PPT REVETEMENTS-DRAINANTS 02 - Lecture seule

LES REVÊTEMENTS DRAINANTS EN BÉTON COULÉ EN PLACE

Joseph Abdo

DE QUOI S’AGIT-IL ?

Il s’agit d’un revêtement, autorisant le passage de l’eau soit directement par le biais de la porosité du matériau (béton drainant), soit par le biais d’ouvertures de drainage dans le revêtement (systèmes constructifs à ouvertures de drainage en béton coulé en place).


Béton drainant Systèmes constructifs à ouverture de drainage


POURQUOI LES REVÊTEMENTS DRAINANTS ?

Ils permettent de :

• Contribuer au rétablissement du cycle naturel de l’eau, modifié par le processus d’urbanisation et aggravé par l’étalement urbain.

• Gérer durablement les eaux pluviales.

• Contribuer à la protection des biens et des personnes.



LE REVÊTEMENT DRAINANT EN BÉTON ET LE CYCLE NATUREL DE L’EAU ?


LE CYCLE NATUREL DE L’EAU ?

LE CYCLE NATUREL DE L’EAU

En fonction de la nature de la surface sur laquelle les précipitations tombent, l’eau s’évacue de trois façons différentes :

• Une première partie reste stockée dans les couches de sol superficielles, pendant quelques heures ou quelques jours, puis retourne à l’atmosphère par évapotranspiration ou par évaporation;

• Une deuxième partie s’infiltre en profondeur et rejoint une nappe phréatique, puis s’écoule lentement jusqu’à rejoindre la surface sous la forme d’une source ou pour réalimenter un cours d’eau superficiel, de quelques semaines à quelques années plus tard ;

• Une troisième partie ruisselle en surface et rejoint les eaux de surfaces (rivières ou lacs) en quelques minutes ou quelques heures.


COMMENT L’URBANISATION LE MODIFIE-T-ELLE ?


Le processus d’urbanisation et l’étalement urbain, associé à l’utilisation de matériaux étanches dans la construction et en particulier dans la voirie, modifient le cycle naturel de l’eau de différentes manières :

• Augmentation du ruissellement et réduction de l’infiltration

L’imperméabilisation des sols urbanisés diminue fortement les possibilités d’infiltration, que ce soit en profondeur vers la nappe ou vers les couches superficielles. En conséquence, la part d’eau qui ruisselle augmente de façon considérable alors que la part d’eau d’infiltration diminue sensiblement.

• Diminution de l’évaporation et de l’évapotranspiration

La réduction des espaces naturels et de la végétation en ville conduit à la diminution de la part d’eau évaporée et évapotranspirée.







La modification de cette répartition a des conséquences négatives sur:

• le régime des rivières (augmentation des débits de crue, diminution des débits en période de sécheresse),

• le climat de la ville (augmentation des températures en été),

• la stabilité des habitations du fait du dessèchement des sols,

• la recharge des nappes,

• la qualité des cours d’eau.




Le revêtement drainant permet à l’eau de s’infiltrer dans le sol et de reprendre son cours naturel. Ainsi, l’eau pourra :

• Augmenter l’humidité des sols urbains, empêcher leurs tassements différentiels et assurer la stabilité structurelle des habitations,

• Mettre plus d’eau à disposition de la végétation et ainsi contribuer à sa bonne croissance, ce qui participe à la lutte contre les îlots de chaleur urbains,

• Contribuer à recharger les nappes phréatiques et donc à reconstituer des réserves mobilisables pendant les périodes de sécheresse,

• Créer des espaces urbains diversifiés et agréables à vivre.


LE REVÊTEMENT DRAINANT EN BÉTON ET LA GESTION DURABLE DES EAUX PLUVIALES


COMMENT LES EAUX DE RUISSELLEMENT SONT-ELLES HABITUELLEMENT GÉRÉES DANS LES VILLES ?

LA GESTION DURABLE DES EAUX PLUVIALES

La solution traditionnelle consiste à :

Canaliser les eaux pluviales dans des caniveaux, puis dans des conduites souterraines de façon à les évacuer le plus rapidement possible de la ville. Cette évacuation est faite au moyen d’un gigantesque système de tuyaux qui, très souvent, recueille également les eaux usées.

