Ra6572+Annexes[1]

CERN

PROJET ELENA

SONDAGES ET ETUDE GEOTECHNIQUE

6572/1

Genève, le 5 juillet 2012/CT/JFH/cb Dossier 6572.1geo

GEOTECHNIQUE APPLIQUEE DERIAZ S.A. (GADZ)

Bureau et laboratoire : 9, chemin des Vignes Agence Le Mont : Route du Grand-Mont 22

CH 1213 Petit-Lancy / Genève CH 1052 Le Mont/Lausanne

Tél : 022.792.03.00 Tél : 021.653.47.78

Fax : 022.792.44.04 Fax : 021.653.47.70

CERN – Projet Elena – Sondages et étude géotechnique

GADZ - ra6572-1.docx

2

INTRODUCTION La construction d’un bâtiment d’une surface au sol d’environ 28 × 21 m, sans sous-sol et com-prenant un seul niveau d’environ 8 m de haut (niveau fini du dallage à environ 442.8 m/mer), venant jouxter le hall 193 sur sa façade Sud/Ouest est projetée. Il comprendra notamment des équipements techniques, des zones de stockage, une plateforme de travail, un banc de contrôle, une zone de déchargement accessible aux camions et un pont-roulant d’une capacité de 10 tonnes. Le hall 193 est fondé sur semelles et le niveau fini du dallage est à environ 435.6 m/mer (environ 7.2 m de différence d’altitude entre les niveaux finis des deux bâtiments). Cette étude, qui fait l'objet du présent rapport, avait pour but de déterminer : - la nature et la répartition des assises lithologiques ; - les caractéristiques géotechniques de celles-ci ; - les conditions hydrologiques locales ; - le type de fondations à adopter et la portance de ces dernières ; - les précautions à prendre pour réaliser l'excavation, compte tenu des matériaux identifiés et

du talus existant dans la molasse côté hall 193. A cet effet, nous avons fait effectuer : - 1 sondage tubé de 8.50 m de profondeur ; - 3 essais de battage au pénétromètre dynamique Von Moos, effectués à l'avancement dans le

sondage afin de déterminer la compacité en place des terrains ; - le prélèvement d'échantillons carottés tous les mètres dans le sondage en vue d'identification

en laboratoire et sur 1 desquels des essais géotechniques complémentaires ont été effec-tués (granulométrie et plasticité) ;

- la mise en place d’un piézomètre dans le sondage compte tenu de la mise en évidence d’un niveau saturé lors du forage.

Le sondage a été foré le 29/05/2012 par l’entreprise Stump Foratec SA. La construction du hall 193 a fait l’objet d’une étude géotechnique (rapport 2000/2 datée du 16 décembre 1977) basée sur la réalisation de 5 sondages carottés. La pose de modules préfa-briqués contre la façade Sud/Ouest de ce hall a également été étudiée par la suite (notes tech-niques 2000/4a et 2000/5, respectivement datées du 21 janvier 2011 et du 24 mai 2011). Ce rapport a été précédé d’une séance de travail en date du 21 juin 2012 avec le bureau d’ingénieur civil mandaté PM SA.

GEOLOGIE - STRATIGRAPHIE Le hall 193 a été construit en 1978 dans une fouille creusée dans la moraine puis la molasse. Les talus de la fouille n'ont pas été remblayés. Dans la moraine on a laissé les talus apparents (pente 1:2). Dans la molasse, les talus taillés à 7:2, ont été gunités et cloués lors du terrasse-ment, puis couverts par une dalle préfabriquée prenant appui sur le mur périphérique et sur un caniveau bétonné en crête du talus.



