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Journées Nationales de Géotechnique et de Géologie de l’Ingénieur JNGG2010 -Grenoble 7-9 juillet 2010 PRÉSENTATION D’APPLICATIONS DU PROCÉDÉ DE SOL RENFORCÉ VSoL ® DANS DES CONTEXTES PARTICULIERS VSOL ® RETAINED EARTH WALL SYSTEM Benoit CHANTEPERDRIX 1 , Michalis CHIKARAS 1 1 VSL, Paris, France RÉSUMÉ – Cet article présente les particularités du système de sol renforcé VSoL ® et donne quelques exemples d’ouvrages VSoL ® dans des contextes géologiques ou géotechniques spécifiques : ouvrage en zone fortement sismique, ouvrage sur sol compressible, ouvrage de grande hauteur supportant des charges très importantes. ABSTRACT – This paper presents the VSoL ® Retained Earth wall system. Three examples of sites are exposed regarding different geotechnical and geological environment: RE wall in highly seismic area; RE wall on compressible soil ; High RE wall with heavy loads. 1. Présentation du procédé VSoL ® et de ses particularités Le procédé VSoL ® est un système de sol renforcé par armatures métalliques peu extensibles et souples au sens de la Norme française NF P 94-270 de juillet 2009 « Ouvrage de soutènement – Remblai renforcé et massifs en sol cloué » et de la NF P 94-210 : Renforcements des sols – Généralités et terminologie ; de mai 1992. La principale particularité du système VSoL ® réside dans la constitution des armatures de renforcement. En effet, celles-ci sont constituées de treillis soudés : La figure 1 détaille la géométrie des treillis de renforcement : Figure 1. Schéma et photographie des renforcements de sol VSoL ® sous forme de treillis soudé (échelle). Un treillis comprend usuellement deux à quatre barres longitudinales liées entre elles par soudage de barres transversales du même diamètre nominal. Les treillis ne 601

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Journées Nationales de Géotechnique et de Géologie de l’Ingénieur JNGG2010 -Grenoble 7-9 juillet 2010

PRÉSENTATION D’APPLICATIONS DU PROCÉDÉ DE SOL RENFORCÉ VSoL® DANS DES CONTEXTES PARTICULIERS

VSOL® RETAINED EARTH WALL SYSTEM

Benoit CHANTEPERDRIX1, Michalis CHIKARAS1 1 VSL, Paris, France

RÉSUMÉ – Cet article présente les particularités du système de sol renforcé VSoL® et donne quelques exemples d’ouvrages VSoL® dans des contextes géologiques ou géotechniques spécifiques : ouvrage en zone fortement sismique, ouvrage sur sol compressible, ouvrage de grande hauteur supportant des charges très importantes. ABSTRACT – This paper presents the VSoL® Retained Earth wall system. Three examples of sites are exposed regarding different geotechnical and geological environment: RE wall in highly seismic area; RE wall on compressible soil ; High RE wall with heavy loads. 1. Présentation du procédé VSoL® et de ses particularités

Le procédé VSoL® est un système de sol renforcé par armatures métalliques peu

extensibles et souples au sens de la Norme française NF P 94-270 de juillet 2009 « Ouvrage de soutènement – Remblai renforcé et massifs en sol cloué » et de la NF P 94-210 : Renforcements des sols – Généralités et terminologie ; de mai 1992.

La principale particularité du système VSoL® réside dans la constitution des armatures de renforcement. En effet, celles-ci sont constituées de treillis soudés : La figure 1 détaille la géométrie des treillis de renforcement :

Figure 1. Schéma et photographie des renforcements de sol VSoL® sous forme de treillis soudé (échelle).

Un treillis comprend usuellement deux à quatre barres longitudinales liées entre

elles par soudage de barres transversales du même diamètre nominal. Les treillis ne

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comportant que deux barres longitudinales (ny=2) sont désignés sous le nom d’ « échelles ».

Cette particularité des renforcements permet de mobiliser non seulement les efforts par frottement du sol contre les éléments métalliques longitudinaux mais aussi et surtout les efforts de butée contre les éléments transversaux.

La résistance apportée par les éléments métalliques transversaux est estimée à environ 80 % de la résistance d'adhérence des treillis VSoL®.

Une étude de plus de 80 essais d’extraction à la boite pratiqués sur différents types de renforcement a permis de montrer que le simple ajout de trois barres transversales permet de multiplier par 4 ou 5 la résistance ultime d'adhérence par rapport à des renforcements comportant uniquement des éléments longitudinaux (cf. figure 2). Mais surtout, les treillis VSoL® permettent, dès l'amorce du déplacement sol/renforcement, de multiplier par 5 cette résistance d'adhérence comparativement aux systèmes qui utilisent des armatures métalliques plates et isolées de section égale.

Figure 2. Résultats des essais d’extraction de différents types de renforcement.

Une autre particularité du système VSoL® réside dans la connexion du treillis de renforcement avec le parement qui s’effectue par simple brochage :

Figure 3. Photographie et schéma de connexion.

