Atténuation des risques liés aux eaux souterraines grâce à la construction de puits segmentaires étanches

Dans de nombreuses situations, les puits à revêtement segmentaire en béton préfabriqués offrent d’importants avantages par rapport à d’autres méthodes, puisqu’ils permettent de mieux gérer et de mieux atténuer les risques lors du fonçage dans des conditions de sol difficiles, et ce, de façon très contrôlée. La construction d’un revêtement de puits à passage unique, qui exige des ouvrages temporaires et permanents, peut permettre d’économiser temps et argent en plus d’atténuer les risques. Depuis un chantier très confiné à la surface et dans les bonnes conditions de sol, cette méthode peut être utilisée pour construire des puits d’un diamètre allant jusqu’à 80 pi et d’une profondeur allant jusqu’à 230 pi.

Lors de la construction d’un puits, si l’un des objectifs est qu’il soit étanche à l’eau, l’incapacité d’atténuer et de gérer les infiltrations d’eau souterraine pendant la construction peut avoir plusieurs conséquences imprévues, notamment :

• des impacts sur la durabilité du puits lui-même : la carbonatation et la corrosion peuvent entraîner la fissuration et l’effritement des systèmes de revêtement, et même leur défaillance dans des situations extrêmes, si rien n’est fait;
• le transport de contaminants dans la structure par les eaux souterraines, ce qui pourrait avoir une incidence sur le fonctionnement et l’entretien du puits;
• l’infiltration d’eau souterraine dans le puits, qui pourrait devoir être traitée et éliminée;
• des infiltrations qui peuvent avoir un impact sur la nappe phréatique environnante, entraînant un affaissement des infrastructures et des bâtiments existants ainsi que des impacts sur les puits d’approvisionnement en eau des environs.

Toute eau qui s’infiltre dans une structure comme un puits doit habituellement être gérée activement afin que l’intégrité requise pour l’exploitation puisse être maintenue. En cas d’infiltration d’eau importante, il est souvent nécessaire d’introduire des systèmes de gestion de l’eau de grande envergure pour contrôler l’environnement du puits et retirer l’eau souterraine. Ces systèmes peuvent être coûteux, prendre pour leur mise en place du temps qui était alloué au projet, être difficiles à exploiter et à entretenir et occuper un espace précieux en surface et sous terre.

Certains puits peuvent être recouverts d’une membrane externe imperméable, mais cela peut parfois s’avérer difficile, peu pratique et coûteux. Dans de nombreux cas, il est nécessaire d’assurer une résilience en matière de contrôle des infiltrations par d’autres moyens.

Les méthodes ordinaires de construction des puits souterrains, comme les revêtements coulés sur place, peuvent nécessiter de vastes excavations et de lourds ouvrages de soutien temporaires. Les revêtements de puits sont habituellement placés en sections, ce qui crée des joints de reprise qui finissent par entraîner une infiltration d’eau à travers la structure s’il existe une différence de pression entre l’extérieur et l’intérieur du puits.

Certaines techniques de fonçage de puits exigent que la nappe phréatique soit abaissée pour permettre la construction dans des conditions « sèches » sans infiltration importante d’eau souterraine. L’utilisation de puits de pompage pour abaisser la nappe phréatique peut avoir des répercussions importantes sur l’infrastructure adjacente et peut être la cause d’affaissement et de dommages matériels susceptibles de nuire à la réputation et d’entraîner des réparations coûteuses.

Six avantages clés de la méthode du puits à revêtement segmentaire

Il existe cependant une autre option : une façon de combiner l’étanchéité avec un soutènement temporaire et permanent pour la construction d’un puits. La construction d’un puits à revêtement segmentaire préfabriqué peut souvent se faire à travers une couche aquifère sans nécessiter de travaux d’assèchement, ce qui limite le risque d’affaissement, de déplacement et de dommages causé par les travaux. Elle suppose le recours à un système de revêtement préfabriqué avec joints d’étanchéité, qui permet de construire le revêtement du puits au fur et à mesure qu’il est foncé.

Lorsque la géologie du site le permet, l’utilisation de vérins hydrauliques pour foncer les revêtements préfabriqués dans le sol est un moyen rapide, fiable et efficace de construire les structures des puits. Cela signifie que les puits peuvent être construits à travers des couches aquifères, scellés, puis drainés, sans effectuer de travaux d’assèchement importants et en limitant ainsi les risques d’affaissement des structures environnantes.

Les anneaux sont préfabriqués hors site, donc de haute qualité, et ils sont équipés de joints d’étanchéité ajustés en usine qui assurent une imperméabilité immédiate lorsqu’ils sont boulonnés ensemble pendant la construction. Les joints comprimés limitent la quantité d’eau qui pénètre dans une mesure suffisante pour être utilisés dans l’industrie du transport, de l’eau et des services publics.