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En 1985, un blindage sous forme de poutres BA juxtaposées a été mis en place au dessus de cette dalle. Les poutres reposent, côté bâtiment, sur une filière portée sur des profilés verticaux, et à l'opposé, sur une longrine longeant le caniveau. L’extension est située au droit d’une butte entre le bâtiment 193 et sa route d’accès. A ce niveau, on rencontre sous une première couche de remblais, la moraine würmienne, puis la molasse. Les remblais (classification 2), d’une épaisseur de 1.2 m dans le sondage F1, sont principale-ment constitués de matériaux morainiques et contenaient très peu de débris en sondage. La moraine würmienne rencontrée dans l’ensemble des sondages réalisés dans le secteur pré-sente une matrice limono-argileuse et est semi-consolidée (7d12). Elle contient des cailloux moyennement abondants et est assez plastique à plastique. Elle peut cependant être recoupée par des zones de matériaux plus sableux. Le toit du substratum molassique, souligné par une frange altérée de faible épaisseur (0.8 m dans le sondage F1) est quasiment horizontal, à la côte d’environ 442 m/mer. Le talus de mo-lasse au droit du secteur concerné (sondages n° 3909), d'environ 6 m de hauteur, est constitué depuis sa crête supérieure vers le bas, par un banc de grès tendres (classification roches – voir annexes), un banc de marnes tendres et un banc de grès dur bien cimenté. Remarque : Les différentes couches mentionnées ci-dessus sont décrites en détail dans le levé du sondage F1 en annexe. Le profil géotechnique 6572.401 tente de préciser la répartition spatiale des différentes couches décrites dans les paragraphes précédents. HYDROLOGIE Sous une épaisseur de remblais de perméabilité variable, le sous-sol est constitué de matériaux limono-argileux très peu perméables (7d12). Ces terrains ne sont pas le siège d’une nappe phréatique caractérisée. Cependant une venue d’eau a été observée lors de la réalisation du sondage, à -5.30 m, à la faveur d’une zone plus sableuse de la moraine. Le niveau d’eau stabili-sé dans le piézomètre mis en place a été mesuré à -5.20 m le 30/05. Lors des travaux, des venues d’eau pourront ainsi avoir lieu, par le biais de petits horizons per-méables dans la moraine et dans les remblais. Notons que ces venues d’eau exercent une action défavorable sur la stabilité du talus comme on l’a constaté dans les talus situés au bas de la rampe longeant le site.

CARACTERISTIQUES GEOTECHNIQUES L'examen en laboratoire des échantillons prélevés dans les forages permet d'établir les caracté-ristiques géotechniques moyennes pour les couches de terrain intéressant les travaux d'excava-tion et les fondations du futur bâtiment. Les valeurs figurent en annexe dans le tableau (6572.003) qui appelle les commentaires suivants :



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1. La numérotation des couches utilisée correspond à un classement unifié des sols de la cuvette genevoise basé sur plus de 50 ans d'études géotechniques.

2. Le pénétromètre utilisé est le pénétromètre dynamique suisse ou Von Moos. La résistance

dynamique du sol (105Pa ou bars ou environ kg/cm2) s'obtient en multipliant les valeurs de

battage par : - 3 selon Sanders. - 2.4 à 1.3 selon Ritter (qui tient compte du rapport des masses statiques et dynamiques)

pour des profondeurs de 1 à 10 m. 3. Les valeurs des poids volumiques apparents secs des particules solides, de l'indice de vide

et du degré de saturation (d, eo, Sr) sont des valeurs calculées à partir des masses volu-miques mesurées en laboratoire. Elles tiennent compte, le cas échéant, du pourcentage de cailloux (diamètre supérieur à 5.6 mm) contenu dans les échantillons.

4. Le coefficient k de Darcy proposé en annexe 6572.002 est tiré d'après Slichter de la courbe

granulométrique. Le résultat obtenu donne un ordre de grandeur convenable pour les sols genevois, pour autant qu'ils ne soient ni stratifiés, ni fissurés.

SEISMOLOGIE Le sol de fondation du projet est composé de terrains limono-argileux semi-consolidés reposant à moins de 5 m sur la molasse saine. Les sols de fondation peuvent être rangés dans la classe A au sens de la norme SIA 261 – Ta-bleau 25.

PARAMETRES GEOMECANIQUES Les paramètres proposés pour des calculs de portance, de poussée, de stabilité et de tassement des différentes couches de terrain sont résumés dans le tableau ci-dessous :

Couche 2) 7d12) 15) Remblais Moraine

lim.-ar. Grès

tendres Marnes tendres

Grès durs

Poids volumique apparent kN.m-3 21.0 22.5 23.5 23 25

Analyse (c' ') Angle de frottement interne ' ° 28-29 29 35 25 35 Cohésion c' kN.m-2 3-5 12 40 30 100

Tassements Module de compressibilité E MN.m-2 6-10 20-25 1000-2000 300-500 4000-6000

RAPPEL : 1 kN.m-2 = 1 kPa = 0,01 bar 1 MN.m-2 = 1 MPa = 10 bars.