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2. Exemples de murs VSoL® dans différents contextes géologique géotechniques

2.1 Ouvrage en zone fortement sismique : Mur de soutènement à

Bellefontaine en Martinique 2.1.1 Le contexte sismique : Les îles antillaises françaises, dont la Martinique, appartiennent à l’arc des Petites

Antilles qui résulte de la subduction des plaques nord et sud Amérique sous la plaque Caraïbe dans une direction nord-est - sud-ouest, à la vitesse d’environ 2 cm/an. Il se situe sur la bordure nord-est de la plaque Caraïbe. Il est constitué d’une vingtaine d’îles principales. Il dessine une courbe de 850 km de longueur et de 450 km de rayon de courbure. Il s’étend depuis la marge continentale sud-américaine (Vénézuela oriental) jusqu’au passage d’Anegada qui marque la limite actuelle avec les Grandes Antilles (plate-forme de Porto Rico et des îles Vierges).

La convergence actuelle des plaques est non seulement marquée au niveau de l’arc des Petites Antilles par une activité volcanique importante (Soufrière Hills de Montserrat, Soufrière de Guadeloupe, montagne Pelée de Martinique) mais aussi par une intense activité sismique, notamment dans la partie nord de l’arc.

D’après le décret N°91-461 du 14 mai 1991 relatif à la prévention du risque sismique, la Martinique dans son ensemble est classée en zone III (aléa fort). Selon le projet du Nouveau Zonage sismique de la France, la commune de Bellefontaine est classé en zone de sismicité 5 (aléa fort) soit une accélération supérieure ou égale à 3 m/s2.

Les ouvrages sont rangés en classe C de la catégorie de risque dite normale et se situe dans une zone de sismicité III, conformément à l’annexe au décret national n°91-461 du 14 mai 1991 relatif à la prévention du risque sismique. L’article 5 du Projet d’Arrêté local a autorisé de réaliser les vérifications conformément aux PS92.

2.1.2 Prise en compte du séisme dans le dimensionnement : Un massif en remblai renforcé présente une très bonne résistance en cas de

séisme, en effet l’énergie sismique peut être dissipée par le frottement et la butée mobilisée entre armatures et remblai et dans le remblai lui-même. L’ensemble constitue un ouvrage ductile dont la résistance ultime peut aller au-delà de celle d’ouvrages en béton.

C’est pourquoi Eiffage TP a décidé de réaliser les murs de soutènement inter plateforme de la nouvelle centrale thermique EDF au moyen de sol renforcé. Les autres types de solutions s’avérant moins performantes d’un point de vue technique et économique.

La justification de l’ouvrage au séisme est réalisée à partir d’un modèle statique équivalent, considérant des coefficients sismiques homogènes sur l’ensemble du site. La méthode utilisée est celle de Mononobe-Okabe (AFPS). On considère deux combinaisons. Dans les deux cas l’accélération horizontale est prise défavorable. Pour la combinaison SA, l’accélération verticale est prise ascendante, alors que pour SD elle est prise descendante.

Une étude spécifique menée pour les ouvrages VSoL® a permis d’établir le spectre de réponse élastique (représentation graphique unique dans le système de coordonnées quadrilogarithmiques) en tenant compte des effets de site (cf. figure 4).

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Figure 4. Spectre de réponse élastique horizontal.

L’accélération nominale prise en compte pour les dimensionnements des soutènements (aN = 0,61g = 5,984 m/s2), issue de l’étude du BRGM, est donc bien supérieure aux valeurs habituelles de calcul.

Le séisme est en conséquence devenu une combinaison dimensionnante. Les treillis de renforcement ont du être allongés en partie supérieure de l’ouvrage en raison du manque d’adhérence lié à ce surcroit d’effort horizontal de plus de 15% par rapport à un ouvrage sans séisme (cf. figure 5).

Figure 5. Photographie et coupe du soutènement VSoL®.

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2.2 Ouvrage en zone compressible : Remblai de préchargement (Gonesse) 2.2.1 Le contexte géotechnique La zone étudiée se situe à Gonesse à proximité immédiate d’un ancien lit de la

rivière Croult. La géologie du site s’en trouve fortement impactée : On rencontre sur les 8 à 9 premiers mètres une épaisseur d'alluvions modernes composées en surface de limon argileux puis de limon tourbeux, et argiles fortement compressibles. Le substratum résistant (alluvions anciennes et Sable de Beauchamp) se situe au delà de 10 m.

Figure 6. Profil géotechnique au droit du remblai de préchargement – Gonesse (95)

Le projet prévoit la réalisation d’un remblai routier de 8 m de hauteur dans cette zone permettant d’accéder à l’ouvrage de franchissement de la route départementale 47.

En première approche, l’équipe de conception avait prévu la mise en œuvre d’un remblai de préchargement permettant d’atteindre la quasi-totalité des tassements prévisionnels, à savoir 100 à 150 cm en fonction du profil, au bout de 12 mois.

