EN 1992-1-1 mit DIN EN 1992-1-1/NA. DIBt. 2011 - 2017
- ROBK - Richtlijnen voor het ontwerpen van betonnen kunstwerken (versie 6). Rijkswaterstaat Bouwdienst - NL. 2002
- EN ISO 12944: Paints and varnishes - Corrosion protection of steel structures by protective paint systems - Parts 1 – 9. 2017
- Richtlijnen Ontwerp Kunstwerken (ROK, revision 1.4). Rijkswaterstaat - NL. 2017
- NEN-EN 1993-1-2: 2011. Eurocode 3: Ontwerp en berekening van staalconstructies - Deel 1-2: Algemene regels - Ontwerp en berekening van constructies bij brand. NEN. 2011
- Underground car parks. Fire resistance. ArcelorMittal. 2012
- Impervious steel sheet pile walls. Design & practical approach. ArcelorMittal. 2017
- SBR-Trillingsrichtlijn A. Schade aan bouwwerken 2017 (Damage to buildings 2017). SBRCURnet. 2018
- EN 15804: 2012: Sustainability of construction works. Environmental product declarations. Core rules for the product category of construction products. CEN. 2012
- ISO 14025: 2006. Environmental labels and declarations-Type III environmental declarations - Principles and procedures. ISO. 2006
