Tacnet2000

Ouvrages de protection contre les risques naturels et ouvrages en sites instables : Utilisation de matriaux grossiers : Renforcement par gosynthtiques - Ouvrages de rfrence

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Dpartement quipements pour l'eau et l'environnement

Unit de recherche Erosion Torrentielle Neige Avalanches

Ouvrages de protection contre les risques naturels et ouvrages en sites

instables

Utilisation de matriaux grossiers Renforcement par gosynthtiques - Ouvrages de rfrence

Rapport dtude

Ple Grenoblois dEtudes et dePrvention des Risques Naturels

Conseil Gnral de l'Isre

octobre 00 Jean-Marc TACNET - Philippe GOTTELAND


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Table des matires 1 Resum Problmatique gnrale............................................ 5 2 Ouvrages de protection contre les Risques naturels .............. 6

2.1 Description des ouvrages ............................................................... 6 2.2 Critres de conception des ouvrages gotechniques de protection contre les risques naturels ................................................... 10 2.3 Conception des ouvrages ............................................................. 15

2.3.1 Etat des connaissances ............................................................ 15 2.3.2 Avantages-inconvnients des techniques de renforcement par gosynthtiques............................................................................... 17

3 Synthse des diffrentes techniques employes pour le renforcement des sols ................................................................... 19

3.1 Historique de la technique ............................................................ 19 3.1.1 Le renforcement par gotextiles................................................ 20 3.1.2 Conditions de mise en uvre ................................................... 24 3.1.3 Le renforcement par gogrilles.................................................. 25 3.1.4 La technique Pneusol................................................................ 27 3.1.5 Le renforcement par grillages ou par treillis mtalliques ........... 28 3.1.6 Le renforcement par ancrage .................................................... 31 3.1.7 La Terre Arme ......................................................................... 32

3.2 Les diffrents parements .............................................................. 36 3.3 Mthodes de dimensionnement ................................................... 46

3.3.1 Renforcement par gotextiles ................................................... 46 4 Etude de cas Etudes paramtriques .................................... 50

4.1 Etude du renforcement dune plate-forme routire .................... 50 4.1.1 Prsentation .............................................................................. 50 4.1.2 Etude de la stabilit externe ...................................................... 52 4.1.3 Etude de la stabilit interne ....................................................... 56 4.1.4 Estimation des cots ................................................................. 58 4.1.5 Conclusions............................................................................... 60

4.2 Etude paramtrique de la stabilit externe dun remblai sur terrain en pente ........................................................................................ 62

4.2.1 Prsentation de ltude.............................................................. 62 4.2.2 Rsultats ................................................................................... 63 4.2.3 Etude paramtrique en fonction de la profondeur D du substratum ............................................................................................. 64 4.2.4 Interprtation des rsultats........................................................ 67 4.2.5 Effet de la variation de la cohsion de la couche altre .......... 67 4.2.6 Effet de la variation de langle de frottement de la couche altre 69 4.2.7 Conclusion ................................................................................ 74

5 Etude dun Merlon Pare-blocs (cas de Crolles)...................... 75 5.1 Rsultats modlisation Cartage ................................................... 77


3

5.1.1 Influence de langle de frottement interne ................................. 78 5.1.2 Influence du coefficient de frottement du sol ............................. 80 5.1.3 Influence de la cohsion............................................................ 81 5.1.4 Influence du poids volumique.................................................... 82 5.1.5 Influence des paramtres de modlisation................................ 83 5.1.6 Influence du nombre de lits ....................................................... 84 5.1.7 Influence de la raideur du gotextile ......................................... 85 5.1.8 Influence des conditions daccrochage...................................... 86

5.2 Rsultats modlisation Cartage ................................................... 87 6 Conclusion gnrale................................................................. 88 7 Bibliographie ............................................................................. 89 Table des illustrations Figure 1 : exemple de gomtrie de merlon pare-blocs ralis Crolles............................................... 6 Figure 2 : coupe schmatique dune protection de berge ....................................................................... 7 Figure 3 : coupe schmatique dune digue avec fosse amont (chute de blocs) ..................................... 7 Figure 4 : coupe schmatique dune digue sans fosse amont (crues torrentielles, avalanches)............ 7 Figure 5 : Reprsentation schmatique dun barrage de sdimentation ................................................ 8 Figure 6 : principe dutilisation de la technique de renforcement de fondation par gosynthtique ....... 9 Figure 7 : profils type de digues en fonction du contexte de risques naturels (crues torrentielles,

avalanches, chutes de blocs)......................................................................................................... 11 Figure 8 : Effets dune avalanche sur un massif de sol renforc par gosynthtiques (clichs J.M.

Tacnet) ........................................................................................................................................... 15 Figure 9 : Influence des hypothses pour la dtermination de la valeur du module de rigidit J (KN/m)

........................................................................................................................................................ 16 Figure 10 : Rampes de pyramides (daprs Les btisseurs des grandes pyramides, G. Goyon,

Pygmalion, 1990) ........................................................................................................................... 19 Figure 11 : comportement simplifi dune inclusion la traction........................................................... 22 Figure 12 : loi de frottement schmatique linterface sol/inclusion..................................................... 22 Figure 13 : Exemple de gogrille uniaxiale ........................................................................................... 25 Figure 14 : Imbrication des grains dans une gogrille rigide ( gauche) et souple ( droite) ............... 26 Figure 15 : principe de mise en uvre de la technique Terramesh ..................................................... 30 Figure 16 : RD 30 Saint Hilaire du Touvet (vue du talus conforter) ............................................... 51 Figure 17 : positionnement des centres des cercles tudis ................................................................ 58 Figure 18 : Chantier de ralisation dune digue pare-blocs (Commune de Crolles) ............................. 75 Figure 19 : Gomtrie du merlon ralis Crolles Juillet 2000 (ouvrage type de protection contre les

chutes de blocs) ............................................................................................................................. 75 Figure 20 : Gomtrie de la digue pare-blocs (commune de Crolles) - cercles de glissement

considrs dans le cas de la justification par Cartage................................................................... 76 Figure 21 : courbe granulomtrique du sol constitutif du merlon de Crolles......................................... 77 Figure 22 : augmentation de lindice de dformabilit en fonction dune diminution des paramtres

actifs ............................................................................................................................................... 86 Figure 23 : Variation du coefficient de scurit F0 en focntion des paramtres du sol ......................... 87 Tableaux Tableau 1 : Spcificits de conception des ouvrages gotechniques de protection contre les

avalanches ..................................................................................................................................... 10 Tableau 2 : Spcificits de conception des ouvrages gotechniques de protection contre les crues

torrentielles..................................................................................................................................... 12 Tableau 3 : Spcificits de conception des ouvrages gotechniques de protection contre les chutes de

blocs ............................................................................................................................................... 13 Tableau 4 : Adquation des produits de renforcement lutilisation de sols forte granularit........... 17 Tableau 5 : Tableau comparatif des diffrents types de parement....................................................... 18 Tableau 6 : principales fonctions des gotextiles.................................................................................. 20


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Tableau 7 : classes de gotextiles (CFG) ............................................................................................. 21 Tableau 8 : Comparaison des diffrents produits gosynthtiques ...................................................... 21 Tableau 9 : valeurs dangle de frottement sol/geotextile en fonction du coefficient de frottement et de

langle de frottement sol/sol ........................................................................................................... 23


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1 RESUME PROBLEMATIQUE GENERALE

Chaque anne, les services techniques de l'Etat et des collectivits territoriales conoivent et ralisent des quipements de protection contre les risques naturels. Ils sont galement amens reconstruire des quipements publics (routes, ouvrages d'art) endommags par ces phnomnes parce qu'ils taient construits dans des zones exposes ou dans des contextes d'implantation difficiles.

Ces ralisations lies des amnagements routiers et des quipements de protection

contre les risques naturels en montagne impliquent souvent la ralisation d'ouvrages en remblai : - des digues de protection contre les crues torrentielles (protection de berges, plages de dpt), contre les avalanches, contre les chutes de blocs. - des remblais de plate-forme routire construits dans des zones instables. La conception de ces ouvrages rpond deux contraintes essentielles : 1) Pour que les dispositifs de protection soient efficaces, les concepteurs sont amens

rechercher un raidissement des pentes des talus permettant soit d'agir plus efficacement en vue de l'arrt des masses solides en mouvement lies au phnomne naturel (digues pare-blocs, digues paravalanches), soit d'augmenter la capacit de stockage et diminuer l'emprise au sol des quipements (digues de plage de dpt, digues longitudinales de protection de berges). De plus en raison des pentes et du contexte gotechnique d'implantation des ouvrages, les versants de montagne sont souvent instables et des dispositifs techniques pouvant absorber des dformations sont alors recherchs.