2.2.2 Problématique Il s’est avéré au démarrage des travaux dans cette zone, la présence de trois très

importants collecteurs d’eaux usées de diamètres Ø500 Ø1200 et Ø1400 mm positionnés au pied du futur remblai à une profondeur comprise entre 2 et 4 m de profondeur et implantés parallèlement à l’axe du remblai (cf. figure 7).

Figure 7. Coupe du remblai de préchargement – Gonesse (95)

0 m

10 m

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L’approfondissement de l’étude de tassement du remblai de préchargement a montré que les amplitudes de tassements au droit des collecteurs situés à 5 minimum variaient aux environs de 70 à 80 cm ; valeurs non acceptables pour ces trois ouvrages.

2.2.3 Solution technique retenue Plusieurs solutions techniques ont été envisagées pour ne pas impacter les

réseaux : mise en œuvre de remblais allégés (polystyrène), voire très allégés (type nid d’abeille), la mise en œuvre d’inclusions rigides type pieux ou d’un réseau de colonnes ballastées.

L’ensemble de ces solutions présentait soit l’inconvénient de ne pas réduire de manière suffisante les tassements malgré un gain non négligeable soit se révélait techniquement risqué et économiquement peu viable.

L’ensemble des contributeurs a convergé vers une solution innovante : la mise en œuvre d’un remblai en sol renforcé associée à une substitution partielle des terrains compressibles permettant de raidir les talus et ainsi éloigner les contraintes et donc les tassements des réseaux (cf. figure 8) :

Figure 8. Coupe au droit du remblai de préchargement - solution VSoL® Cette solution doit permettre de limiter les tassements au droit des réseaux de

l’ordre de quelques centimètres et la souplesse du soutènement en sol renforcé VSoL® permettra accepter sans désordre des tassements résiduels de l’ordre de 10 à 15 cm.

2.3 Ouvrage lourdement chargé: Murs de soutènement provisoire EPR

Flamanville 2.3.1 Les contraintes La construction du générateur de 3éme génération dit EPR s’effectue dans un

environnement très contraint et notamment d’un point de vue de l’exigüité des zones de travail. Les différentes zones de construction d’ouvrages avançant à des rythmes et selon des plannings bien distincts, des murs de soutènement provisoires sont nécessaires pour rétablir des pistes d’accès et compenser les différents niveaux entre zones.

La zone des travaux « salle machines » étant très en avance sur la zone de « station de pompage », le soutènement à créer atteint localement plus de 20 m de hauteur.

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Ces pistes sont destinées à recevoir d’une part les circulations de chantier mais surtout des convois exceptionnels type remorque multi roues transportant des colis atteignant plus de 350 tonnes.

Le chargement maximal a été atteint lors de la mise en station de la grue la plus puissante du monde (Liebherr LTM 11200-9 de 1200 tonnes) cf. article du Moniteur du 10 juillet 2009.

2.3.2 La solution VSoL® L’ensemble de ces contraintes, aggravé par la nécessité de dimensionner ces

soutènements sous séisme (aN = 2 m/²s) a conduit le groupement de constructeurs à choisir une solution de sol renforcé VSoL®, là où les soutènements classiques en béton montraient leurs limites.

Figure 9. Photographie des murs VSoL® - EPR Flamanville (50) La difficulté principale dans la justification de la stabilité des ces murs était

finalement non pas la stabilité interne du mur en sol renforcé (la surcharge en partie supérieure étant limitée à 200 kPa), mais plutôt la stabilité générale (cf. figure 10).

Figure 10. Analyse de la stabilité générale - EPR Flamanville (50)

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3. Conclusions

Ces trois exemples montrent l’intérêt des murs de soutènement en sol renforcé et spécifiquement dans des situations géologiques, géotechniques ou de cas de charge particulièrement sévères.

Dans les trois cas présentés, les soutènements en sol renforcé VSoL® ont été mis en œuvre là où les murs de soutènement traditionnels en béton ne pouvaient pas être construit.

La particularité des armatures de renforcement du système VSoL® sous forme de treillis soudés permettant la mobilisation des efforts de butée sur les armatures transversales a permis de réaliser des murs de soutènement en tenant compte de l’ensemble des contraintes et notamment les importants efforts provenant de l’effet du séisme.

Confirmation de la bonne tenue d’une culée en sol renforcée VSoL® lors du séisme d’une intensité de 8,8 sur l’échelle de Richter du 28 février 2010 au Clili :

Figure 11. Culée VSoL intacte après le séisme de 2010 au Chili de magnitude 8,8

4. Références bibliographiques

NF P 94-270 : Calcul géotechnique ; Ouvrages de soutènement ; Remblais renforcés et massifs en sol cloué ; AFNOR ; juillet 2009.

NF P 94-210 : Renforcements des sols – Généralités et terminologie ; AFNOR de mai 1992.

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