Problématique

• Solution extrêmement coûteuse en infrastructures,

• Dysfonctionnements multiples : débordements des réseaux provoquant des inondations dans les centres des villes, rejets d’effluents pollués dans les milieux naturels,

• Vitesses d’écoulement élevées, ce qui accentue les risques de faire déborder les rivières.

La solution traditionnelle aggrave donc les dysfonctionnements produits par l’imperméabilisation des sols. Elle transforme une ressource précieuse, l’eau de pluie, en un déchet et en une menace pour la population.


COMMENT LES EAUX DE RUISSELLEMENT SONT-ELLES HABITUELLEMENT GÉRÉES DANS LES VILLES ?


Effets néfastes apportés par la voirie urbaine

• Les techniques traditionnelles de chaussées et trottoirs privilégient l’imperméabilisation des sols par le recours à des revêtements de chaussées étanches,

• La morphologie classique des chaussées (profil en toit, bordures, caniveaux, avaloirs et leur raccordement direct aux réseaux) est conçue pour favoriser le ruissellement et l’évacuation rapide des eaux de ruissellement.

• Rassemble les dépôts fortement pollués provenant :

o Du trafic automobile : gaz d’échappement, corrosion et usure des automobiles, usure des pneus,

o De la voirie : usure des glissières métalliques, usure de la chaussée.


EXISTE-T-IL DES SOLUTIONS PLUS DURABLES POUR GÉRER LES EAUX PLUVIALES URBAINES ?


Oui, il existe des solutions alternatives à l’évacuation rapide des eaux par des réseaux souterrains.

Ces solutions sont plus durables, en ce sens qu’elles permettent de faire fonctionner correctement la ville, tout en ayant des impacts moins marqués sur le cycle naturel de l’eau. Ces solutions reposent en fait sur deux principes simples :

• Favoriser l’infiltration, chaque fois que ceci est possible ,

• Ralentir les écoulements, en développant le stockage et la rétention de l’eau à toutes les échelles urbaines.

Ces solutions alternatives consistent à faire en sorte que le cycle naturel de l’eau soit le moins modifié possible par la présence des espaces construits.


COMMENT LE REVÊTEMENT DRAINANT PERMET DE GÉRER DURABLEMENT LES EAUX PLUVIALES URBAINES ?


Le revêtement drainant permet à l’eau de s’infiltrer dans le sol et de reprendre son cours naturel. Il contribue ainsi à :

• Réduire la part d’eau qui ruisselle et de diminuer par conséquent les risques d’inondation à l’aval, ainsi que les impacts associés aux apports massifs de polluants pendant les périodes pluvieuses,

• Réaliser des économies car le coût des systèmes d’infiltration est souvent inférieur à celui d’un réseau d’évacuation souterrain.


LE REVÊTEMENT DRAINANT EN BÉTON ET LA PROTECTION DES BIENS ET DES PERSONNES


LES CONSÉQUENCES DE L’IMPERMÉABILISATION

LA PROTECTION DES BIENS ET DES PERSONNES

Dysfonctionnements multiples : débordements des réseaux provoquant des inondations, rejets d’effluents pollués dans les milieux naturels.

Mise en péril des biens et des personnes


COMMENT LE REVÊTEMENT DRAINANT EN BÉTON PERMET DE RÉDUIRE LES RISQUES D’INONDATION ?

Le revêtement drainant permet à l’eau de s’infiltrer dans le sol et de reprendre son cours naturel. Il permet ainsi de :

Diminuer la part qui ruisselle et de réduire par conséquent les risques d’inondation à l’aval, ainsi que les impacts associés aux apports massifs de polluants pendant les périodes pluvieuses.


LA PROTECTION DES BIENS ET DES PERSONNES

LES SOLUTIONS DE REVÊTEMENTS DRAINANTSET/OU DE STRUCTURES POREUSES


LA SOLUTION EN BÉTON DRAINANT

LES SOLUTIONS

Le béton de ciment drainant est un mélange de gravillons et de ciment avec une quantité limitée de sable (0 à 100 kg/m3).