2) Les difficults d'accs aux sites ne permettent souvent pas d'effectuer l'approvisionnement en matriau de remblai partir des sources classiques (carrires) ou imposent des cots prohibitifs. La recherche de matriaux de remblai sur le site est alors une alternative intressante. Les sols constituant ces formations de pente (boulis, moraines, dpts torrentiels) appartiennent la catgorie des sols grossiers et sont mal connus au niveau gotechnique. Leur caractrisation mcanique, indispensable pour dimensionner les ouvrages gotechniques cits ci-dessus, ncessite alors l'utilisation d'appareillages et de mthodologies non classiques.

Pour ces deux raisons, les techniques de renforcement de sols par gosynthtiques peuvent tre une solution intressante. Le dimensionnement de ce type d'ouvrages diffre de remblais classiques en raisons des cas de charges appliqus, des matriaux utiliss et des mthodes de calcul mettre en uvre. De plus, la diversit et la multiplicit des procds rendent difficile le choix de la technique la plus approprie dans un contexte douvrages de protection contre les risques naturels.

L'objectif oprationnel de l'tude propose nous a conduit rechercher une association avec des services oprationnels chargs de la matrise d'uvre d'ouvrages en remblai en sites difficiles de montagne (Service des Routes du Conseil Gnral de lIsre, Service R.T.M). Diffrents partenaires ont t contacts pour proposer des projets pouvant faire l'objet de variantes employant la technique de renforcement de sols par gosynthtiques avec utilisation de sols htrognes forte granulomtrie prlevs sur le site. La faisabilit et les conditions de mise en uvre de cette technique ont t analyses dans deux contextes : ralisation dune digue pare-blocs utilisant les techniques de sols renforcs, justifie par la

ncessit de raidir la pente amont de la digue de protection pour une plus grande efficacit du dispositif et la rutilisation du matriau du site ( matriau grossier) ;


6

ralisation dun remblai routier sur versant instable avec utilisation de matriaux grossiers extraits d'une plage de dpt torrentielle.

Ce projet comprend plusieurs volets qui sont dtaills dans ce rapport :

une analyse des techniques et procds existants utilisables dans le cadre douvrages

gotechniques de protection contre les risques naturels ; l'tude des aspects spcifiques lis l'utilisation des sols grossiers (torrents, formations de

pente) dans la ralisation d'ouvrages en sols renforcs (hypothses courantes caractristiques mcaniques de frottement sol/sol, sol/interface, dmarche de dimensionnement )

des tudes paramtriques ralises sur un deux cas rels afin de comparer la faisabilit de solutions utilisant des sols forte granulomtrie et tester linfluence des variations de paramtres sur le dimensionnement.

2 OUVRAGES DE PROTECTION CONTRE LES RISQUES NATURELS

Cette tude vise tudier les conditions dutilisation des sols htrognes forte granulomtrie dans un contexte douvrages gotechniques renforcs raliss en montagne dans le contexte des risques naturels. Elle vise analyser lintrt de la technique, les conditions particulires de mise en uvre et ses limites actuelles.

2.1 Description des ouvrages

Les merlons de protection pare-blocs ont globalement les caractristiques suivantes :

- hauteur : 4 12 m - parements raidis (amont jusqu 65) - parement amont en pneus, enrochements

Figure 1 : exemple de gomtrie de merlon pare-blocs ralis Crolles

~ 4 m

7 m

33

65

4 m

10 20


7

Les digues paravalanches (de dviation et darrt) ont globalement le mme profil. Leurs caractristiques dimensionnelles sont les suivantes :

- hauteur 5 15 m pour les digues de dviation - hauteur 12 25 m pour les digues darrt - parement aval 33 en gnral - parement amont entre 45 et 70 (lidal est un parement perpendiculaire au terrain

amont, mais savre souvent difficilement ralisable techniquement) La gomtrie type des ouvrages gotechniques utiliss dans le cadre des ouvrages de protection contre les avalanches et les crues sont dcrites sur les figures 2,3,4,5 :

Figure 2 : coupe schmatique dune protection de berge

Figure 3 : coupe schmatique dune digue avec fosse amont (chute de blocs)

Figure 4 : coupe schmatique dune digue sans fosse amont (crues torrentielles, avalanches)

Digue Volume de stockage rsiduel disponible (remblai)

Dpt existant

Sabot

Protection de berge

Digue

Surprofondeur (remblai)

Volume de stockage rsiduel disponible

fosse


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Figure 5 : Reprsentation schmatique dun barrage de sdimentation

Ouvrage Terminal

Rive gauche

A

Amont

B B

A

Coupe BB

Largeur de la zone de dpt

Largeur Zone Depot

Seuil amont de laplage de dpt

Digue rive gauche (reprsentation schmatique)

Volume terrass


9

T.N .

T.N .

1

2O u v ra g e su p rie u r

O u v ra g e in f rie u r(m a ssif e n so lre n fo rc )

b c h e d 'a n c ra g e

p o u t re p a ra fo u ille

(st ru c tu re e n L c la ssiq u e )

Re n fo rc e m e n t sp c if iq u e fo n d a t io n

Figure 6 : principe dutilisation de la technique de renforcement de fondation par gosynthtique

Ce type douvrage pose un certain nombre de problmes (transmission des efforts dans le massif, contraintes sur le parement)


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2.2 Critres de conception des ouvrages gotechniques de protection contre les risques naturels

Ala Types douvrages

Critres de formes Conditions de mise en uvre

Nature des sollicitations

Contraintes particulires lies lala

Autres contraintes

Neige Digue darrt

Parement amont sub-vertical pour effet freineur La prsence dune fosse en amont de la digue na que peu deffet sur lefficacit du dispositif (la hauteur utile ne doit pas prendre en compte cette fosse)

Tourne Parement inclin pour les tournes paravalanches

Tas freineur Sub-cnique ou tronconique

Implantation dans des zones daccs difficiles Utilisation des matriaux du site (sols htrognes forte granulomtrie) Compactage difficile (accs aux engins, absence de contrle rgulier de la teneur en eau)

Dynamiques (avalanches de neige, choc de bloc) Statiques (pousse de la neige) Direction dimpact variable en cas de chocs de blocs

Prsence ventuelle de blocs de glace dans les avalanches Dans certains cas particuliers, combinaison du risque torrentiel et avalanches (ncessit de protection contre laffouillement, implantation particulire permettant dassurer lvacuation des eaux de ruissellement) Impossibilit dentretien durant lhiver

Absence de plan deau permanent Risque li la fonte des neiges Drainage des eaux de fonte prvoir

Tableau 1 : Spcificits de conception des ouvrages gotechniques de protection contre les avalanches


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Digue (contexte avalanche)

Digue (contexte crues torrentielles)

Merlon (contexte chute de blocs)

Figure 7 : profils type de digues en fonction du contexte de risques naturels (crues torrentielles, avalanches, chutes de blocs)

Hauteur utile

Hauteur utile

Hauteur utile

redans

fosse blocs


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Ala Types douvrages




Autres contraintes

Crues torrentielles

Digue de plage de dpt

Pas de contraintes spcifiques relatives la pente du parement Ncessit dune protection contre laffouillement (enrochements, gabions)

Implantation dans des zones daccs difficiles Utilisation des matriaux du site (htrognit, poinonnement) Compactage difficile (accs aux engins, absence de contrle rgulier de la teneur en eau)

Dynamiques (choc de lave torrentielle)Pousse hydrostatique du fluide

Impact sur le parement Affouillement des pieds de berges (compromis trouver entre la dformabilit du parement et la rsistance laffouillement et lrosion)

Saturation du remblai possible (dure limite le plus souvent)

Digue de protection de berge

Pas de contraintes de conception spcifiques relatives la pente du parement. La rduction de lemprise permet cependant

Pousse hydrostatique du fluide (lie la hauteur de lcoulement)

affouillement

Fosse daffouillement

Forme de la fosse daffouillement proche de la forme de la fosse naturelle

Sous-pression ventuelles

Affouillement sous et entre les blocs

Tableau 2 : Spcificits de conception des ouvrages gotechniques de protection contre les crues torrentielles


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Ala Types douvrages




Autres contraintes

Chute de blocs

Digue pare-blocs Parement vertical obligatoire La prsence dune fosse est favorable larrt des blocs (lefficacit augmente avec sa largeur)

Implantation dans des zones daccs moyen difficile (proximit des enjeux) Utilisation des matriaux du site (htrognit, poinonnement) Compactage difficile ( absence de contrle rgulier de la teneur en eau)

Parement Dans certains cas particuliers, combinaison du risque torrentiel et avalanches (ncessit de protection contre laffouillement, implantation particulire permettant dassurer lvacuation des eaux de ruissellement)

Affouillement des pieds de berges (compromis trouver entre la dformabilit du parement et la rsistance laffouillement et lrosion)

Couche damortissement sur galerie pare-blocs

Matriau lche permettant labsorption du choc Poids volumique faible recherch pour viter de surcharger la structure

Accs difficile

Dynamiques (impact)

Compactage du sol lors des chocs ncessitant une remise en tat aprs chaque vnement

Tableau 3 : Spcificits de conception des ouvrages gotechniques de protection contre les chutes de blocs


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2.3 Conception des ouvrages

2.3.1 Etat des connaissances

Lobjectif global est damliorer les mthodes de conception des ouvrages gotechniques impliquant la fois des gosynthtiques et des sols htrognes forte granulomtrie. A lheure actuelle, les techniques et mthodes de ralisation de ce type douvrages comportent encore un certain nombre de lacunes. Au niveau des produits : Les essais raliss sur les matriaux permettent souvent de ne caractriser que les produits eux-mmes. Les caractristiques de frottement entre le sol et linterface gosynthtique sont ainsi prises en compte sur la base dessais raliss sur des matriaux granulomtrie limite. Au niveau des applications des techniques : La mise en place de gosynthtiques dans les ouvrages vise amliorer les caractristiques mcaniques des sols les constituant. Dans le cas des applications classiques du gnie civil, les charges appliques sont quasi-statiques (verticales dans un contexte de chargement de type remblai, horizontales pour des digues hydrauliques). Dans certains contextes lis aux risques naturels, les phnomnes dynamiques peuvent induire des modes de fonctionnement ncessitant le recours des dispositions constructives particulires. On considre habituellement que la stabilit de louvrage limpact nest gnralement pas un problme pour les structures massives en terre. Il convient nanmoins de vrifier la stabilit des nappes suprieures des massifs renforcs mis en uvre dans le cadre douvrages soumis des sollicitations dynamiques.

