Directrice des éditions : Claire de Gramont

Directeur éditorial : Thierry Kremer

Éditrice : Claire Lefèvre

Édition et coordination des illustrations : Alain Bouteveille

Conception de la maquette et de la couverture : Catherine Lattuca

Réalisation de la couverture : STDI (David Poidvin)

Mise en pages : STDI

Réalisation des illustrations : STDI (Shishu Vilmain) et Ursula Bouteveille

Relecture : Jean-loup Durand

Fabrication : Anne-Lise Lapoire

© Groupe Moniteur (Éditions du Moniteur), Antony, 2018

ISSN : 2262-5089

ISBN papier : 978-2-281-14201-3

ISBN numérique : 978-2-281-14252-5

Sigles et abréviations

ADR : Accord for Dangerous goods by Road ou Accord pour le transport des marchandises dangereuses par la route

APD : Avant-projet définitif

APS : Avant-projet sommaire

BRH : Brise-roche hydraulique

BDS : Bordereau de suivi des déchets

BSDA : Bordereau de suivi des déchets d’amiante

BSI : British Standard Institute

CCTP : Cahier des clauses techniques particulières

CNAM : Caisse nationale d’assurance maladie

CPCU : Compagnie parisienne de chauffage urbain

CSP : Code de la santé publique

CTNBTP : Comité technique national du bâtiment et des travaux publics

CSE : Coefficient of Self-Excitation

DI : Déchet industriel

DIB : Déchet industriel banal

DID : Déchet industriel dangereux

DIND : Déchet industriel non dangereux

DIS : Déchet industriel spécial

DIUO : Dossier d’intervention ultérieure sur l’ouvrage

DOE : Dossier des ouvrages exécutés

DTA : Dossier technique amiante

DVD : Direction de la voirie et des déplacements

EPC : Équipement de protection collective

EPI : Équipement de protection individuelle

FFDM : Fédération française de la distribution des métaux

HQE : Haute qualité environnementale

ISDD : Installation de stockage de déchets dangereux

ISDND : Installation de stockage de déchets non dangereux

LMH : Lille métropole habitat

OPPBTP : Organisme professionnel de prévention du bâtiment et des travaux publics

ORA : Opérateur de repérage amiante

PPSPS : Plan particulier de sécurité et de protection de la santé

PRO DET : Étude de projet par la direction de l’exécution du ou des contrats de travaux

RAD : Repérage amiante avant démolition

RAT : Repérage amiante avant travaux

SEMAVIP : Société d’économie mixte d’aménagement de la ville de Paris

VISA : Examen de la conformité au projet des études faites par l’entrepreneur

Introduction

De nos jours, la démolition est souvent synonyme de « déconstruction ». Elle fait d’ailleurs partie intégrante du cycle de vie estimé d’un ouvrage. En outre, son impact sur l’environnement est soigneusement analysé et, cela, dès la phase initiale de la conception. Cela signifie donc que les conséquences de la fin de vie d’une construction sont désormais prises en compte dès le début des projets.

Ceci n’est évidemment pas sans effet sur le choix des matériaux à utiliser pour réaliser l’ouvrage qui sont intimement liés aux possibilités envisagées de démolition ultérieure de la structure.

Si, au xxie siècle, il fallait définir l’acte de démolir, il pourrait être décrit comme l’ensemble des actions visant à décomposer une structure, un ouvrage, un bâtiment, en éléments suffisamment petits pour pouvoir être évacués facilement puis recyclés, triés puis valorisés au maximum ; les résidus ultimes étant mis en décharge. Toutes ces opérations doivent évidemment s’effectuer dans les meilleures conditions de sécurité et, si possible, en mettant en œuvre les procédés et méthodes les mieux adaptés.

Comme toute technique, la démolition a son histoire. On notera toutefois qu’il y a eu très peu d’évolutions entre la démolition de la Bastille, pierre par pierre, par un entrepreneur dont l’Histoire a retenu le nom : le citoyen Palloy, et le début du xxe siècle.

Vers 1880, on pensait déjà, timidement, au recyclage de certains matériaux. À cette époque, les articles 1307 et 1308 du « Code Perrin » (ou « Dictionnaire des constructions ») faisaient mention de l’obligation des propriétaires de « prévenir le maire […] 10 jours à l’avance, afin que le salpêtrier puisse, s’il y a lieu, extraire des matériaux le salpêtre qu’ils peuvent contenir ».