Le principe est de créer de la porosité ouverte au sein du matériau : une pâte cimentaire, bien formulée, enrobe des gravillons de tailles différentes et permet de les agglomérer.

L’objectif est de maximiser le vide grâce à des granulométries discontinues pour permettre l’absorption temporaire de l’eau et son évacuation dans le sol et/ou vers un exutoire… sans nuire à la stabilité du matériau.


LA COMPOSITION DES BÉTONS DRAINANTS

LES SOLUTIONS


• Sable 0/2 : faible quantité, ≤ 10% du poids total de granulats,

• Gravillons : Code en fonction de l’usage, gravillons de préférence concassés, discontinue avec une ou deux coupures et de faible étendue granulaire: 2/4 ; 2/6 ; 4/6, 6/10, 10/14 (pour revêtement) discontinue 0/20 ou 0/25 (pour Assises)

• Ciment : conforme à la norme NF EN 197-1, de type CEM I, CEM II, CEM III ou CEM V; classe de résistance 52,5 ou 42,5

• Eau : E/C généralement, entre 0,25 et 0,45

• Adjuvant type plastifiant réducteur en eau ou super plastifiant haut réducteur en eau permettant de limiter le rapport E/C

• Eventuellement : un adjuvant entraîneur d’air.

LA NORME NF P 18-545 ARTICLE 9 - GRANULATS POUR CHAUSSÉES EN BÉTON


LES SOLUTIONS

USAGES CARACTÉRISTIQUESCLASSES DE TRAFIC

TRAFIC ≤ T3 TRAFIC > T3

BÉTON POREUX

Intrinsèques des gravillons Code D

De fabrication des gravillons Code III bis

De fabrication des sables Code a bis

BÉTON DRAINANT

Intrinsèques des gravillons Code C -

De fabrication des gravillons Code III bis -

De fabrication des sables Code a bis -

CODELOS ANGELES

LAMICRO DEVAL

MDE POLISHING SURFACE

VALUE – PSVC LA 25 MDE 20 -

D LA 30 MDE 25 -

LES CARACTÉRISTIQUES DES BÉTONS DRAINANTS

LES SOLUTIONS


Les bétons drainants doivent être conformes aux normes NF EN 206/CN et NF P 98 170.

• Porosité élevéeUne porosité ouverte 10 % < P < 30%

• Classes de résistances mécaniques Plusieurs classes mécaniques sont proposées : BC2, BC3 et BC4.

• Classes d’expositionÀ choisir en fonction de la sévérité du climat et de la fréquence du salage.

LES CLASSES MÉCANIQUES DES BÉTONS DRAINANTSET LEURS DOMAINES D’EMPLOI


LES SOLUTIONS

CHOIX DU BÉTON DRAINANT EN FONCTION DE L’INTENSITÉ DU GEL ET DU SALAGE


LES SOLUTIONS

LA COMMANDE D’UN BÉTON DRAINANT

LES SOLUTIONS


NF EN 206/CN XFi / XDi CL 1 S2 14 mm

Conformité à la norme européenne

Classe de résistance

Classe d’exposition

Teneur en chlorure

Classe de consistance

D max

Exemple de Béton à Propriétés Spécifiées (BPS)

BCi

LA CONCEPTION


LES CONCEPTS FACE AUX OBJECTIFS VISÉS

LA CONCEPTION


LES CONCEPTS


• Solution autonome en béton drainant avec infiltration

Il peut s’agir d’une surface drainante pour simplement gagner en confort et sécurité et, grâce à l’infiltration directe, contribuer à la réduction des eaux de ruissellement. Un tel système donne sa pleine efficacité pour le traitement des pluies courantes, qualifiées de petites et moyennes, par essence même extrêmement fréquentes.

LA CONCEPTION

LES CONCEPTS


• Solution autonome de chaussée à structure réservoir

Il peut s’agir d’une structure qui permet d’absorber les évènements pluvieux intenses grâce au stockage temporaire de l’eau dans la structure même de la chaussée. Le volume d’eau ainsi stocké est ensuite évacué à faible débit, soit directement dans le sol en place, soit vers un collecteur, soit par une combinaison des deux possibilités.