Figure 8 : Effets dune avalanche sur un massif de sol renforc par gosynthtiques (clichs J.M. Tacnet)

1100 mm

55 mm

J


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Au niveau de la conception et du dimensionnement des ouvrages : Le dimensionnement du gosynthtique appliqu au renforcement est bas sur lapplication de coefficients de scurit partiels au niveau de la rsistance en traction du gotextile. Ces coefficients prennent en compte les conditions de mise en uvre (endommagement potentiel lors de la mise en uvre), le fluage du gotextile (dpendant du polymre utilis), de la dure de vie escompte pour louvrage. Ils ne prsentent pas de valeurs spcifiques dans le cadre douvrages de protection contre les risques naturels. Au niveau des paramtres mcaniques de frottement du sol, le dimensionnement reste bas sur des valeurs type. Les calculs sont rarement issus dessais raliss spcifiquement sur les matriaux mis en uvre. La prsence dlments grossiers dans les sols peut induire des diffrences notables au niveau des coefficients de frottement linterface sol/inclusion gosynthtique. Il apparat important de disposer dessais spcifiques de gosynthtiques au contact de sols forte granulomtrie. Ces essais ncessitent cependant le recours des appareillages non classiques. Au-del de la seule valeur rsistance la rupture, le module de rigidit J (KN/m) des gosynthtiques est un paramtre essentiel de dimensionnement. Il intervient au niveau du calcul de la dformation des armatures et du massif. Cette donne est fournie par les diffrents fabricants (produits certifis) mais les critres de dtermination et les conditions dessais sont rarement explicits. La fourniture des donnes relatives la rsistance la traction et la dformation maximale fournit un premier lment de comparaison. Elle ne permet cependant pas de dterminer la valeur de ce paramtre de calcul.

Figure 9 : Influence des hypothses pour la dtermination de la valeur du module de rigidit J (KN/m)

Dautre part, les sollicitations dynamiques exerces par les alas sur les ouvrages gotechniques ne sont pas prises en compte au niveau du dimensionnement. La stabilit interne nest jamais vrifie sous cette hypothse. La prise en compte des sollicitations dynamiques pourrait conduire privilgier des solutions techniques de renforcement et des produits diffrents de ceux des applications classiques. Par exemple, en cas de choc, la possibilit de reprise d'efforts de compression par effet de conteneurisation des renforcements apparat intressante. La conception dune technique adapte toutes les contraintes reste un enjeu fort. Au niveau de la ralisation des ouvrages : Un certain dcalage parfois invitable peut exister entre les prescriptions imposes par le fabricant, le concepteur, le matre duvre et la ralit des caractristiques mcaniques et physiques (granulomtrie, angularit) des sols mis en uvre. Linfluence de ces paramtres sur le comportement global du sol reste dfinir. Au niveau de la matrise duvre : Les calculs de prdimensionnement des ouvrages tablis au stade de lavant-projet sur la base dhypothses gnralement favorable sont parfois utiliss sans actualisation et prise en compte des paramtres de chantier.

J1 J2 J3 J3< J2


17

2.3.2 Avantages-inconvnients des techniques de renforcement par gosynthtiques

De manire gnrale, lavantage des techniques de renforcement des sols dans un contexte douvrages de protection contre les risques naturels rside essentiellement dans la rduction de lemprise au sol des ouvrages et la possibilit dutiliser les matriaux du site. Les inconvnients et lacunes relatives restent cependant la mconnaissance du comportement des sols ( forte granularit) et la modification et dgradation des caractristiques dinterface inclusions gosynthtiques/sols grossiers. Le tableau ci-dessous propose une premire analyse de ladquation des produits gosynthtiques ou grillage au contexte des sols forte granularit. Nature du matriau

Type Avantages (+) Inconvnients (-)

non-tisss aiguillets

Souplesse, adaptation une granulomtrie grossire

peu adapts au contexte de renforcement des sols (sensibilit au poinonnement, fort allongement) durabilit ?

Gocomposite (non-tiss et tiss)

Allongement plus faible Rle de sparation jou par le gotextile non-tiss support

Endommagement (risque darrachement des fibres de renforts) Durabilit ?

+ ou - ? effet de la perforation sans perte de matire (rpartition de part et dautre des blocs mais rduction de la surface de contact fibres sols)

tisss

Forte rsistance mcanique Sensibilit lendommagement durabilit G

osy

nth

tique

s

gogrilles Forte rsistance mcanique Mobilisation de la pseudo-cohsion (imbrication grains/grille)

Rigidit Mcanismes et caractrisation de la mobilisation du frottement et/ou de la pseudo-cohsion mal connue

grillage gabions Mise en place sur sol non compact comportant des lments grossiers conseille (festonnage)

Dformation importante du grillage (la prsence de gros blocs augmenterait la raideur mais cet effet nest pas quantifi) Risque de corrosion

Lamelles mtalliques

Faible allongement Conditions restrictives sur la granulomtrie utiliser Paramtres de frottement mal connus au contact de granulomtrie grossire Mise en uvre plus dlicate Risque de corrosion

Incl

usio

ns m

tal

lique

s

Treillis soud Rigidit si fort diamtre permettant la transmission partielle defforts de compression

Rigidit empchant ladaptation aux sols grossiers La mobilisation des efforts dans le sol se fait partiellement par frottement (lautre effet est mal connu)

Tableau 4 : Adquation des produits de renforcement lutilisation de sols forte granularit


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Ordres de grandeur des cots des techniques A titre purement indicatif, le tableau ci-dessous donne quelques ordre de grandeur de cots des diffrentes techniques susceptibles dtre utilises en renforcement de sols dans le cadre de travaux de protection contre les risques naturels (fourniture et pose, non compris matriau de remblai)

Technique Cot moyen en F. HT / m2 de parement

(fabricant)

Prix mini Prix maxi

Gotextile (+ cran U.V.) 500 Terre Arme 550 375

Textomur 800 France-gabions 800 ArmaPneusol 1 rang 1100

1 rang 1000 304 Pneutex 2 rangs 1200 475 1400

Adaptation du type de parement au contexte des diffrents alas Type de parement

crues torrentielles avalanches Blocs Gabions X X X Bloc bton X X pb. Impact ? -- pb. impact Enrochement libre X X -- pb. impact Enrochements btonns

X X pb. Impact ? -- pb. impact Pneus (PL) avec bton

X X X

Pneus (PL) vgtalis

-- pb. Erosion et affouillement

X X

Conteneurs -- pb. Erosion et affouillement

X X

X : adapt -- : inadapt

Tableau 5 : Tableau comparatif des diffrents types de parement


Cemagref Lirigm 19

3 SYNTHESE DES DIFFERENTES TECHNIQUES EMPLOYEES POUR LE RENFORCEMENT DES SOLS

Les distinctions entre les diffrentes techniques se font en fonction de : la nature des nappes ou inclusions de renforcement (gotextiles ou produits apparents types

gogrilles, grillages mtalliques, nappes mtalliques ; la nature du parement.

3.1 Historique de la technique Lide de renforcer les sols par inclusion nest pas rcente. Ds lancienne Egypte, les btisseurs des Grandes Pyramides utilisaient des rampes renforces empiriquement grce la mise en place de lits de roseaux et alatoirement de poutres en bois de palmier. Ces rampes taient des sortes de remblais provisoires pouvant atteindre 20 mtres de hauteur et servant hisser les blocs constitutifs de ldifice.

Figure 10 : Rampes de pyramides (daprs Les btisseurs des grandes pyramides, G.

