Ancrages précontraints dans les sols et les roches: la sécurité avant le prix
Ces dernières années, des raisons économiques ont motivé la mise en œuvre, dans les sols et les roches, d’ancrages précontraints ne répondant pas aux exigences de la norme SIA 267. Ce non-respect peut s’avérer dangereux.
Pour les ancrages précontraints dans les sols et les roches, la norme SIA 267 fixe les exigences fondamentales suivantes: armatures de traction en acier de précontrainte selon la norme SIA 262, (ou prEN 10138), mesures de protection anticorrosion prédéterminées par le champ d’application et la durée d’utilisation, test d’aptitude des systèmes d’ancrage avec évaluation de la conformité, et vérification de la qualité de la production d’ancrages avec contrôle interne et externe.
Or, différents systèmes d’ancrage mis en œuvre dans la pratique ne répondent pas entièrement à ces exigences. C’est le cas des tirants autoforants «précontraints» souvent employés. Les plus graves divergences par rapport à la norme sont alors les suivantes: armatures de traction en acier haute résistance non contrôlé, ou en acier d’armature, au lieu d’acier de précontrainte conforme; protection anticorrosion insuffisante; test d’aptitude manquant et vérification imparfaite de la qualité.
Fissuration par corrosion sous tension lors de l’emploi d’aciers haute résistance
Comme pour la construction en béton précontraint, la mise en œuvre d’armatures de traction en acier de précontrainte haute résistance est nécessaire pour assurer une précontrainte durablement efficace. Les aciers haute résistance sont toutefois sensibles à la fissuration par corrosion sous tension qui, en l’espace de peu de temps, peut se traduire par de soudaines ruptures fragiles. La temporalité du processus de dégradation est imprévisible: des ruptures peuvent aussi bien se produire peu après la mise en tension des ancrages qu’au bout de plusieurs années.
Lors d’une rupture fragile, des éléments d’ancrage projetés à l’extérieur peuvent blesser, voire tuer des individus. De même, les déformations consécutives à des ruptures de tirants peuvent endommager des ouvrages avoisinants. Dans le pire des cas, la défaillance en chaîne de plusieurs ancrages peut provoquer la ruine de pans d’ouvrage entiers.
C’est pourquoi les aciers de précontrainte conformes à la norme font l’objet d’essais de sensibilité à la fissuration par corrosion sous tension. Grâce à cela, ainsi qu’à la protection anticorrosion des tirants, à un test d’aptitude des systèmes d’ancrage, à la vérification de la qualité de l’acier de précontrainte et de la production des tirants, sans oublier une mise en œuvre dans les règles de l’art, le risque de corrosion fissurante peut être maîtrisé. Cependant, si l’on emploie des tirants ne correspondant pas aux exigences de la norme, on s’expose à un sérieux risque. En effet, au cours des dernières années, de nombreux cas de rupture de tels éléments ont été répertoriés. Le fait que les tirants projetés jusqu’à 10 m en dehors de leur logement n’aient touché personne reste le fruit du hasard.
Pertes de tension et protection anticorrosion lors de l’emploi d’aciers d’armature
En principe, la force de précontrainte des ancrages dans les sols et les roches diminue encore quelque peu après leur mise en place. Ceci est notamment dû au fait que les appuis d’ancrage, respectivement les enceintes de fouilles, se déplacent légèrement contre le terrain. Toutefois, avec l’obligation d’employer des aciers de précontrainte et la recommandation d’une longueur de tirant libre d’au moins 7 m, la norme garantit que les pertes de tension restent limitées et que l’effet de la précontrainte demeure assuré pour la durée d’utilisation de l’ouvrage.
Au lieu d’intégrer des aciers de précontrainte haute résistance, divers systèmes «précontraints» de tirants autoforants et d’ancrages à barres utilisent des aciers d’armature présentant des limites d’élasticité de fsk < 700 N/mm2. Bien que cela écarte largement le risque de fissuration par corrosion, un déplacement des appuis ne serait-ce que de quelques millimètres engendrerait d’importantes pertes de tension, notamment en présence de tirants de faible longueur libre. Ainsi, eu égard à la performance de précontrainte, respectivement aux déformations environnantes, des tirants précontraints faits d’armatures de traction en barres ne sont pas équivalents à des ancrages constitués de tirants en aciers d’armature précontraints.
Longueurs libres de tirants efficaces
Pour les tirants précontraints, la norme SIA 267 recommande une longueur libre de lfr 7.0 m. Comme expliqué ci-dessus, il s’agit de limiter ainsi les pertes de tension. De plus, la norme exige que la longueur libre effectivement opérante des tirants lf, attestée lors des essais, atteigne au moins 90 % de la longueur libre théorique, soit de la longueur dite «de calcul». On s’assure ainsi que, lors des essais de tirants, la résistance du terrain n’est sollicitée que dans la zone d’ancrage.
L’expérience montre qu’avec des systèmes «précontraints» de tirants autoforants et d’ancrages à barres non conformes, les longueurs libres de tirants efficaces sont souvent nettement inférieures à la valeur cible. Dans ce cas, il est fréquent que les essais de tirants ne parviennent pas à une évaluation fiable de la capacité porteuse externe.
Recommandations
En principe, le maître de l’ouvrage est, avec ses mandataires, responsable de la définition des exigences et de l’approbation du système d’ancrage proposé par l’entrepreneur. Rappelons que les normes de la SIA reflètent l’état actuel de la technique et que ses membres sont tenus de les respecter. Des dérogations techniquement fondées doivent dès lors être justifiées et la maîtrise d’ouvrage doit en être dûment informée.
Pour les raisons invoquées, il convient de préférer un système d’ancrage conforme à la normalisation lors de la mise en œuvre de tirants précontraints. À cette fin, l’entrepreneur doit présenter un certificat d’aptitude et de conformité délivré par un organe indépendant. Afin d’aider les maîtres d’ouvrages et les concepteurs, la SIA tient un registre des systèmes d’ancrage disposant d’un certificat validé par son groupe d’experts pour de tels systèmes (sia.ch/fr/services/sia-norm/registres).
La mise en œuvre de tirants d’ancrage précontraints non conformes employant des aciers haute résistance est dangereuse et à éviter absolument en raison de potentielles ruptures fragiles. Le recours à des systèmes d’ancrage «précontraints» non conformes, qui impliquent des aciers d’armature avec des limites d’élasticité de fsk < 700 N/mm2 est également contre-indiqué, car la précontrainte voulue se perd souvent rapidement. De plus, avec de tels systèmes d’ancrage, la formation d’une longueur de tirant libre efficace ainsi qu’une protection anticorrosion suffisante sur ladite longueur, ne sont par endroits pas réalisées.
Outre le choix d’un système performant, une étude, une réalisation et des vérifications soigneuses sont également décisives pour obtenir des ancrages efficaces, sûrs et durables. Là encore, la responsabilité des concepteurs, des entreprises et de la direction des travaux est engagée.