LA CONCEPTION

LES CONCEPTS


• Solution couplée avec d’autres concepts

Les solutions autonomes atteignent rapidement leurs limites lorsqu’il faut se protéger d’évènements pluviométriques très intenses, ou lorsque les possibilités d’infiltration ou d’exutoire dans les réseaux de proximité sont réduites ou inexistantes. Il est alors pertinent de coupler la solution autonome avec d’autres types de solutions alternatives : Bassin de rétention à sec ou en eau, noue paysagère ou non, chaussée à structure réservoir à revêtement classique ou drainant, toiture-terrasse réservoir, toiture végétalisée.

LA CONCEPTION

LE DIMENSIONNEMENT


3 POSSIBILITÉS


• Le dimensionnement géométrique Le concept fixé, les longueurs/largeurs/profils en long/profils en travers vont permettre de calculer la surface « S » disponible pour le stockage de l’eau

• Le dimensionnement hydrauliqueAprès délimitation des bassins versants et détermination des surfaces d’apport d’eau pluviale, on calcule le volume d’eau « Vhyd » à stocker

• Le dimensionnement mécaniqueAvec les caractéristiques mécaniques des matériaux choisis (drainant ou non pour le revêtement, et poreux pour l’assise), on calcule une épaisseur de structure de chaussée (épaisseur du revêtement + épaisseur de l’assise).

LE DIMENSIONNEMENT

LE DIMENSIONNEMENT HYDRAULIQUE


Se fait dans les cas les plus courants par la méthode des volumes

Cette méthode prend en compte :

• Le degré de protection à assurer contre les inondations

• La région (il y a 3 zones de pluviométrie en France)

• Le coefficient d’apport (Ca) du bassin versant (chaussée 1, espace vert 0,3)

• Le débit de fuite Q selon réseau ou perméabilité des sols

LE DIMENSIONNEMENT

LE DIMENSIONNEMENT HYDRAULIQUE


Abaque - Capacité spécifique de stockage en fonction du débit de fuite.

LE DIMENSIONNEMENT

LE DIMENSIONNEMENT MÉCANIQUE


LE DIMENSIONNEMENT

SYNTHÈSE DES TROIS DIMENSIONNEMENTS


• En fonction de la porosité des matériaux choisis, on calcule le volume stockable « Vméc » à partir de la surface « S » et des épaisseurs des couches (revêtement et assise) du dimensionnement mécanique.

• On compare ensuite Vméc et Vhyd

o Si Vméc est supérieur ou égal à Vhyd, on retiendra le dimensionnement mécanique.

o Si Vméc est inférieur à Vhyd, on reprend les calculs en intervenant sur la porosité des matériaux, le choix des matériaux ou en améliorant le débit de fuite Q.

LE DIMENSIONNEMENT

QUESTIONS / RÉPONSES


L’EAU NE VA-T-ELLE PAS STAGNER TROP LONGTEMPS EN SURFACE ?

Il faut veiller à ne pas confondre les deux situations suivantes :

• La capacité insuffisante du revêtement drainant à absorber l’eau de pluie, et donc la stagnation prolongée de l’eau en surface. C’est une question d’efficience du revêtement face à la pluviométrie (choix du maître d’ouvrage. Cf.Diapositive 27) ;

• la capacité insuffisante du sol sous-jacent à transporter l’eau en profondeur vers la nappe phréatique, et donc à drainer l’ouvrage :

Le revêtement de surface est constitutif de l’ouvrage. Sa nature, et donc sa capacité d’infiltration initiale, peuvent donc être parfaitement contrôlées. Le risque réside donc plutôt dans le maintien de cette capacité d’infiltration au cours du temps (colmatage).

Le sol sous l’ouvrage n’est en revanche pas contrôlé et il s’agit d’un paramètre de conception que l’on subit. Mais, il est pris en compte dans le dimensionnement hydraulique.



L’EAU NE VA-T-ELLE PAS STAGNER TROP LONGTEMPS EN SURFACE ?