Goyon, Pygmalion, 1990)

Aujourdhui, les techniques de renforcement ont heureusement volu et de nouvelles mthodes de calculs sont apparues et se sont affines au cours des trente dernires annes, en particulier depuis lavnement de la Terre Arme en 1963. Depuis lors, cette technique a largement t utilise travers le monde avec pas moins de dix mille ouvrages (Fondations et Ouvrages en terre, G. Philipponat, B. Hubert, d. Eyrolles,1998) construits avec cette mthode.

Paralllement, avec les progrs de lindustrie ptrochimique se sont dveloppes les mthodes de renforcement par gosynthtiques (gotextiles, gogrilles,). La ralisation du premier ouvrage renforc par gotextiles sur lautoroute A15 date de 1971 (Puig et Blivet, 1973).


Cemagref Lirigm 20

Enfin, des techniques alternatives sont apparues qui mettent en uvre diffrents procds : renforcement par pneus usags, par treillis mtallique,

3.1.1 Le renforcement par gotextiles

3.1.1.1 Gnralits sur les gotextiles

Les gotextiles sont des produits textiles bases de fibres polymres utiliss au contact du sol dans le cadre dapplications dans le domaine de la gotechnique et du gnie civil. Leurs domaines dutilisation sont trs vastes et concernent aussi bien la gotechnique routire, les centres de stockage de dchets, les amnagements hydrauliques, la stabilisation des sols et le renforcement des fondations Le tableau rsume les principales fonctions des gotextiles ainsi que les critres essentiels de dimensionnement.

Fonction Description Exemples Caractristiques essentielles pour

assurer la fonction Sparation Eviter linterpntration de sols de

nature et de granulomtrie diffrente (en vue de maintenir leurs performances initiales)

couches de forme routires, voies ferroviaires, remblais sur sols compressibles

Rsistance la traction, la perforation statique, allongement

Filtration Assurer le passage de leau perpendiculairement au plan de la nappe en retenant les particules de sol

Protection des drains contre le colmatage, couche de transition sous enrochement

Permittivit Ouverture de filtration (Of)

Drainage Assurer le passage de leau dans le plan de la nappe

Drainage sous fondations, sous remblai, au contact douvrage (tunnels, murs)

Transmittivit

Renforcement Amliorer la rsistance dun massif de sol dans lequel il est inclus

Murs de soutnements, radiers sous chausse, fondations sur sols compressibles

Rsistance la traction, allongement, frottement dinterface

Protection Protger une structure fragile (gomembrane) contre des lments poinonnants

Bassin de retenue, parement de barrages, digues

Rsistance la perforation, grammage

Lutte contre lrosion

Limiter les mouvements de particules de sol en surface causs par leau ou le vent

Protection de berges (canaux, torrents), de talus, ctes soumis lrosion maritime et olienne

Capacit permettre le dveloppement de la vgtation

Tableau 6 : principales fonctions des gotextiles

Les gosynthtiques regroupent en plus des gotextiles, les gogrilles, gocomposites, gocellules, gonaturels dnomms produits apparents.


21

Les gotextiles se classent en fonction de leurs proprits caractristiques telles que leur rsistance la traction, leur rsistance au dchirement, leur permittivit, leur transmittivit ou encore leur ouverture de filtration. Le comit franais des gosynthtiques (CFG) a dfini la classification dcrite dans le tableau 8 :

Tableau 7 : classes de gotextiles (CFG)

non-tisss aiguillets

tisss PP/PEHD

tisss PET tisss mono-

filament

gogrilles PET

gogrilles PP

grillage gabions

Rsistance la rupture

- * * * * * * * * * * * * * *

Allongement la rupture

- * * * * * * * * * * * * * *

Frottement * * * * * * * * * * * * * * * * * * * Rsistance au poinonnement (CBR)

* * * * * * * - * * * * * * * * * * * * *

Performances long terme

- * * * * * * * * * * * *

Durabilit (rsistance la corrosion, aux UV)

* * * * * * * * - * * * * * * -

Permabilit * - - * * * * * * * * * * * * * * *

Tableau 8 : Comparaison des diffrents produits gosynthtiques

Symbole Signification **** Trs adapt *** Bien adapt ** Moyennement adapt * Peu adapt - inadapt

PP : polypropylne PEHD : polythylne haute-densit PET : polytrphtalate dthylne ou polyester


22

Outre leurs caractristiques physiques et mcaniques initiales, la comparaison entre les diffrents produits peut tre faite sur la base de leur capacit maintenir ces caractristiques aprs mise en uvre.

3.1.1.2 Caractristiques des gosynthtiques

Une inclusion gosynthtique de renforcement doit remplir les deux fonctions suivantes:

Avoir une bonne rsistance la rupture mobiliser le frottement du sol

Le fonctionnement la traction est caractris par son module de raideur en traction (J).

T : effort en traction l : dformation

Figure 11 : comportement simplifi dune inclusion la traction

Le comportement linterface est caractris par la loi de frottement lastoplastique linterface sol / gosynthtique. Elle se prsente schmatiquement de la faon suivante :

Figure 12 : loi de frottement schmatique linterface sol/inclusion

gotextilesolc += tan avec sol

gotextilesolf

tantan =

Ces deux aspects (comportement la traction et interaction sol/inclusion) sont par exemple pris en compte dans le programme de calcul de stabilit Cartage.

p

Up

J [kN/m]

T (kN)

l (m)


23

3.1.1.2.1 Coefficient de frottement f

La majorit des valeurs du coefficient de frottement f (sol

iquegosynthtsolf

tantan = ) disponibles est

issue dessais raliss sur sable et gotextiles types. Quelques valeurs sont proposes par dfaut dans les codes de calcul. Ces coefficients varient entre 0,6 et 0,9 dans le cas des sols conventionnels et lorsquon utilise des gotextiles. Des valeurs trs infrieures ont cependant pu tre mises en vidence lors dessais spcifiques.

valeur du coefficient de

frottement f angle de frottement du sol angle de frottement sol-

gosynthtique

25 13 30 16 35 19 40 23

0,5

45 27 25 16 30 19 35 23 40 27

0,6

45 31 25 18 30 22 35 26 40 30

0,7

45 35 25 20 30 25 35 29 40 34

0,8

45 39 25 23 30 27 35 32 40 37

0,9

45 42

Tableau 9 : valeurs dangle de frottement sol/geotextile en fonction du coefficient de frottement et de langle de frottement sol/sol

En ce qui concerne les sols grossiers, les valeurs de f sont difficilement accessibles, comme en tmoignent les rsultats dessais sur sols grossiers (torrent du Rif-Fol). Les auteurs (Tacnet J.M., Gotteland P., Aboura A., 1999) trouvent des coefficients de frottement sol / gogrille (TSR 110) de lordre de 0,5. En revanche ce coefficient est de 0,7 pour le gotextile BDR 200 coll sur plaque en bois. Les conditions dessais influent donc largement sur les rsultats. Le jeu de valeurs de f disponibles actuellement est insuffisant pour dimensionner des ouvrages en sols grossiers. Des essais de cisaillement et de frottement dinterfaces spcifiques doivent tre adapts la caractrisation du frottement entre les gosynthtiques et les sols forte granularit.


24

3.1.1.2.2 Rsistance lendommagement

Lendommagement peut avoir lieu de diffrentes manires en fonction du type de gosynthtique utilis, du type de sol, du compactage, de la prsence de branches ou de dbris Des essais types permettant de comparer le comportement des diffrents produits face au poinonnement ou aux dchirures ventuelles peuvent tre mis en uvre suivant les spcificits du chantier. Il semble ressortir de lexprience actuelle que les produits les plus rsistants lendommagement sont, par ordre dcroissant, les gogrilles, gotextiles tisss puis les non-tisss (fibres longues puis courtes). Cet aspect devra tre pris en considration pour lutilisation des sols grossiers particulirement agressifs mcaniquement.

3.1.2 Conditions de mise en uvre

La mise en uvre du gosynthtqiue se fait classiquement sur une couche de sol compact. Linterface sol / gosynthtique est plane, ce qui peut en faire une surface de glissement prfrentielle (f < 1). Lorsquon utilise des sols grossiers (particulirement pour les matriaux provenant dboulements), il peut subsister des branches, des blocs anguleux qui poinonnent le gotextile. Il est difficile de prvoir si ce phnomne contribue lancrage de la nappe dans le sol ou si au contraire cela nuit la rsistance du produit. Il serait donc intressant dtudier linfluence des poinonnements sur les gotextiles (et notamment sur les produits tisss) grce des essais spcifiques. La mise en uvre du gosynthtique sur un sol non compact (le compactage tant effectu aprs recouvrement par une nouvelle couche de remblai) permettrait le festonnage et apporterait un plus en terme de frottement et dancrage. Par contre le compactage provoque un endommagement du gotextile plus important, surtout dans le cas de sols lments anguleux. Leffet du compactage par ralisation de chargements rpts sur un sandwich sol / gosynthtique a t tudi (Gourc, 1982). Ces tests mettent en vidence une perte de rsistance la traction de 5 35 % aprs compactage. Langularit des grains ne semble toutefois pas tre le seul facteur dendommagement. En effet les tirements rpts subis par le gotextile chaque passage du rouleau compresseur provoquent une fatigue acclre de ce dernier. Ceci est dautant plus vrai que la diffrence de dformabilit entre le sol et le renforcement est importante. La teneur en eau joue un rle essentiel.