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Ce tableau appelle les commentaires suivants : - Les paramètres proposés pour l'analyse (c'') sont estimés à partir des essais d'identification

et d'une compilation statistique d'essais triaxiaux et de calculs de blindage effectués à Genève dans des sols analogues. Ce sont des valeurs confirmées par l'expérience.

- Ces paramètres peuvent être assimilés à des valeurs géotechniques caractéristiques (Xk) au

sens des normes SIA en vigueur. - Pour la molasse, les paramètres proposés sont minorés pour tenir compte du problème de

stabilité posé par le talus cloué existant.

FONDATIONS D’après les plans à disposition lors de la rédaction de ce rapport, le niveau fini du bâtiment à l’étude s’établit à 442.8 m/mer. Côté Nord/Est, le bâtiment projeté surplombe le talus d’excavation du hall 193. A ce niveau, une dalle d’environ 7 m de portée et de 0.8 m d’épaisseur (dimension imposée pour des raisons de protection contre les radiations) permettra de reporter les charges au sein de la molasse saine par le biais d’une tranchée remplie de béton CP 250 côté amont au talus, et par le biais d’un massif en béton d’environ 1 m de hauteur, coulé en place entre la semelle du mur du bâtiment 193 et le pied du talus côté aval. Notons que ces mesures permettent d’éviter de charger la crête du talus (tranchée en béton maigre) et de conforter son pied (massif contre la semelle du hall 193). La stabilité du talus de molasse a été vérifiée selon Krey-Bishop pour des ruptures circulaires en sécurité structurale ELT3. Rappelons que dans cette analyse, les facteurs de résistance sont de 1.2 sur tg f, et 1.5 sur la cohésion. Compte tenu du vieillissement des renforcements mis en œuvre lors des terrassements (clous et gunite), leur effet a été négligé dans les calculs (voir coupe en annexe). Les résultats montrent qu’en reportant les charges au sein de la molasse saine côté amont et en faisant un massif de 1 m de hauteur en pied de talus, le facteur partiel de sécurité est de gR = 1.32 alors que la norme SIA 267 recommande un facteur minimal de 1.0 à 1.2. La stabilité du talus est donc satisfaisante. Les fondations au sein de la molasse saine pourront être dimensionnées, dans le cadre d'une vérification de la sécurité structurale selon les normes SIA en vigueur, pour une contrainte nor-male maximum de calcul :

Nd = 800 kPa – Couche 15) Cette valeur correspond sensiblement pour l'ancienne notion de taux de travail maximum admis-sible à une valeur pa max ~ 570 kPa. Cette contrainte sera réduite pour des semelles de largeur B inférieure à 1.0 m. Nous vous pro-posons la loi de réduction suivante :

Nd réduit = Nd Bo

B



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ou plus simplement

B majoré = Bo.B avec Bo = 1.0 m B en mètre Côté Sud/Ouest (majeure partie du bâtiment), le fond de fouille sera constitué de moraine limo-no-argileuse semi-consolidée (7d12), voir ponctuellement de molasse altérée (15e3). A ce ni-veau, les semelles du bâtiment pourront être dimensionnées, dans le cadre d'une vérification de la sécurité structurale selon les normes SIA en vigueur, pour une contrainte normale maximum de calcul :

Nd = 400 kPa – Couche 7d12) et 15e3) Cette valeur correspond sensiblement pour l'ancienne notion de taux de travail maximum admis-sible à une valeur pa max ~ 285 kPa. La loi de réduction citée ci-dessus pour des semelles de largeur B inférieure à 1 m est également applicable ici. Compte tenu de la faible compressibilité des sols concernés, les tassements des semelles seront faibles et l'aptitude au service est de ce point de vue assurée. Bien entendu, on peut prévoir des surprofondeurs à la molasse saine, remplies de béton CP 250, et y faire reposer les semelles avec les contraintes applicables à la molasse saine (Nd = 800 kPa – Couche 15). Précisons qu’un radier général est également envisageable (le système de report des charges sur la molasse saine devra cependant être maintenu côté hall 193). Un drainage des murs périphériques est à prévoir.