Pour évaluer le risque réel d’insuffisance de la capacité d’infiltration, plusieurs éléments doivent être pris en compte :

• Pour drainer le revêtement, il suffit généralement d’avoir une bonne perméabilité sous une partie seulement de sa surface.

• Sinon, il est parfaitement possible d’associer au revêtement drainant une structure poreuse assurant un stockage temporaire de l’eau. Il suffit donc d’adapter le volume de stockage à la capacité d’infiltration des sols.

• Si l’insuffisance de la capacité d’infiltration est due à une pluie exceptionnelle, les volumes en cause restent faibles dans la mesure où les eaux de ruissellement sont gérées très près de leur lieu de production.



SPÉCIFICITÉS DES VOIRIES BÉTON DRAINANT


SPÉCIFICITÉS DES VOIRIES EN BÉTON DRAINANT


Compartiment de chaussée à structure réservoir

Exemple de stockage sous chaussée et trottoirs à forte pente

Exemple de surface drainante avec évacuation de l’eau par

infiltration directe

Exemple de structure réservoir avec évacuation localisée de l’eau

vers un exutoire

Exemple de structure réservoir avec évacuation de l’eau par

infiltration directe

SPÉCIFICITÉS DES VOIRIES BÉTON DRAINANT

MISE EN ŒUVRE DES BÉTONS DRAINANTS


LES PARTICULARITÉS DES BÉTONS DRAINANTS

• Mise en œuvre par compactage (et non par vibration).

• Plus difficile à manier, le drainant prend et sèche beaucoup plus vite qu’un béton classique.

• La consistance du béton drainant impose donc de procéder avec rapidité et précision, ce qui exige une certaine expérience.

• Aussi, à défaut du cône d’Abrams, c’est le test du gant ou de la boule qui est d’usage.




Il faut un chantier bien organisé et un effectif suffisant pour réussir la pose, avec l’utilisation d’un matériel adéquate :

• Rouleau type Striker,

• Rouleau lesté,

• Plaques vibrantes,

• Lisseuses spécifiques pour une finition uniforme des revêtements.

La surface travaillée, interdite de toute circulation pendant les premières 24 heures, doit être protégée contre la dessiccation :

• Produit de cure spécifique,

• Bâche plastique.




Gris par nature, le revêtement peut être coloré dans la masse mais aussi désactivé.

De ce point de vue, plusieurs nouveautés vont définitivement mettre l’accent sur le caractère esthétique du drainant.



L’ENTRETIEN DES REVÊTEMENTS EN BÉTON DRAINANT


ENTRETIEN PRÉVENTIF OU CURATIF

• Le béton drainant est exigeant. Pour qu’il conserve toutes ses capacités, il faut s’assurer que poussières, micro-organismes ou autres petits graviers ne viennent pas obstruer les interstices destinés à l’évacuation de l’eau.

• L’entretien est préventif et consiste à utiliser des souffleuses, voire des balayeuses qui projettent de l’eau et dont les buses tournent en aspirant.

• À plus long terme, l’accumulation de toutes sortes d’éléments dans la structure elle-même peut exiger l’intervention de machines à haute pression.



LA SURFACE DE L’OUVRAGE NE RISQUE-T-ELLE PAS DE SE COLMATER ?

Ce risque concerne le revêtement. Le colmatage est dû à :

• L’accumulation de matières due à des arrivées d’eau de ruissellement chargée en particules,

• d’autres apports naturels (poussières apportées par le vent, débris végétaux) ou anthropiques (détritus).

La perméabilité de la surface se réduit progressivement Ceci peut conduire peu à peu au colmatage du revêtement.

Il est la contrepartie obligatoire de l’efficacité des ouvrages à dépolluer les eaux pluviales. Les particules piégées sont en effet le support des contaminants et le fait qu’elles soient fixées près de la surface permet de ne pas les retrouver plus profondément dans le sol ou dans les nappes.



LA SURFACE DE L’OUVRAGE NE RISQUE-T-ELLE PAS DE SE COLMATER ?