25

3.1.3 Le renforcement par gogrilles

3.1.3.1 Dfinition et mode daction

Les gogrilles sont classes parmi les produits gosynthtiques. Elles se prsentent

sous la forme de grilles monolithiques, tisses ou fils souds dont la maille peut avoir des formes diverses. En particulier, on peut distinguer les gogrilles uniaxiales ayant une rsistance la traction plus leve dans une direction que dans la direction perpendiculaire et dont la maille est allonge, et les gogrilles biaxiales ayant la mme rsistance dans les deux directions du maillage qui, dans ce cas, est carr. Sur la page suivante est prsent un exemple de gogrille unixiale.

Dautre part, le mode daction des gogrilles nest pas le mme que pour les

gotextiles classiques. En effet, les lments du sol sintroduisent dans la structure ouverte des gogrilles ce qui permet dobtenir une transmission de contraintes non seulement par frottement sol-gogrille mais aussi par autoblocage entre la grille et le remblai comme le montre le second schma de la page suivante pour une gogrille biaxiale rigide et une gogrille biaxiale souple.

Figure 13 : Exemple de gogrille uniaxiale


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Figure 14 : Imbrication des grains dans une gogrille rigide ( gauche) et souple ( droite)

Ce mode daction a pour effet dobtenir une grande rsistance au glissement et de rduire la longueur dancrage des nappes de gogrilles.

Dautre part, la nature mme des gogrilles fait que leur module dlasticit est lev ce qui gnre une grande rsistance la traction pour de faibles contraintes. En outre, le problme du fluage long terme est rduit en grande partie. Leur surface de contact avec le sol est plus faible : lancrage des gogrilles se fait essentiellement par le blocage dlments lintrieur des mailles. Ceci a pour effet daugmenter la cohsion entre les grains. On peut ainsi obtenir des valeurs du coefficient de frottement f >1 lors dun essai de cisaillement (Collios, 1981). Ce phnomne dnomm la pseudo-cohsion (interlocking en anglais), ncessite une bonne adquation entre le diamtre moyen des grains et la taille de la maille. Les meilleurs rsultats en ancrage semblent tre obtenus pour des sols bien tris (Cu faible, granulomtrie uniforme) et pour des diamtres de maille de lordre de 3 15 fois le D50.du matriau. Selon certaines marques (doc. Tensar), le coefficient f serait de 0,9 1 en prsence de roches broyes ou de graves. Dune manire gnrale les gogrilles prsentent les caractristiques suivantes :

avantages :

- bonne rsistance lendommagement - excellente permabilit (colmatage impossible)

inconvnients

- peu de souplesse en flexion - recouvrement important conseill (Tensar prconise 1,5 m)

Les gogrilles se diffrencient selon leur matriau constitutif et selon leur mode de fabrication. Elles peuvent donc tre :

- thermoformes - extrudes - sous forme de bandes extrudes soudes - tisses - poinonnes


27

Il est important de noter quune grille mailles souples et dformables favorise limbrication des grains (interlocking) dans le maillage et donc augmente sensiblement la capacit dancrage du produit (dans certaines conditions de granulomtrie difficile dterminer prcisment). Le comportement mcanique dpend surtout du matriau constitutif de la gogrille. De manire gnrale, peu dessais et de prconisations correspondent au contexte des sols forte granulomtrie.

3.1.3.2 Gogrilles PP, PEHD

Conditions restrictives

- pH compris entre 2 et 12 - Ne pas utiliser en prsence de sulfates dans le sol - Ne pas utiliser en prsence de mtaux de transition

Avantages

- faible endommagement la mise en uvre (par exemple, coefficient de scurit

Tensar de 1,2 si Dmax=100 mm et D50 = 30 mm) - Utilisation (presque) tous les pH rencontrs dans lenvironnement

Inconvnients

- comportement relativement mdiocre au fluage surtout pour le prolypropylne (PP)

(coefficient de scurit Tensar de 2,3 sur PEHD uniaxiale et de 4 su PP biaxiale) - la rsistance une exposition aux UV est mal connue.

3.1.3.3 Gogrilles PET

Conditions restrictives - pH compris entre 3 et 9 (utilisation recommande des pH compris entre 5 et 8 ) - Ne pas utiliser avec des sols calcaires - Ne pas utiliser avec des sols traits la chaux ou au ciment

Avantages

- trs bon comportement en fluage (coefficient de scurit Tensar de 1,75)

Inconvnients

- Endommagement assez important lors de la mise en uvre (coefficient de scurit Tensar de 1,5 1,7 suivant revtement PVC ou Acrylic si Dmax=100 mm et d50 = 30 mm)

- Prix

3.1.4 La technique Pneusol

Cette technique diffre du procd Pneutex par le fait que le renforcement nest plus assur par des nappes gotextiles mais par des niveaux de pneumatiques usags de vhicules lgers, relis entre eux par sangles polyester ou attaches mtalliques et dont les flancs sont entirement dcoups comme le montre le schma ci-dessous :


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Cette solution avait t envisage en 1989 pour louvrage dAigueblanche, mais sont prix de 1200 F hors taxe par mtre carr de parement tait prohibitif par rapport la technique Pneutex (740 F H.T.). Ce prix lev sexplique par un temps de mise en uvre plus grand d la difficult de confectionner les nappes de pneus VL par rapport au droulement ais de nappes de gotextiles.

3.1.5 Le renforcement par grillages ou par treillis mtalliques

Le renforcement par treillis mtalliques sapparente la technique Pneutex, les gotextiles tant remplacs par des treillis. Cette technique est appele Armapneusol et a lavantage dtre utilisable avec des sols contenant de trs gros lments.

Une autre technique consiste mettre en uvre des grillages sur lesquels le sol est compact. Cest le systme Terramesh dont le parement est en gabions. Une technique drive (Terramesh Vert) permet une revgtalisation du parement grillag. On peut noter que pour le remplissage des gabions, les gros lments issus de lcrtage des matriaux de torrent pourraient tre utiliss, condition quils soient eux-mmes crts pour supprimer les trs gros lments. La rsistance du grillage en traction avoisine les 45 kN/m. La mise en uvre de la technique Terramesh est dcrite sur la page suivante.

Les techniques de renforcement peuvent tre utilises en association avec un parement de gabions, des nappes de grillage dacier tress mailles hexagonales (procd Terramesh). De part sa structure, la rsistance la traction du grillage est plutt unidirectionnelle (paralllement au tresses). Lacier est galvanis puis gain par du PVC , afin de le prserver de la corrosion. Lavantage principal de cette technique par rapport aux gogrilles conventionnelles est la dformabilit de linclusion qui permet sa mise en place sur sol non compact. Le frottement mobilisable est ainsi augment grce au phnomne de festonnage. Le remplissage des mailles par les lments du sol a tendance les prserver dune longation trop importante.

Matriau de remblai : Le matriau de remblai doit possder les caractristiques suivantes :

- La fraction < 75 m ne doit pas excder 15 % (jusqu 20 % si langle de frottement est suffisant)

- La fraction < 100 mm doit tre dau moins 90 % - Dmax = 250 mm

A noter quune granulomtrie du remblai comprise 100 % entre 0,02 et 6 mm procure les meilleurs rsultats tant en terme dancrage quen terme de protection du revtement du grillage. Les matriaux ayant des caractristiques mcaniques suffisantes mais ne rpondant pas ces critres ne seront pas utiliss. Ces recommandations sont destines garantir un comportement du massif renforc constant, quelles que soient les variations de la teneur en eau qui peuvent survenir tout au long de la


29

vie de louvrage. La densit minimale requise pour le matriau est de 1800 kg/m3, le taux de compactage en tout point du massif devant tre dau moins 95 % de lOptimum Proctor Normal. Les matriaux doivent tre mis en uvre par couche de 25 30 cm, le compactage tant ralis paralllement au parement. A proximit du parement (1 m), celui-ci sera effectu au rouleau manuel ou la plaque vibrante. Les remblais ne doivent pas comporter de terre vgtale, de matires putrescibles ou de dchets domestiques. Les dchets industriels rpondant aux critres ci-dessus peuvent tre utiliss sous rserve dtude complmentaire. Langle de frottement interne du matriau doit tre dau moins 28 30.

caractristiques mcaniques du remblai renforc Si les conditions prcdentes sont respectes, langle de frottement interne du remblai sera dau moins 36 . Des essais dancrage ont t raliss en Australie (New South Wales University, Canberra) sur du sable fin, considr comme le matriau le plus dfavorable. Le coefficient deffilement mesur Cs = Tamax/A/n = 2 tan * ( effectif linterface) tait de 0,91 (soit * = 24,5 ) pour le sable fin compact et de 0.61 (soit * = 17 ) pour le mme matriau non compact.