À la fin de la Seconde Guerre mondiale, l’afflux du matériel américain transforma la profession et exigea de nouvelles compétences dues à la mécanisation.

En 1983, en France, les premières démolitions au moyen d’explosifs [4] ont apporté une nouvelle dimension à l’activité, qui a exigé de plus en plus de technicité. La profession a dû ainsi s’adapter.

Depuis 2010 et la loi « Grenelle 2 » portant engagement national pour l’environnement, il est obligatoire, avant la démolition d’un ouvrage, de réaliser un diagnostic relatif à la gestion des déchets qui en résulteront.

La démolition constitue donc à la fois un art et une branche du secteur du bâtiment en plein développement. Longtemps considérée comme une activité annexe, elle a connu depuis les trois dernières décennies une évolution significative avec l’apparition des techniques utilisant des explosifs mais aussi de nouveaux moyens de découpage ou de démantèlement.

Des procédés innovants se sont développés et de nombreux brevets portant sur les techniques d’effondrement contrôlé ont été déposés. Ils concernent notamment les techniques utilisant des vérins hydrauliques, des tubes à poussée de gaz et d’étais fusibles ainsi que de bielles assurant la translation.

Ces procédés, traités dans le présent ouvrage, offrent de nombreux avantages par rapport aux techniques habituelles, notamment sur le plan de l’environnement en réduisant les émissions de poussières, les phénomènes vibratoires et les nuisances sonores. En outre, cette évolution qualitative s’accompagne d’une diminution significative des coûts.

La démolition est ainsi devenue une étape à part entière de la vie d’un ouvrage. Dès lors, le socle des connaissances nécessaires à sa pratique prend assise, de plus en plus, sur les fondamentaux que sont la stabilité des structures et la résistance des matériaux.

Cet ouvrage n’a pas vocation à donner des leçons en matière de démolition, le savoir-faire des entreprises étant reconnu par tous. Il a pour objectif de proposer des points de repère aux intervenants dans l’acte de construire, pour les aider à mieux comprendre les problèmes liés à la démolition.

Un premier chapitre rappelle certaines notions à connaître avant d’aborder la démolition, à savoir les caractéristiques principales de l’acier, du béton armé et du béton précontraint ainsi que les comportements structurels de base. Les techniques de démolition courantes sont décrites dans le chapitre 2 et, plus particulièrement, les procédés mécaniques, les méthodes qui utilisent les ondes de choc ou les explosifs, les procédés thermiques et, enfin, la découpe au jet d’eau à haute pression. Le chapitre 3 traite de procédés innovants, à savoir les effondrements par tubes de poussée ou par effet de bielle. Des exemples de démolitions par procédés mécaniques et par explosifs sont explicités dans le chapitre 4. Le chapitre 5 examine les reprises en sous-œuvre, les micropieux vérinés, les techniques de relevage et les soutènements. L’évaluation sommaire des quantités fait l’objet du chapitre 6 alors que certains et aspects réglementaires propres à la démolition sont explicités dans les chapitres 7 et 8. Le traitement des déchets issus de la démolition est évoqué au chapitre 9, ainsi que, par extension, le traitement de l’amiante et des peintures contenant du plomb. Pour terminer, le chapitre 10 présente une charte environnementale déjà prise en compte sur des chantiers de démolition qui répond aux exigences en matière de « Haute Qualité Environnementale » (HQE) pour les chantiers de construction.

Chapitre 1

Données structurelles

Sous l’action des charges qui leur sont appliquées, toutes les constructions sont soumises à des efforts de natures diverses et qui peuvent se combiner : effort de traction, de compression, effort tranchant, moment fléchissant, moment de torsion, etc. (voir [1] pour plus d’informations sur ce sujet).

Au sein des éléments qui composent les structures porteuses de ces ouvrages : poutres, poteaux, portiques, dalles, voiles, fondations, etc., ces actions se traduisent par des contraintes d’intensité plus ou moins importante :

contraintes axiales appelées également contraintes normales (contraintes de traction et de compression) ;

contraintes de cisaillement appelées également contraintes tangentielles.

À cela peuvent s’ajouter des phénomènes de stabilité globale (renversement par exemple) et d’instabilité globale ou locale (flambement, déversement, voilement).