TERRASSEMENTS Les travaux de terrassement intéresseront une hauteur maximale d’environ 6 m. Ils concerneront principalement les remblais morainiques (2) et la moraine würmienne limono-argileuse (7d12). Ils atteindront éventuellement la moraine altérée (15e3) en certaines parties du fond de fouille. Les talus d’excavation qui ne seront pas remblayés après le chantier (talus définitifs) pourront êtres réglés à 1:2 ou à 2:3 avec dans ce dernier cas des gabions en pied de talus. Les talus de chantier (provisoires) seront réglés à 1:1. Ils seront gunités et munis de barbacanes au droit des venues d’eau où des instabilités locales pourraient avoir des conséquences désa-gréables. Toute venue d’eau sera captée et évacuée. Compte tenu de la plasticité de la moraine limono-argileuse, les fonds seront protégés à l’avancement par une couche de béton maigre.



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CONCLUSIONS Le sous-sol au droit de l’extension projetée est constitué, sous une faible épaisseur de remblais morainiques, de moraine würmienne limono-argileuse semi-consolidée, surmontant la molasse rouge, tout d’abord altérée sur une faible épaisseur (0.8 m dans le sondage F1), puis saine. Ces terrains peu perméables ne sont pas le siège d’une nappe caractérisée. Cependant, en fonction des précipitations, des venues d’eau pourront avoir lieu à la faveur des petits horizons perméables de la moraine et des remblais. Côté hall 193, les charges de l’extension projetée devront être reportées au sein de la molasse saine, par le biais d’une tranchée sèche en amont du talus de molasse et sur un massif bétonné entre le pied du talus et la semelle du bâtiment existant à l’aval. Pour le reste du bâtiment, les fondations pourront être constituées de semelles assises au sein de la moraine (7d12), voire au sein de la molasse altérée (15e3 – si celle-ci est atteinte en fond de fouille). Les terrassements pourront être réalisés à l’abri de talus de chantier réglés à 1:1. Les talus défi-nitifs devront quant à eux être réglés à 1:2 ou à 2:3 avec gabion en pied. Compte tenu des recommandations relatives au report des charges pour la zone de bâtiment accolée au hall 193, la stabilité du talus existant dans la molasse est satisfaisante. Ces conclusions sont basées sur une interprétation aussi soignée que possible des sondages et essais de laboratoire et corroborées par des expériences précédentes. Néanmoins, le sol est par nature un matériau hétérogène et des variations locales peuvent échapper à toute investigation. C'est pourquoi, les terrassements devront être suivis de près par l'ingénieur pour qu'il soit à même de déceler à temps toute anomalie dans la nature, la qualité et le comportement des sols rencontrés. Un réexamen de ce rapport est à effectuer en cas de modification du projet ou si ce dernier est différé dans le temps. C. THOMAS GEOTECHNIQUE APPLIQUEE Ingénieur POLYTECH DERIAZ SA



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Annexes : Sols genevois - Numérotation systématique Terminologie utilisée pour les sols Dureté de la molasse Plan 6572.001 plasticité Plan 6572.002 granulométries Plan 6572.003 résultats des essais sur les sols Plan 6572.100 situation des sondages Plan 6572.101 sondage F1 Plan 6572.401 profil géotechnique interprétatif Calcul LARIX – Vérification de la stabilité du talus dans la molasse

CH

D01.09.1998

DA

TE

15.06.2012

Imprim

é le

Visa

26.06.2012

JE

FO

/ 95

FO

_95 / Plasticité.xlt

05

1015

2025

30

10 15 20 25 30 35 40 45 50 55

IND

ICE

DE

PL

AS

TIC

ITE

I

P %

LIMITE DE LIQUIDITE WL %

ARGILES GLACIAIRES

MOYENNE GENEVOISE

LIGNE " A " IP = 0.73 ( LL - 20 )

1

6572.001

Pro

jet EL

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GE

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Numéro profT USCS w e0 sr WL WP IP <0.002 <0.06 >5.6 qp labo qp situ qu qur Cc Cs Observations

sond./éch. m- - % n t/m3 n t/m3 t/m3 - % % % % % % % kPa n kPa n kPa kPa - -

d s

2) REMBLAIS MORAINIQUES

Ech. En sac C - 17.7 1 370 2

17.7 370 2MOYENNE 1

15e3) MOLASSE ROUGE : Façiès marneux altéré, VON MOOS (cps/20cm) : 100 ( 100 - 100 )

Ech. En sac C - 15.7 1 2.17 1 1.88 2.77 0.473 92

15.7 2.17 1.88 2.77 0.473 921MOYENNE 1

15/1) CHATTIEN INFERIEUR - MOLASSE ROUGE - Façiès "sain"