30

Figure 15 : principe de mise en uvre de la technique Terramesh

La technique de renforcement du sol par grillage mtallique semble adapte mais mobilise le sol diffremment des gosynthtiques classiques. Les mthodes dessais courantes apparaissent ainsi assez mal adaptes. Par exemple, lessai de cisaillement direct ne convient pas (ou savrerait difficilement exploitable) pour ltude du comportement dinclusions qui ne seraient pas situes exactement dans le plan de cisaillement .


31

Avantages

- Bonne dformabilit en flexion de linclusion donc bonne capacit dancrage - Mise en uvre possible (et mme conseille) sur sol non compact - La prsence dlments grossiers augmente globalement la raideur de linclusion - Large gamme de sols utilisables

Inconvnients

- Rsistance la rupture limite (~ 45 kN/m) - Dformation non ngligeable la rupture (200 280 % pour le grillage vide) ; toutefois

lintercalation des lments de sol dans les mailles du grillage amliore la raideur des nappes.

- Sensibilit la corrosion (pH mini = 5) Dans le cas dutilisation de gabions, le matriau de remplissage sera effectu autant que possible par des matriaux durs, insensibles leau, non volutifs et surtout non glifs (important en contexte montagnard). Une densit minimale de 2,3 t/m est conseille.

3.1.6 Le renforcement par ancrage

Il sagit de renforcer le sol par des barres mtalliques au bout desquelles sont placs

des blocs dancrage. Le renforcement est ainsi assur par frottement ainsi que par contre-bute. Les barres ont une section ronde pour rduire la surface soumise la corrosion et sont lies au parement compos dcailles en bton.

Une autre technique consiste lier chaque lment prfabriqu en bton une bute dancrage par lintermdiaire dune bande en polymre :


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3.1.7 La Terre Arme

3.1.7.1 Dfinition

La Terre Arme fut mise au point par H. VIDAL en 1963. Cette technique de renforcement de remblais consiste en lassociation de trois lments principaux savoir :

un sol plus ou moins frottant constituant la majeure partie du remblai et devant possder un certain nombre de caractristiques mcaniques

des inclusions horizontales et linaires appeles armatures qui jouent le rle dlments de renforcement

un parement, anciennement mtallique, aujourdhui plutt constitu dlments bton prfabriqus (cailles), dont la fonction mcanique est trs limite

Principe dun massif en Terre Arme

3.1.7.2 Le parement

Le parement est la face apparente du remblai renforc. Il na quune fonction limite dans le renforcement. Ses fonctions sont les suivantes :

protger le massif de toute agression extrieure et en particulier de lrosion

superficielle

rsister aux efforts dus aux pousses des terres


33

viter les ruptures locales pouvant affecter le remblai

dun point de vue purement esthtique amliorer lapparence extrieure de

louvrage (surtout pour les parements en cailles).

Trois types de parements existent :

le parement mtallique, qui aujourdhui nest plus employ. Pour information, il sagissait dlments cylindriques section semi-elliptique

le parement en cailles de bton, qui est trs largement rpandu. Les

cailles sont des plaques de bton cruciformes, non ferrailles, ayant pour dimensions 1,5 x 1,5 mtres et un poids moyen de 700 kg. Le lien entre les cailles constituant le parement est assur par des goujons et des joints compressibles entre cailles superposes autorisent la dformabilit du parement dans un plan vertical. De plus, les cailles possdent un certain jeu entre elles ce qui donne au parement une certaine souplesse. Ceci permet en particulier la construction de parements courbes.

Enfin, de plus en plus utilis, le parement TERRATREL en treillis mtallique auquel sont attaches les armatures de renforcement et qui permet une vgtalisation du parement. Une gogrille ou un gotextile non tiss peut lui tre associ.


34

Il apparat clairement que les deux premiers types de parement existant nautorise en aucun cas la construction douvrage de protection contre les phnomnes naturels (chutes de blocs, avalanches,) en raison de leur sensibilit limpact mais ils peuvent tout fait convenir pour des remblais de renforcement de route en zone instable par exemple.

3.1.7.3 Les armatures

Les armatures se prsentent sous la forme de bandes plus ou moins larges (5 10 cm), de faible paisseur (quelques millimtres), souvent crneles pour assurer un frottement plus important avec le sol renforcer. Suivant les cas dapplication, elles peuvent tre constitues en :

acier inoxydable alliage daluminium acier doux galvanis des polymres

Dans la plupart des cas, on utilise un acier doux galvanis. La technique mettant en uvre des bandes en polymre est nomme Freyssisol. Les armatures sont alors composes de fibres en polyester gaines dune couverture de polythylne.

Il existe deux types darmatures mtalliques : les armatures lisses pour lesquelles langle de frottement sol-inclusion g nest

jamais suprieur langle de frottement interne du sol

les armatures rugueuses dites haute-adhrence pour lesquelles langle g peut tre suprieur . Ces armatures prsentent des crnelures qui ont pour effet laugmentation de la valeur de

3.1.7.4 Mise en oeuvre

La construction dun ouvrage en Terre Arme implique le respect de conditions de mise en uvre spcifiques (cf. norme NFP 94-221, Ouvrage en sols rapports renforcs par armatures ou nappes peu extensibles et souples)

La technique de mise en uvre employe correspond la construction par niveaux successifs du massif renforc. Pour chaque niveau, les tapes suivantes sont suivre :

mise en place dun niveau dlments du parement pose darmatures parallles et rgulirement espaces ancrage des armatures au parement par lintermdiaire dun boulonnage remblaiement compactage de la couche de sol


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Ces oprations sont rptes pour chaque niveau de louvrage.

3.1.7.5 Restrictions dutilisation

La mise en uvre dun ouvrage en Terre Arme est soumise un certain nombre de restrictions concernant plus particulirement la granulomtrie du matriau employ ainsi que les conditions de terrassement.

Les rgles relatives la granulomtrie sont les suivantes : le poids de la fraction fine du matriau (lments infrieurs 80 m) ne doit pas excder 15% les lments grossiers suprieurs 100 mm ne doivent pas excder 25% le sol ne doit comporter aucun lment dune taille suprieure 250 mm Le sol employ devra possder une granulomtrie uniforme (Dans le cas o le coefficient

duniformit Cu (Cu = D60/D10) est infrieur 2, il est ncessaire de lintgrer dans le dimensionnement.

Les deux tableaux suivants dfinissent lutilisation dun sol dans un massif en Terre Arme. Le premier tableau valide ou non un matriau en fonction du pourcentage de passant 80 m et 15 m, du type darmature utilis et de langle de frottement interne du sol :

Le second tableau dfinit la plage de granulomtrie utilisable :


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3.2 Les diffrents parements

Les parements mis en uvre pour des ouvrages renforcs par gotextiles sont trs nombreux. On peut citer par exemple :

3.2.1.1 Parement gotextile

le parement en gotextile qui consiste rabattre les nappes entre chaque niveau darmature

Il existe divers types de coffrages. Sur la page suivante se trouvent les schmas de mise en uvre pour un coffrage amovible. Aprs mise en place du coffrage (1), le gotextile est dpos de telle sorte que lon ait en rserve une petite longueur de nappe au parement. Puis, le remblaiement et le compactage une fois raliss (3), cette surlongueur est rabattue (4) et le coffrage est remont dun niveau (5) et ainsi de suite. Le principal dsavantage de ce type de parement est que la partie visible des nappes doit tre traite vis--vis des rayons ultraviolets auxquels les gotextiles sont trs sensibles.


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3.2.1.2 Parement en lments prfabriqus

Les lments prfabriqus sont des cellules plus ou moins creuses, de gomtrie varie que lon remplit si ncessaire de matriau. Les nappes de renforcement sont protges mais louvrage perd de sa dformabilit et le cot du parement est lev. On trouvera ci-dessous quelques exemples dlments prfabriqus et en page suivante un exemple douvrage ralis avec un parement en lments poids prfabriqus servant de coffrage perdu.


38

3.2.1.3 Parement en terre vgtale (avec renforts)

Des parements en terre vgtale peuvent tre recherchs avec un objectif supplmentaire de protection contre lrosion par gogrille ou par produits gotextiles alvolaires (procd Armater). Le gotextile de renfort est bien protg mais la pente maximale autorise pour ce genre de parement nest que de 45 (avec renforcement de type gogrille ou par alvoles dArmater) voire 2/3 en labsence de renforts.

Le procd Armater consiste mettre en place des lments alvolaires en gotextile remplis de terre vgtale.


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le parement utilisant des conteneurs souples en gotextiles ou en conteneurs de type gabions.

Pour ce procd, les conteneurs sont remplis de matriau granulaire et servent de coffrage perdu lors de ldification du massif arm. La dformabilit de louvrage est conserve mais la gomtrie du parement est imparfaite et peu esthtique. Cependant, en enveloppant les conteneurs par les nappes de renfort comme pour le mur ralis sur la corniche de Trouville-sur-Mer (76), le rsultat est tout fait acceptable. Dans ce cas, une protection contre les ultraviolets est prvoir.

le parement en pneumatiques usags.