Les puits à revêtement segmentaire sont couramment utilisés en Europe. Dans le cadre de notre travail au Royaume-Uni, nous avons découvert six principaux avantages à cette méthode :

1. une sécurité accrue pour les travailleurs, puisque la nécessité d’avoir une équipe de travail dans le puits pendant sa construction est grandement réduite;
2. une réduction ou une suppression complète des besoins d’assèchement pendant la construction, puisque les puits peuvent être foncés sans qu’il soit nécessaire d’abaisser la nappe phréatique, ce qui atténue le risque d’affaissement des structures adjacentes;
3. une réduction des risques liés à l’échéancier du projet grâce à la réduction au minimum du béton coulé sur place, à la gestion des infiltrations d’eau et à l’accroissement de la prévisibilité des taux de progression, même dans un sol difficile à travailler;
4. une construction efficace, grâce à la combinaison d’un revêtement temporaire et permanent, ce qui réduit la taille des excavations et raccourcit l’échéancier du projet;
5. une grande qualité et une grande uniformité du produit final grâce à la production des segments hors site. Il n’est pas nécessaire d’effectuer des essais de matériaux sur place ou en laboratoire pendant la construction;
6. pas besoin de revêtement primaire ou secondaire coulé en place, ce qui réduit les flux de déchets sur le site, y compris les déchets de béton, les ouvrages provisoires, les coffrages et l’étaiement.

De plus, les puits à revêtement segmentaires préfabriqués peuvent être utilisés conjointement avec d’autres techniques au besoin, y compris les reprises en sous-œuvre, les boulons d’ancrage, le béton projeté sur treillis, les membranes pulvérisées ou les systèmes de revêtement secondaire continu (formés par coffrage glissant).

Les considérations propres au site dictent les règles du jeu

En Europe, les installations de préfabrication sont chose courante et sont situées à proximité des chantiers. En Amérique du Nord, pour l’instant, ces pratiques ne sont pas aussi bien établies dans la plupart des marchés et, par conséquent, il peut être nécessaire de transporter des segments sur de longues distances ou même de les importer. Toutefois, comme aucun essai de matériaux n’est habituellement requis sur le site, le risque de devoir remplacer des sections défectueuses est faible, ce qui contrebalance toute augmentation des coûts de transport. L’établissement d’un site de préfabrication avec des moules et des technologies de préfabrication franchisés pourrait être envisagé pour les projets qui bénéficient d’une économie d’échelle.

Dans des structures ou des environnements très fragiles, on peut aussi envisager l’application d’imperméabilisants secondaires pour compléter la construction de puits à revêtement segmentaire préfabriqués avec joints afin de réduire l’infiltration d’eau au point que les puits deviennent essentiellement imperméables.

Dans les cas où un puits est relié à d’autres infrastructures dans le sol, un soutien et des détails supplémentaires sont requis. Dans certaines situations, changer de méthode de construction à une zone de contact peut être approprié, selon les conditions du sol. Ces zones de contact peuvent comprendre :

• des points de faiblesse nécessaires pour permettre l’excavation d’un tunnel aboutissant dans le puits ou passant à travers le puits;
• des cadres de lancement et des murs de tête pour le creusement au tunnelier, le fonçage horizontal ou le microtunnellage;
• l’aménagement d’un tunnel de départ ou de queue requis pour le début des travaux au tunnelier;
• les tunnels d’alimentation entrants (p. ex. dans les grandes stations de relevage des eaux usées).

Lorsque les concepteurs se penchent sur des systèmes de puits et de tunnels, ils devraient les envisager dans leur ensemble, en rationalisant les zones de contact, en choisissant des méthodes de construction complémentaires appropriées, en concevant des ouvrages temporaires et permanents (y compris dans les structures de puits), en entreprenant des évaluations des répercussions des mouvements de sol et en présentant toute demande d’approbation obligatoire.

Assortie d’une bonne étude du site, de la caractérisation appropriée du sol et de la prise de mesures adéquates de contrôle de construction, la méthode de conception et de construction décrite dans le présent article a été utilisée avec succès pour installer en toute sécurité des revêtements de puits à passage unique dans des conditions de sol difficiles au sein de couches aquifères, tout en réduisant au minimum l’impact sur les infrastructures adjacentes à la surface et à proximité de la surface. En raison des avantages découlant de cette technique de construction, elle a été utilisée avec succès dans des environnements urbains denses, des chantiers confinés et même à l’intérieur de sous-sols existants, tandis que l’immeuble au-dessus est demeuré occupé et opérationnel.

Ben Hodgetts, C. Eng., a collaboré à la rédaction du présent article. Il est ingénieur sénior et possède une dizaine d’années d’expérience dans l’analyse, la conception et la constructibilité de structures souterraines dans des conditions temporaires et permanentes.

À propos de l'auteur

Ben Ablett, M. Eng, est ingénieur concepteur principal et possède 19 ans d’expérience en conception de structures, se spécialisant dans les structures souterraines temporaires et permanentes. Il est responsable technique de l’équipe de conception civile de WSP au Royaume-Uni.

* Ce travail a été effectué par les professionnels de Golder qui se sont joints à WSP dans le cadre d’une acquisition réalisée en 2021.