Ce risque doit donc impérativement être pris en compte dès l’étape de conception. Les règles suivantes sont le plus souvent efficaces :

• Nettoyer régulièrement le revêtement drainant,

• Limiter le rapport surface contributive / surface d’infiltration à une valeur aussi faible que possible (inférieur à 10) ;

• Si le risque est vraiment très important, prévoir éventuellement des ouvrages annexes, comme des drains, permettant d’introduire directement l’eau dans la masse de l’ouvrage.

• Le colmatage possible des revêtements drainants est un risque réel à prendre en compte. Il existe aujourd’hui des guides explicitant des règles simples de conception, de suivi et d’exploitation, permettant de s’en prémunir efficacement.



EXISTE-T-IL UN RISQUE DE POLLUTION CHRONIQUE DES SOLS ET DES NAPPES PAR LES EAUX DE RUISSELLEMENT ?

Les quatre principaux éléments à retenir sont les suivants :

• Les eaux de pluie, lorsqu’elles arrivent sur le sol sont peu polluées, même en ville. L’eau de pluie qui tombe sur un revêtement drainant n’a aucune raison d’être plus sale que si elle tombe sur un champ ou sur une pelouse. Les eaux se filtrent rapidement lors de leur infiltration dans le sol et la plupart des polluants sont retenus à proximité de la surface.

• Toutes les études montrent qu’il n’existe aucun risque de pollution des sols en profondeur (Au-delà d’un mètre de profondeur, et ceci après plusieurs dizaines d’années d’utilisation) ni de pollution des nappes.

• Le risque de pollution chronique des sols et des nappes par l’infiltration directe des eaux de ruissellement est donc quasiment nul, à la condition d’infiltrer les eaux au plus près de leur point d’arrivée au sol.



EXISTE-T-IL UN RISQUE DE POLLUTION CHRONIQUE DES SOLS ET DES NAPPES PAR LES EAUX DE RUISSELLEMENT ?

• L’impact d’un revêtement drainant sur les milieux naturels est en tout cas beaucoup plus faible que celui des solutions traditionnelles qui renvoient des charges considérables de polluants dans les rivières.

• En fait, c’est au cours de leur ruissellement, principalement dans les caniveaux, et encore plus dans les conduites souterraines, que les eaux se chargent en polluants.

• Il faut donc distinguer entre la pollution des eaux rejetées par temps de pluie par les systèmes d’assainissement, qui sont un mélange d’eau pluviale et d’eau usée, et la pollution des eaux d’infiltration.



EXISTE-T-IL UN RISQUE DE POLLUTION ACCIDENTELLEDES SOLS ET DES NAPPES ?

• L’impact Le risque est celui d’un apport massif et accidentel d’un polluant dangereux sur la zone d’infiltration (accident impliquant un poids lourd transportant des matières dangereuses, incendie, accident industriel avec rupture de cuve ou de canalisation).

• Dans le cas d’une gestion locale par infiltration, si un tel accident se produit, la pollution reste confinée dans une zone bien identifiée et peut être plus facilement traitée. Si le risque est réel, il ne doit donc pas être exagéré. En revanche, dans le cas d’une évacuation classique par réseau, il est souvent très difficile de bloquer les produits polluants qui vont se déverser directement dans la rivière ou mettre à mal la station d’épuration.

• L’infiltration directe ne devra cependant pas être utilisée lorsque l’aléa (par exemple, présence fréquente de camions chargés de matières dangereuses) et/ou la vulnérabilité (par exemple, nappe phréatique peu profonde utilisée pour la production d’eau potable) seront trop grands.



DOMAINES D’EMPLOI


DOMAINE D’EMPLOI DES REVÊTEMENTS DRAINANTS

Allées piétonnes, Aires de jeux, Parvis, Trottoirs, Parcs de stationnement, Cour d’école, Accès parking privé, Etc.

L’utilisation de techniques alliant le minéral et le végétal est idéale pour les grands parcs de stationnement qui sont peu ou occasionnellement utilisés, comme ceux des stations de ski, des stades, des terrains de golf, des sites touristiques et des foires commerciales.

Ces surfaces contribuent à la protection du système de drainage local et s’intègrent mieux dans le paysage.


DOMAINES D’EMPLOI



DOMAINES D’EMPLOI



DOMAINES D’EMPLOI


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