Ce procd appel Pneutex consiste, pour le parement, superposer deux ranges de pneus usags poids lourds entre deux nappes de renforcement successives. La largeur de ces pneus est de 33 cm et leur flanc suprieur est dcoup afin de faciliter leur remplissage. Le gotextile est li au parement par pinage entre les pneus.


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Cette technique a t employe Aigueblanche sur le chantier de la dviation de la route nationale 90 entre Albertville et Moutiers pour la construction dun merlon pare-blocs de 7 m de hauteur et de 5 m de largeur en tte. Le parement amont devait tre raidi 60.

Pour cet ouvrage, un gotextile tiss polyester 80/80 fourni par UCO France a t choisi. Le sol de remblai est compos dboulis de granulomtrie 0/200 prsentant des lments parfois anguleux et un angle de frottement sol-gotextile entre 30 et 33. Ainsi, ce type de sol semble aussi agressif quun matriau de torrent pour lequel les lments anguleux sont nombreux et langle dinterface varie autour de 31 (torrent du Manival).

Trois planches dessais ont t conues avec trois gotextiles distincts (Notex GX01,

UCO 150/60, Propex 9B/10766/300) pour contrler une bonne mise en uvre et pour vrifier que les produits employs ne sendommageaient pas trop lors du compactage. Il sest avr que les dgradations observes taient mineures.

Construit en 1989, le prix hors taxe par mtre carr de parement slevait 740 F

contre 1200 F pour une solution Pneusol (cf. paragraphe XX). Cette technique est donc intressante dun point de vue conomique.


41

Dun point de vue mcanique, ces parements en pneus permettent une bonne absorption des impacts et sont donc bien adapts un contexte douvrages de protection contre les chutes de blocs. Le paragraphe ci-dessous compare les deux techniques essentielles mettant en uvre des parements en pneus :

Pneutex 1 ou 2 ranges influent peu sur la stabilit densemble La mise en place de 2 ranges de pneus permet par contre une meilleure absorption des chocs et une rparation ventuelle. Cette solution prsente donc une meilleure scurit en terme de fonctionnement et dentretien de louvrage. Le choix de solution technique faisant appel une seule range de pneus devrait entraner une surpaisseur de la digue pour pallier la rduction deffet amortisseur. Armapneusol Avantages Les armatures mtalliques prsentent a priori une plus grande durabilit dans le temps et les mcanismes rgissant lvolution de leurs caractristiques mcaniques sont connus (seule la rduction de section lie une corrosion influe sur le diamtre et donc sur la rsistance de larmature) La rigidit permet de rpartir un effort dimpact dans lensemble de la structure. La rsistance des armatures les rend moins sensible aux conditions de mise en uvre (pas de sensibilit au poinonnement). Accrochage au parement par frottement entre les armatures et les pneus (?). Inconvnients Le mcanisme de mobilisation de la rsistance par contact avec le sol est mal connu (part du frottement, de limbrication entre les grains et larmature ?). Si lon considre que le frottement est prdominant, la rigidit des armatures est un facteur limitant (impossibilit dadaptation aux conditions de terrain).

Le parement Textomur

Ce parement associe la fois un treillis mtallique, un produit textile non tiss servant la revgtalisation et un gotextile de renforcement en polyester lui aussi non tiss. Le textile de revgtalisation qui recouvre lintrieur du treillis a pour rle de protger le parement contre lrosion de leau et du vent et de permettre aux vgtaux de sy fixer.


42

parement en gabions

Les gabions sont des conteneurs en grillage mtallique dont les mailles mesurent 6, 8

ou 10 cm de largeur. Ces conteneurs sont remplis de cailloux dont la taille minimale est de 1,5 fois la taille de la maille utilise et dont la taille maximale est de 2,5 fois la taille de la maille. Le grillage est fabriqu en acier galvanis, en acier recouvert dune pellicule de PVC, en alliage aluminium-zinc ou en acier inoxydable.

Gotextile de renforcementTreillis mtallique

Textile de vgtalisation

Gabions

Attaches Gogrilles


43

le parement en treillis mtallique (procd Mcamur)

Cette technique emploie un treillis mtallique en parement auquel est attach une gogrille biaxiale comme le montre le schma ci-dessus.

le parement gogrille de type Terra Bloc Ce procd consiste former de blocs triangulaires entours dun grillage mtallique. Une gogrille biaxiale entoure le prisme et forme une boucle qui permet la mise en place de ce prisme. La boucle est alors rabattue et la gogrille dploye est remblaye.


44

A) gogrille biaxiale ; B) gazon ; C) grillage mtallique ; D) sol ; E) boucle

le parement en gabions

Les gabions sont des conteneurs en grillage mtallique dont les mailles mesurent 6, 8

ou 10 cm de largeur. Ces conteneurs sont remplis de cailloux dont la taille minimale est de 1,5 fois la taille de la maille utilise et dont la taille maximale est de 2,5 fois la taille de la maille. Le grillage est fabriqu en acier galvanis, en acier recouvert dune pellicule de PVC, en alliage aluminium-zinc ou en acier inoxydable.

le parement en treillis mtallique (procd Mcamur)

Gabions

Attaches Gogrilles


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Cette technique emploie un treillis mtallique en parement auquel est attach une gogrille biaxiale comme le montre le schma ci-dessus.

le parement gogrille de type Terra Bloc Ce procd consiste former de blocs triangulaires entours dun grillage mtallique. Une gogrille biaxiale entoure le prisme et forme une boucle qui permet la mise en place de ce prisme. La boucle est alors rabattue et la gogrille dploye est remblaye.

A) gogrille biaxiale ; B) gazon ; C) grillage mtallique ; D) sol ; E) boucle


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3.2.1.4 Gabions

Cette technique semble parfaitement adapte aux trois types de constructions requis dans le domaine des risques naturels. Elle est souvent associe des nappes de renfort du remblai. Les gabions permettent de mettre en place des parements raides avec des matriaux grossiers, et ce, avec un matriel rduit (une pelle mcanique suffit).

Matriau de remplissage La granulomtrie du matriau de remplissage ne doit pas excder 250 mm, lidal tant dutiliser des lments compris entre 125 et 200 mm. Un faible pourcentage de fines est autoris (moins de 5 %.de particules infrieures 70 m). En cas de carence en gros lments, le matriau le plus grossier est plac sur les faces et le plus fin sert remplir lintrieur du gabion.

Dispositions particulires Dans le cas de pentes raides ( 1:1,5), des fondations peuvent tre coules en place si le substratum ne srode pas facilement. Si le substratum est facilement rodable, la mise en place dun tablier anti-rosion permettra aux gabions dpouser le profil du lit du torrent. Dans le cas douvrage de protection de berges, en contexte torrentiel, il est possible dimpermabiliser les gabions par un enduit de sable et de bitume. Ceci permet dautre part de protger le grillage contre labrasion et la corrosion.

Avantages

- Rapidit de mise an place - structure dformable (meilleure tenue aux impacts, stabilisation de glissement ) - parement raide ( 1:1,5 1:2 ) - vgtalisation possible

Inconvnients

- sensibilit la corrosion (pH 5) - sensibilit labrasion (ex : usure par une eau charge en particules) - en prsence de fluide (eau ou neige), existence dune vitesse critique qui met en

mouvement les lments lintrieur des compartiments - fragilit potentielle du grillage en cas dimpact de blocs

3.3 Mthodes de dimensionnement

3.3.1 Renforcement par gotextiles

3.3.1.1 Principe de dimensionnement des ouvrages renforcs par gotextiles


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Comme pour les ouvrages en Terre Arme, une vrification de la stabilit externe (stabilit au glissement par rapport la base, stabilit au poinonnement, stabilit globale rotationnelle) simpose (cf. III.2.8).

Quant la stabilit interne au massif, plusieurs mthodes existent : mthode de

lquilibre global, mthode double blocs, mthode de lquilibre local, mthode des tranches (Bishop simplifie, perturbations, Fellenius) ou encore mthode en dplacements.

Nous nous intresserons cette dernire mthode sur laquelle repose le calcul du programme Cartage qui a t utilis pour dimensionner les nappes de renfort dans la partie IV du prsent document.

Cette mthode tient compte du caractre extensible des gotextiles et permet de

dterminer les efforts mobiliss dans chaque nappe. Elle associe en fait une mthode des tranches (perturbations) une mthode dquilibre local. Le dimensionnement se fait en trois tapes.

Premire tape Il sagit de dterminer en premier lieu le champ des dplacements le long de la surface de calcul considre ce qui permet dvaluer la dformation dans les gotextiles. Les dplacements locaux sont relis entre eux et au dplacement en tte de louvrage. On considre un dplacement en tte critique du remblai au-del duquel il ne rpond plus aux exigences dutilisation de louvrage.