Ech. En sac C - 5.2 1 2.47 1 2.35 2.75 0.170 84

5.2 2.47 2.35 2.75 0.170 841MOYENNE 1

7d12) MORAINE WURMIENNE - Phase limono-argileuse semi-consolidée

Ech. En sac C - 13.2 4 2.28 2 2.05 2.72 0.327 93 364 5 290 12

F1/1 5.0C CL 13.6 1 2.19 1 2.01 2.72 0.353 94 26.7 16.3 10.4 8 60 8 310 1

13.3 2.25 2.04 2.72 0.340 94 26.7 16.3 10.4 8 60 8 360 2903 6 12MOYENNE 5

RESULTATS DES ESSAIS SUR LES SOLS FEUILLE No 1 sur 1

Projet Elena - CERN

CERN

Date : 03.07.2012

secteur : France6572.003

GEOTECHNIQUE APPLIQUEE DERIAZ SA - GENEVE - LE MONT SUR LAUSANNE

Type d'échantillon (T):- V : Vrac- I : Inconnu- C : Carotté- R : Reconstitué- P : Intact

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A

AAA

F1(8.50 m)

3909(20.3 m)

Situation du projet

Sondage exécuté (profondeur atteinte)

Sondages existants (selon la profondeur) :

A

Projet Elena - CERNCERN

SITUATION DES SONDAGESGEOTECHNIQUE APPLIQUEE DERIAZ S.A.

ECHDATE 12.06.2012

6572.100Dess VISEmc

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Ó? <5.00 5 - 10 10 - 20 20 - 30 > 30.00

N

1:2'500

Profil géotechnique interprétatif

2) REMBLAIS MORAINIQUES : 0.00 – 1.20 m 0.00 – 0.20 m : Terre végétale limono-sableuse brune à

cailloux et gravillons peu abondants. 0.20 – 1.20 m : Limon peu argileux, un peu sableux, beige

moucheté brun, à cailloux et gravillons assez abondants, contenant quelques débris rouges millimétriques, grumeleux, massif, dur, peu à assez plastique.

7) MORAINE WÜRMIENNE : 1.20 – 6.90 m

7d12) Phase limono-argileuse semi-consolidée Limon plus ou moins argileux, à cailloux moyennement

abondants, beige à beige-clair, massif, ferme à dur, assez plastique à plastique.

5.20 – 5.50 m : Niveau limono-sableux, déstructuré et saturé.

15) MOLASSE ROUGE : 6.90 – 8.50 m

15e3) Molasse altérée : 6.90 – 7.70 m

Molasse marneuse à passées localement gréseuses, lie de vin à kaki clair, feuilletée, très tendre.

15) Molasse saine : 7.70 – 8.50 m

Grès fin à moyen, gris moucheté marron, bien cimenté, tendre à dur.

HYDROLOGIE :

Venue d’eau lors du forage à environ -5.30 m/T.N. le 29/05

Niveau piézométrique relevé à -5.20 m/T.N. le 30/05

29.06.12, 15:496572.1 - Projet Elena - Stabilité du talus dans la molasseCharges reportées + 20 kPa (pessimiste) - Blocage du pied sur h=1 m - Sans prise en compte des clous

Géotechnique appliquée Dériaz SA, 1213 Petit-Lancy C. THOMAS Larix-5 - Version 1.53

6572.1geo

G:\USER\calcul\ct\6572_1\LNA_stabilité molasse.L5S

Echelle 1 :200.0 (-31.82,431.50..11.46,454.43)!État-limite U 3, CA 1Ligne de glissement déterminante

Molasse altéréeφ=27.00 ° γ=22.00 kN/m3 c=12.00 kN/m2

Grès tendreφ=35.00 ° γ=23.50 kN/m3 c=40.00 kN/

Marne tendreφ=25.00 ° γ=23.00 kN/m3 c=30.00 kN/m2

Grès durφ=35.00 ° γ=25.00 kN/m3 c=100.00 kN/m2

Marne très dureφ=25.00 ° γ=24.00 kN/m3 c=100.00 kN/m2

W1=500.00 kN/m W2=500.00 kN/m

W1=500.00 kN/m W2=500.00 kN/m

W1=500.00 kN/m W2=500.00 kN/m

Surchargespy1=-20.00 kN/m2 py2=-20.00 kN/m2



n=10

nx=10 ny=10

1.32

dF = 0.16F = 1.32 - 2.94'Méthode: Krey itérative'

Ra6572+Annexes[1]

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