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Conception des ouvrages en terre et critères de tassement / gonflement sur les ouvrages ferroviaires à grande vitesse : l’expérience d’Egis

Luc BOUTONNIER

Journée CFMS du 28 janvier 2009

2

Les déformations admissiblesRéférentiel technique LGV EST et LGV Rhin Rhône:

• Wres(tsous-couche) < 2 cm• Wres(tsous-couche+ 18 mois) = 0 cm

Consolidation primaire

• Wdifférentiel 30 m< 4 mm/an• W différentiel 200 m< 10 mm/an

Fluage après la mise en service

• gonflement nul après la mise en service

• réflexion pour adapter les critèresRemarque:

• critères fonction de la vitesse donc plus stricts que pour la route

3

Temps de consolidation avec Sr < 100% ?

domaines concernés pour les applications aux ouvrages en terre

D1

D2

D3

D4

uw > 0

Sr = 1uw > uwsat (200 à 800 kPa)

Sr < 0,8 à 0,9ai

r oc

clus uw < 0

4

100 0 100 200 300 400 5000

0.2

0.4

0.6

0.8

Eoedo= 1 000 kPa

Eoedo= 10 000 kPa

Eoedo= 100 000 kPa

uw (kPa)

B =

∆u w

/∆σ

(non

dra

iné)

D2 D3 D4

Sre = 0,94rbm = 5 µmSrair = 0,89sair = 800 kPa

1

uwsat

air occlus

5

In situ laboratoire

2 cm

kv in situ

Cv in situ

kv labo

Cv labo

plusieurs mètres

>>

Couche drainante non détectée (passages sableux millimétriques, fissuration, etc.)

Temps de consolidation : kv et Cv

6

Comment recaler les paramètres B, kv, kr, Cv et Cr?

Remblais d’essais dans sols intermédiaires (qc = 1 à 3 MPa) :

• LGV EST – argiles de la Woëvre : 2 U (H = 5 et 8m) / 11 km

• LGV Rhin Rhône : 2 U (avec drains / sans drain) x 3 sites

tassomètres de surface

tassomètre de profondeurCPI

sans drainavec drains

7

remblai R525.1 sans drains

-30

-25

-20

-15

-10

-5

0

5

16/1

1/06

06/1

2/06

26/1

2/06

15/0

1/07

04/0

2/07

24/0

2/07

16/0

3/07

05/0

4/07

25/0

4/07

15/0

5/07

04/0

6/07

24/0

6/07

14/0

7/07

03/0

8/07

23/0

8/07 Date

Tas

sem

ent

(cm

)

0

2

4

6

8

10

12

14

Hau

teu

r R

emb

lai

(m)

Gauche (C) Axe (B) Droite (A) Hauteur remblai (m)

remblai R525.2 avec drains

-25,0

-20,0

-15,0

-10,0

-5,0

0,0

5,0

10,0

15,0

27/1

1/06

17/1

2/06

06/0

1/07

26/0

1/07

15/0

2/07

07/0

3/07

27/0

3/07

16/0

4/07

06/0

5/07

26/0

5/07

15/0

6/07

05/0

7/07

25/0

7/07

14/0

8/07 Date

Tas

sem

ent

(cm

)

0

2

4

6

8

10

12

14

16

Hau

teu

r R

emb

lai

(m)

Gauche (C) Axe (B) Droite (A) Hauteur remblai (m)

8

Résultats obtenus sur la LGV Rhin Rhône

Cv_in_situ= 10 à 20 Cv_labo Cr_in_situ≈ Cv_in_situ

Bfin_construction≤ 0,5

Temps de consolidation : quelques mois au lieu de plusieurs années avec Cv_laboet B = 1 ⇒ économie

Valeurs typiques dans des marnes altérées :

qc = 1 à 3 MPa Eoedo= 10 à 30 MPa

Cv_in_situ= 4.10-7 à 2.10-6 m²/s

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Les gonflements en fond de déblai

Quatre mécanismes possibles dans les sols raides :

– gonflement chimique (exemple : schistes cartons LGV EST);

– gonflement liés au retrait / gonflement ;

– gonflement lié au phénomène de « consolidation inversée » (dissipation de ∆u < 0 en fonction de t) ;

– gonflement lié à une rupture en butée (déblais profonds et/ou sols présentant un K0 élevé)

domaine des sols quasi-saturés : σ’, Cv, kv, B, ∆uw < 0

10

Caractérisation du gonflement

Les principaux essais pour caractériser le massif :

– caractérisation de l’homogénéité du massif

– détection des « passées drainantes » (couche plus perméable, fissuration, etc.) : Cv_in_situ>> Cv_labo

– pressions interstitielles initiales (positives ou négatives?)