Deuxime tape

Les dplacements locaux dtermins lors de la premire tape engendrent une traction dans les gotextiles due leur longation. Cet effort est calcul partir des lois de comportement des gotextiles en traction et du comportement dinterface sol-gotextile (frottement).

Troisime tape

Une fois les efforts dtermins au niveau de lintersection entre la surface de calcul et des nappes de renforcement, ils sont introduits dans les trois quations dquilibre statique du massif en prenant les hypothses de la mthode des Perturbations.

A partir du coefficient de scurit dsir sur les caractristiques de rsistance au cisaillement du sol, les efforts dans les gotextiles au droit de la surface de calcul ainsi que le coefficient de scurit en ancrage sont valus.

3.3.1.2 Prise en compte de coefficients de scurit pour le calcul de la tension admissible dans les gotextiles

La tension admissible Tf doit tre rduite pour diffrentes raisons :


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suivant la nature du polymre constituant ses fibres du gotextile et la dure de service attendue, le gotextile sera plus ou moins sensible au fluage. Cela sera pris en compte pour le calcul de la tension admissible en introduisant un coefficient de scurit Ff sur le fluage que lon choisira dans le tableau ci-dessous. Suivant lagressivit du sol, le gotextile est sujet un endommagement plus ou moins important lors du compactage. Des essais dendommagement sont donc prvoir pour valuer les pertes de rsistance. En labsence de tels essais, on choisira les coefficients de scurit suivant :

Sol peu agressif Fc = 1,1 Sol trs agressif Fc = 1,5

Le comportement dans le temps des gotextiles est la fois influenc par leur exposition aux ultraviolets ainsi que par la temprature et par les conditions physico-chimiques dans le sol. Pour prendre en considration ces facteurs, un coefficient de scurit est introduit :

Ouvrage provisoire Fenv = 1 Ouvrage dfinitif Fenv = 1,1

La tension admissible sera alors calcule en considrant ces coefficients de scurit

ainsi quun coefficient Fm sur la mthode de calcul employe : menvcf

f

FFFFT

T...

=

3.3.1.3 Principe de dimensionnement de la Terre Arme

La justification de la stabilit est faite deux niveaux :

analyse de la stabilit externe au niveau de la stabilit au poinonnement (vrification de la

mobilisation de la capacit portante de la fondation), la stabilit au glissement. Pour ce type douvrages souples, la ruine de louvrage par renversement est peu probable.


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lanalyse de la stabilit interne permet de sassurer que les armatures ont une rsistance en

traction et une longueur dans la zone dancrage (zone passive ou rsistante) suffisantes. Dans le cadre dun prdimensionnement, pour un ouvrage de hauteur H, la longueur L des armatures est dtermine arbitrairement avec HL .7,0>


50

4 ETUDE DE CAS ETUDES PARAMETRIQUES

Diffrentes tudes ont t menes pour : analyser les conditions dapplication de la technique de renforcement de sols utilisant des sols

forte granulomtrie un ouvrage rel ; fournir des lments dapprciation de linfluence des paramtres mcaniques dans les calculs de

dimensionnement. Dans un premier temps, nous nous intresserons ltude du renforcement de plate-forme routire sur la RD 30 prs de Saint-Hilaire-du-Touvet, puis, nous mnerons deux tudes paramtriques portant sur : la stabilit externe dun massif renforc situ en zone montagneuse ; un merlon de protection contre les chutes de blocs situ sur la commune du Gua.

4.1 Etude du renforcement dune plate-forme routire

4.1.1 Prsentation

Ltude dun glissement affectant le talus aval de la route dpartementale n 30 a t propose. Cette route est la seule reliant les communes de Saint-Pancrasse et de Saint-Hilaire-du-Touvet. Elle revt un intrt conomique particulirement important. Une remise niveau de la plate-forme routire par mise en uvre dun remblai arm parat tre une solution intressante. Le secteur de ltude est dautant plus intressant quil se trouve proximit des plages de dpt du ruisseau de la Gorgette et du torrent des Bressons, susceptibles de fournir les matriaux de remblai ncessaires.

Le glissement affecte les matriaux de couvertures (moraines) reposant sur un

substratum marneux. Ltude a t conduite sur les bases des reconnaissances gotechniques ralises par lentreprise IMSRN de Montbonnot. Les caractristiques gomcaniques des marnes et des moraines en place ainsi que la morphologie du site ont t reprises sur les conclusions de ces reconnaissances.

En premire approche, les caractristiques mcaniques utilises pour le matriau de remblai sont issues du mmoire de DEA de G. Saury (1997). portant sur l Amlioration de la connaissance des caractristiques mcaniques des sols de torrent, et plus prcisment sur les matriaux provenant du torrent du Manival.


51

Figure 16 : RD 30 Saint Hilaire du Touvet (vue du talus conforter)

Les donnes du problme sont les suivantes :

marnes : = 25 kN/m3 c = 45 kPa = 45

moraines : = 20 kN/m3

c = 0 kPa = 30

matriaux grossiers : = 22 kN/m3 c = 30 45kPa

= 45 55

surcharge de 10 kN/m sur la route

longueur du remblai : L = 50 m

Les calculs pour ltude de la stabilit globale ont t mens laide du logiciel Talren.

Le prdimensionnement est calcul ltat limite ultime avec les diffrents coefficients de scurit partiels suivants :

1.05 sur le poids volumique,

1 sur la cohsion des moraines et du remblai,

1.5 sur la cohsion des marnes,


52

1.2 sur langle de frottement,

1.125 sur la mthode de calcul, en loccurrence la mthode de Bishop. Le coefficient de scurit minimale doit tre suprieur ou gal 1.

Le calcul de la stabilit interne est ralis avec le logiciel Cartage et permet de

dimensionner les nappes de renforcement.

4.1.2 Etude de la stabilit externe

Dans un premier temps, le massif renforc repose sur les moraines. Trois profils ont t dfinis.

Le premier comporte deux redans et correspond la gomtrie ci-dessous :


53

Le deuxime profil na quun redan :

Enfin, le troisime profil ne comporte lui aucun redan :

Pour chacun deux, la stabilit rotationnelle globale nest pas assure. En effet, les coefficients relevs sont tous infrieurs 1. Il semble que le poids du remblai (22 kN/m 3) surcharge les moraines sous-jacentes et dstabilise ainsi le talus.


54

4.1.2.1 Solutions techniques :

Afin de remdier ce problme de stabilit externe, plusieurs solutions sont

envisageables : un allgement du matriau constitutif du remblai pour rduire leffet de la

pesanteur un dcaissement jusquaux marnes constituant le substratum pour permettre au

massif de reposer sur une fondation de bonne qualit une solution originale potentielle associant le massif arm la technique

Terramesh en pied de talus. Le remblai repose sur les marnes. La grille situe sa base est ancre dans les marnes.

4.1.2.2 Premire variante : allgement du remblai

Par exemple, cette solution consisterait diminuer le poids volumique du remblai en plaant au sein mme du massif des ranges de pneus poids lourd usags. Ceux-ci sont utiliss sans tre dflanqus. De cette manire, ils ne se remplissent pas en totalit et permettent un gain de poids variant de 3 4 kN/m3.

Cependant, dans le cas prsent, une baisse du poids volumique (18 et 14 kN/m3) nengendre pas une augmentation du coefficient de scurit. Celui-ci est plutt stable. Le poids ninfluence donc pas le coefficient de scurit dans le cas prsent. Cette solution ne semble pas adapte au problme pos. Nos calculs montrent galement que la stabilit globale de la variante n2 (remblai technique) propose par IMS ne satisfait pas la stabilit minimale avec un coefficient de scurit de 0,89 (cf. profil ci-dessous).

1

2

3


55

4.1.2.3 Deuxime variante : dcaissement jusquau substratum

Cette mthode doit permettre dassurer la stabilit globale. En effet, il est difficilement envisageable de considrer quun cercle de rupture traverse le substratum dont les proprits mcaniques sont bonnes. La gomtrie retenue est la suivante :

Un problme demeure cependant. Le profil laisse apparatre une instabilit lamont

du dcaissement lors de la phase travaux, le coefficient de scurit minimale tant de 0,73 pour un calcul court terme, cest--dire en prenant des coefficients de scurit partiels gaux 1.

Une premire solution serait alors de conforter le talus en dblai, au niveau des

moraines, par un soutnement provisoire, ce qui pourrait se rvler onreux. Une seconde solution, plus conomique, consisterait en la construction du remblai en

plusieurs plots ce qui diminuerait les risques de rupture du dcaissement amont. La rapidit dexcution dun remblai peut justifier cette dernire proposition, dautant plus que lapprovisionnement en matriaux torrentiels ncessaire ldification de louvrage est facilit par la proximit de plages de dpt.

4.1.2.4 Troisime variante : emploi de la technique Terramesh en pied de talus

Lintrt de cette alternative rside dans le fait que le dcaissement pralable la

construction de louvrage ne concernerait seulement que les moraines. On vite de cette faon des travaux dexcavation fort coteux ds lors quil sagit de t

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