Nous verrons ultérieurement que les techniques de démolition « jouent » sur ces différents effets :

soit en appliquant des efforts supplémentaires, ce qui amplifie les contraintes appliquées et conduit à dépasser la capacité de résistance des éléments constitutifs des ossatures ;

soit en réduisant leur section, ce qui a également pour effet d’amplifier localement les contraintes auxquelles ils ont soumis et d’entraîner leur rupture ;

soit en créant des déséquilibres ou des instabilités.

1.1Matériaux constitutifs des structures

Les principaux ouvrages rencontrés en démolition comportent des ossatures réalisées en acier, en béton armé ou en béton précontraint.

Des structures en maçonnerie de moellons ou des structures en bois sont également fréquentes mais, en règle générale, hormis les problèmes de soutènement abordés dans les chapitres suivants, ce type de construction présente moins de difficultés pour la démolition, dans la mesure où les bâtiments correspondants sont généralement de faible hauteur.

1.1.1Acier

Le démantèlement des sites industriels concerne souvent des ouvrages métalliques. Leur démolition est différente de celle des ouvrages en béton en raison des caractéristiques spécifiques au matériau acier.

L’acier possède un comportement mécanique élastique linéaire, aussi bien en traction qu’en compression, et cela jusqu’à la limite d’élasticité, notée fy (fig. 1.1). La valeur de cette dernière dépend de la nuance de l’acier (tab. 1.1).

Tab. 1.1. Caractéristiques mécaniques des aciers

Nuance d’acier

Ancienne dénomination

Limite d’élasticité fy
(MPa)

Résistance à la traction fu
(MPa)

Allongement à la rupture
(%)

S235

Fe E 360

235

360

26

S275

Fe E 430

275

430

22

S355

Fe E 510

355

510

22

S460

460

550

17

Au-delà de la limite d’élasticité, l’acier continue à se déformer jusqu’à sa contrainte de rupture, notée fu.

Les aciers de construction sont des matériaux particulièrement ductiles. En effet, leur allongement à la rupture (voir tab. 1.1) est généralement de l’ordre de 15 à 30 %.

Remarque

La ductilité est la capacité d’un matériau à s’allonger avant de rompre. Un matériau ductile possède une grande capacité d’allongement avant rupture. C’est le cas de l’acier. À l’inverse, un matériau fragile rompt sans allongement notable. C’est le cas du béton soumis à la traction.

Si εy est la déformation élastique et εu la déformation ultime (fig. 1.1), les conditions requises pour pouvoir utiliser un acier dans le domaine de la construction sont les suivantes :

rapport fu/fy ≥ 1,2 ;

allongement à la rupture supérieur à 15 % ;

déformation ultime telle que εu ≥ 20 εy.

Fig. 1.1. Diagramme de déformation d’un acier de construction

Sur le diagramme de la figure 1.1 apparaissent deux zones correspondant à des comportements différents :

le domaine élastique (0A), où les phénomènes sont réversibles ;

la zone des grandes déformations (A, B, C, D), qui correspond au domaine plastique, où les phénomènes ne sont plus réversibles.

La contrainte ultime, fu, est atteinte en C pour une déformation εu. À partir de C, la section de l’éprouvette diminue rapidement jusqu’à la rupture qui se produit en D pour une déformation εr.

Le caractère ductile des matériaux métalliques de construction est très intéressant dans le cadre de la sécurité, pour les raisons suivantes :

la ruine est toujours précédée de grandes déformations structurelles, ce qui permet de prévoir cette ruine ;

lorsque la limite d’élasticité est atteinte dans un élément d’une structure hyperstatique, il se forme une rotule plastique [1] et les suppléments d’efforts sont redistribués dans les autres éléments structuraux.

1.1.2Béton armé

1.1.2.1Principe du béton armé

Si, comme l’acier, le béton possède une bonne résistance à la compression, du fait de son comportement fragile, il résiste très mal en traction.

Pour donner un ordre de grandeur, suivant la composition du béton, la contrainte ultime de compression se situe couramment entre 30 et 50 MPa, alors qu’en traction elle dépasse rarement 3 à 5 MPa, soit un rapport de 10 % environ.