– minéralogie, retours d’expérience (exemple schistes cartons)

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Essais de laboratoire spéciaux

1

23

4

5

6

σimb σ

e0

0 à 1 ⇒ contrainte in-situ

1 à 2 ⇒ excavation déblai

pierres poreusessèches

sèches

2 à 3 ⇒ chargement avant imbibitionσimb = 57, 96, 205 et 402 kPa

sèches

3 à 4 ⇒ imbibition saturées

4 à 6 ⇒ chargement et déchargement « saturé »

saturées

projet : LGV Rhin Rhôneessais : CETE d’Aix (Serratrice)

12

Essais de laboratoire spéciaux

essais oedométriques K0

13

Calcul du gonflement instantané et différé

Srair = 0,86 sair = 2000 kPa

0 1 2 3 4 5 6 70

0.2

0.4

0.6

0.8

1

0

250

500

750

1000

1250

1500calculémesuré

paliers de charge

calculémesuré

paliers de charge

numéro du palier de chargement

coef

ficie

nt

B

char

ge

app

liqu

ée (

kPa

)

D3 D2

+∆σ > 0

−∆σ < 0

Sre = 0,96 rbm = 1µm h = 0

14

Calcul du gonflement instantané et différé

1 .10 11 1 .10 10 1 .10 90.5

0.55

0.6

0.65

0.7

0.75

domaine D2 (déchargement)domaine D3 (chargement)domaine D2 (déchargement)domaine D3 (chargement)

perméabilité (m/s)

ind

ice

des

vid

es

e = ekD3 + ckD3log(kw)

e = ekD2 + ckD2log(kw)

15

Calcul du gonflement instantané et différé

H = 4 m

15 m (σzini = 300 kPa) zw = 5 m

H = 4 m

1,5 m (σzfin = 30 kPa) uw = 0

uw = 40 kPa

couche modélisée

16

Calcul du gonflement instantané et différé

0 50 100 1500.005

0

0.005

0.01

0.015

0.02

0.025

100

50

0

50

100

gonflementpression interstitielle en surfacepression interstitielle à 0,5m de profondeurpression interstitielle à 1m de profondeurpression interstitielle à 2m de profondeur

gonflementpression interstitielle en surfacepression interstitielle à 0,5m de profondeurpression interstitielle à 1m de profondeurpression interstitielle à 2m de profondeur

temps (jours)

gonf

lem

ent

(m

)

pre

ssio

n in

ters

titie

lle (

kPa

)

0,00

60,

017

74% de gonflement « instantané » (non drainé)

26% de gonflement différé (drainé)

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Disposition constructive LGV Rhin Rhône

fossés revêtus

PST traitée 0,70m

- objectif : limiter les infiltrations

- consolidation inversée potentielle dissipée pendant la construction

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Les schistes cartons de la LGV EST

Joint stratification :

- évolution chimique en présence d’eau et d’air ⇒ écartement des feuillets

- σg > 500 kPa sur des cycles

- ϕjoint = 20°

- effet du déchargement mécanique?

Comité d’expert + critère de gonflement nul ⇒ PURGE TOTALE

19

Les schistes cartons de la LGV EST

20

Les schistes cartons de la LGV EST

Murs cloués > 10000m²

Purge > 500 000 m3

H ≈ 15 m

l ≈ 80 m

L ≈ 400 m

h ≈ 8 m

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Merci de votre attention

Pour ceux qui veulent en savoir plus sur les calculs

mémoire de thèse Luc Boutonnier :

"Comportement hydromécanique des sols fins proches de la saturation -cas des ouvrages en terre : coefficient B, déformations instantanées et différées, retrait / gonflement"

http://geotec-luc.blogspot.com/