Pour pallier cette faiblesse, le principe du béton armé consiste à placer des barres d’acier (armatures), adhérentes au béton, dans les zones où se développent des efforts de traction, les barres étant placées dans le sens de ces efforts. La figure 1.2 illustre ce phénomène dans le cas d’une poutre en béton armé simplement fléchie.

Fig. 1.2. Poutre en béton armé fléchie avec armatures longitudinales dans la zone tendue

1.1.2.2Fonctionnement mécanique d’une poutre en béton armé

Sont à distinguer :

les contraintes dues au moment fléchissant ;

les contraintes dues à l’effort tranchant.

Fonctionnement sous moment fléchissant seul

Considérons une poutre sur deux appuis simples comme celle de la figure 1.2. Si nous chargeons cette poutre par un moment fléchissant, nous observons le phénomène suivant :

les fibres supérieures se raccourcissent ; elles sont donc comprimées ;

les fibres inférieures s’allongent, ce qui correspond à une mise en traction de cette zone.

Le béton n’étant pas suffisamment résistant en traction, il est nécessaire d’utiliser des armatures en acier noyées dans le béton, et cela plus spécialement dans les zones tendues (fig. 1.3). Pour fonctionner correctement, il convient qu’une adhérence suffisante existe entre les deux matériaux.

Considérons maintenant une poutre qui serait prolongée par un porte-à-faux au-delà de l’un de ses appuis (fig. 1.3, situation qui se rencontre en présence d’un balcon par exemple).

Fig. 1.3. Poutre en béton armé avec une partie en console

Sur cet appui, les efforts de traction dans le béton se manifestent en partie supérieure. C’est donc dans la partie supérieure que doivent être installées les armatures.

Ainsi, les armatures sont disposées dans la partie inférieure entre les deux appuis et dans la partie supérieure dans le porte-à-faux (fig. 1.4).

Fig. 1.4. Fonctionnement d’une poutre en béton armé fléchie avec une partie en console

Fonctionnement à l’effort tranchant

Les efforts tranchants les plus importants se développent en général au voisinage des appuis.

Ils entraînent des contraintes de cisaillement et des contraintes de traction, qui peuvent provoquer une fissuration à 45°.

Selon le principe de fonctionnement du béton armé, il faut prévoir des armatures empêchant l’ouverture de ces fissures. Ces armatures sont dites « de couture » ou « transversales ». Elles sont appelées plus communément « cadres » ou « étriers ». Elles sont d’autant plus rapprochées que l’effort tranchant est important (fig. 1.5).

Fig. 1.5. Ferraillage d’une poutre en béton armé : armatures longitudinales et armatures transversales

1.1.3Généralités sur le béton précontraint

Les difficultés de faire reprendre des efforts de traction par le béton ont conduit à essayer de limiter leurs effets. L’idée est donc venue de comprimer artificiellement les éléments concernés afin que la résultante entre les actions de traction et de compression reste du côté de la compression.

Pour ce faire, plusieurs techniques ont été développées :

en coulant le béton sur des câbles préalablement tendus (précontrainte en pré-tension ou par fils adhérents) ;

en appliquant la précontrainte à l’aide de câbles mis en traction après durcissement du béton (principe de la post-tension).

1.1.3.1Béton précontraint en pré-tension (ou par fils adhérents)

Dans ce type de béton précontraint, des câbles crantés sont tendus entre deux culées fixes avant coulage du béton (fig. 1.6). Ce dernier est donc en contact direct avec les armatures.

Fig. 1.6. Banc de précontrainte par fils adhérents

Quand le béton a suffisamment durci, on relâche la tension dans les armatures. Si leur raccourcissement est libre en dehors du béton, il se trouve entravé à l’intérieur de la pièce par la mobilisation de l’adhérence, assurant ainsi la mise en compression du béton.

Ce procédé n’est utilisé qu’en usine, pour réaliser des pièces préfabriquées, généralement rectilignes (dalles, poutres, etc.).

Conseil

Pour démolir des ouvrages contenant ce type d’éléments préfabriqués, il est conseillé de procéder à un véritable démontage de la structure.

Suite au démontage, la découpe des éléments peut être effectuée sans risque, l’adhérence acier-béton étant suffisante pour maintenir la précontrainte dans les éléments successifs après découpe.

Sur un chantier de démolition, la présence d’éléments en béton précontraint par pré-tension sous forme de poutrelles de charpente ou de poutrelles de plancher n’est pas à exclure. Il est toutefois à noter que rien de permet de déceler visuellement si une dalle est en béton armé traditionnel ou précontrainte par fils adhérents.

1.1.3.2Béton précontraint par post-tension

Principe

Dans le cas précédent, le coulage du béton a lieu après mise en tension des aciers. Dans le cas présent, la tension des aciers a lieu après le coulage et un durcissement suffisant du béton.

Le procédé est mis en œuvre de la façon suivante : on crée une réservation dans la pièce à précontraindre à l’aide d’une gaine ou d’un tube positionné avant le coulage. Lorsque le béton a durci, on y installe un câble qui est ensuite tendu à l’aide d’un vérin (fig. 1.7).

Fig. 1.7. Précontrainte par post-tension

L’intensité de la précontrainte est fonction de l’allongement du câble. Elle est maintenue par les plaques d’ancrage (actives ou passives). Après mise en tension et blocage des extrémités du câble, on injecte dans la gaine un coulis de ciment qui a un double effet :

protéger les câbles de la corrosion ;

assurer l’adhérence du câble à la structure du béton.

La précontrainte peut être :

intérieure au béton : les câbles sont entièrement logés dans le béton de la structure ;

extérieure au béton : les câbles ne passent dans le béton qu’aux extrémités et dans certaines zones de l’ouvrage.

Ce procédé est quelquefois utilisé dans la structure porteuse de certains bâtiments industriels dont l’utilisation nécessite des poutres de grande portée. Il se rencontre également très fréquemment dans des ouvrages d’art. Il est à noter que la méthode par post-tension permet d’installer des forces de précontrainte beaucoup plus importantes que la précontrainte par fils adhérents.

Le choix des modes opératoires de démolition est décidé en fonction du comportement du béton précontraint lors de la détension des câbles.

Hypothèses prises en compte

Trois hypothèses ont été envisagées sur le comportement de l’injection. Elles sont détaillées ci-après.

Injection nulle ou très insuffisante

La coupure du câble étant instantanée, l’énergie emmagasinée est libérée brutalement. Il s’ensuit :

une projection de tronçons de fils vers l’extérieur ;

la perte brutale de précontrainte, ce qui entraîne la diminution instantanée de la résistance à la traction de l’élément concerné.

Injection fonctionnant normalement

Lors de la coupure des câbles, l’injection permet au câble de s’ancrer dans la gaine. Se crée alors un nouveau système de précontrainte moins élancé que le précédent puisque la tension du câble a diminué, les extrémités étant libres car libérées de la structure.

Injection variable le long du câble

Après sectionnement, le câble est partiellement ancré, partiellement libre. Son comportement peut encore évoluer lors d’opérations de transport ou de levage.

Malgré tout, l’injection est considérée comme nulle.

Recommandation

Il est vivement recommandé de ne pas couper la poutre pour éviter une projection non maîtrisée du câble de précontrainte.

Plusieurs possibilités se présentent :

déposer la poutre sans la couper ;

déposer la poutre dans un fossé entouré d’un merlon de terre ;

couper la poutre, après s’être assuré que le personnel est à l’abri.

Il en résulte une projection en partie maîtrisée.

La démarche à mettre en œuvre est la suivante :

étayer la poutre ;

appliquer une source de chaleur (à la lance thermique par exemple) sur la partie haute de la poutre. Cette action permet d’élever progressivement la température du câble de précontrainte et d’obtenir sa détension par allongement ;

démolir la poutre par des moyens mécaniques.

Un jet d’eau haute pression peut être utilisé. Dans ce cas, il convient :

d’étayer la poutre ;

de dégarnir ensuite le béton à partir du milieu de la poutre au moyen d’un jet haute pression. Après suppression du béton, seule subsiste l’armature métallique qui joue un rôle d’amortisseur. La détension du câble se fait progressivement ;

de démolir enfin la poutre par des moyens mécaniques.

1.2Généralités sur les structures

Cette partie de l’ouvrage n’a d’autre ambition que de permettre d’approcher le fonctionnement de structures élémentaires en acier et en béton armé.

Documentation

Pour plus d’informations, le lecteur est invité à consulter la référence [1] de la bibliographie ou tout autre ouvrage de « résistance des matériaux » ou de calcul des structures.

1.2.1Structure isostatique, hyperstatique ou hypostatique

Une structure isostatique est une structure telle que, si seulement l’un de ses composants est détruit ou endommagé, elle ne peut rester en équilibre et elle s’effondre.

Une structure hyperstatique est une structure qui possède plus de composants que nécessaires à son équilibre. Elle est donc telle qu’il faut détruire ou endommager plusieurs d’entre eux pour l’amener à perdre son équilibre.

Une structure hypostatique ne peut être en équilibre. Elle représente ce que l’on appelle un mécanisme. Tout effort appliqué, aussi petit soit-il, entraîne son effondrement. Pour démolir une structure, il faut donc chercher à détruire ou endommager suffisamment de ses composants (poteaux, poutres, voiles, etc.) pour la rendre hypostatique.

1.2.2Structures composées de barres articulées

Ce type de structures est fréquent dans le domaine de la construction métallique ou de la construction bois.

Considérons un treillis A, B, C, D (fig. 1.8) composé de 4 barres articulées au niveau de ses 4 nœuds et reposant sur 2 appuis :

1 articulation en A (appui bloqué selon X et Y) ;

1 appui simple en B (bloqué selon X et libre selon Y).

Si l’on applique une force horizontale F en C, la structure se déforme librement. Elle est hypostatique.

Fig. 1.8. Treillis hypostatique ABCD à 4 barres

En ajoutant une diagonale entre A et D, le treillis ne se déforme plus : il devient isostatique, c’est-à-dire que les déplacements des nœuds sont micrométriques et ne correspondent plus qu’à l’élasticité du matériau (fig. 1.9).

Fig. 1.9. Treillis isostatique à 5 barres

Si l’on ajoute encore une barre entre C et B, comme montré sur la figure 1.10 au sein de la palée n° 3, le treillis devient hyperstatique. Pour qu’elle s’effondre, il faut endommager deux de ses composants.

Fig. 1.10. Structure hyperstatique avec une palée de stabilité

Exemple

Il s’agit de démolir la structure métallique de la figure 1.10, composée de 5 travées et dont tous les nœuds sont articulés. Cet ouvrage est stabilisé par une palée en croix de Saint-André (palée de contreventement) située en son centre, au niveau de la palée n° 3.

Dans ce cas, deux méthodologies peuvent être envisagées :

méthodologie 1 : les travées 1, 2, 4 et 5 sont découpées, la suppression de la travée 3 intervenant en phase finale ;

méthodologie 2 : la palée de contreventement est affaiblie ; le bâtiment est tiré au câble après démontage (ou découpage au chalumeau) des barres AD et CB de la palée de contreventement.

1.2.3Structures en béton armé

Des structures en béton armé (système poutres-poteaux) contreventées (ou rendues hyperstatiques) par un voile entre deux poteaux sont utilisées dans certaines constructions à usage industriel. Leur démolition doit s’effectuer de part et d’autre de ce voile pour conserver la stabilité de l’ouvrage pendant la durée des travaux, voile qui sera démoli en phase finale.

Dans le cas d’immeubles d’habitation en béton armé, la stabilité est souvent assurée par l’association de refends et de mur porteurs combinés avec des systèmes de planchers ou de poutres continus.

Prenons l’exemple d’une poutre continue. Si nous considérons la courbe des moments fléchissants M sous l’action d’une charge uniforme, nous obtenons la configuration représentée à la figure 1.11.

Fig. 1.11. Poutre continue et diagramme de moments fléchissants M correspondant à une charge uniforme

Cela se matérialise par la mise en place d’armatures en chapeau (fig. 1.12) dans les zones de moments négatifs.

Fig. 1.12. Position des chapeaux au niveau des appuis

Les moments positifs (M+) sont repris en nappe basse par les lits d’armatures continus et les lits arrêtés. Les moments négatifs (M–) sont repris par les aciers en chapeau disposés en partie supérieure.

La stabilité est assurée :

perpendiculairement à la façade par les murs porteurs ;

parallèlement à la façade par les refends.

Ainsi, dans le cas de démolition partielle d’une structure poutre ou plancher continu, en dehors des joints de dilatation, la découpe ne peut être exécutée que dans la zone de moments nuls (qui doit être déterminée par le calcul), et en aucun cas au droit des porteurs.