Projet RUFEX ReUtilisation des plateformes Ferroviaires
et des Fondations Existantes
A. Le Kouby – Journées Géotechnique – 08/11/2011 1
et des Fondations Existantes
Journées géotechniqueCabourg – 08/11/2011
Sommaire
• Préalable – Projet INNOvative TRACK system (2006 – 2009)– Méthode de Soil Mixing - Mélanger le ciment
avec le sol en place
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• Projet RUFEX (2010 – 2013)– Renforcement par colonnes de sol traité – Chantier expérimental de Vernouillet– Essais en laboratoire– Durabilité des matériaux traités
Renforcement : Principe• Amélioration des sous-
structures de voies ferrées existantes sans dépose
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End of line
C11.2B C14B
C10 C13B
C15 C12
Reference measure
• Premiers essais de l’outil Springsol dans le cadre des recherches SNCF-RFF et Innotrack
Renforcement : Bilan• Acquis
– Faisabilité avérée– Protocole adapté
Limon
Essai 1
Essai 2
• Reste à :– optimiser l’outil et son atelier – maîtriser le suivi– tester d’autres configurations
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Craie altérée
Craie saine
Modélisation : étude paramétrique
• Propriétés mécaniques limon, remblai et mélange sol-ciment
• Comparaison des tassements avec 1/4/5 colonnes• Géométrie de la tête des colonnes
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Modélisation
axis basis
sleeper
ballast
rail
0,8
0,85
0,9 ref-axis
A-axis
B-axis
no column
0,85
0,9
0,95 ref-base
A-base
B-base
no column
Tassement maximum (charge se déplaçant le long du rail)
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• un espacement croissant entraine une augmentation des tassements
• avec un nombre de colonnes réduit de 25% la réduction de tassement diminue de 10%.
0,65
0,7
0,75
-3 -2 -1 0 1 2 30,7
0,75
0,8
-3 -2 -1 0 1 2 3
0,85
0,9
0,95
1
1,05
1,1
-3 -2 -1 0 1 2 3
ref-slpr
A-slpr
B-slpr
no column
Projet RUFEX (2010-2013)
Renforcement et ReUtilisation des plateformes Ferroviaires et des Fondations Existantes
• Problème posé :– Ré-utilisation de sites urbains– Renforcer / Réutiliser les fondations – ou bien démolir
• Blocages pour le Renforcement / Réutilisation
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– Coût / praticabilité des méthodes actuelles (micropieux)– Liaison avec structure– N’utilisent pas la fondation existante
• Renforcement / réutilisation co-opératif de la fondation– Soil Mixing avec outils de géométrie variables– Maîtrise des caractéristiques in-situ : résistance,
homogénéité
Facteurs influant sur la résistance du solmix
(d’après Terashi, 1997)• I. caractéristiques de l'agent de stabilisation
– 1. Type d'agent de stabilisation– 2. Qualité– 3. Eau de mélange et additifs
• II. caractéristiques et conditions de sol (particulièrement important pour les argiles)– 1. propriétés physico-chimiques et minéralogiques du sol– 2. teneur en matières organiques
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– 3. pH de l'eau interstitielle– 4. teneur en eau
• III. conditions de malaxage – 1. Degré de malaxage – 2. Temps de malaxage et de re-malaxage – 3. Quantité d'agent de stabilisation
• IV. conditions de cure – 1. Température– 2. Temps de séchage– 3. Humidité– 4. Cycles humidification - séchage / gel - dégel, etc
Soil mixing
On est confronté:• Diversité des pratiques
– Essais de laboratoire• Méthode de préparation (malaxeur, temps, incorporation de l’eau)• Méthode de conservation (immersion, humide, atmosphère contrôlée,
cycles)• Protocole d’essai (monotone, cyclique)
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• Protocole d’essai (monotone, cyclique)
– Prélèvements • En surface (spoil)• En profondeur (prélèvement dans le frais, carottage durant la prise)
– Essais en place• Arrachement de barre, profils• CPT• pressiomètre
Dosage et formulation• Le Soil-mixing se situe entre deux méthodes très répandues :
- en béton de structure- en terrassement
• Les méthodes du soil-mixing sont actuellement empiriques et résultentprincipalement de la pratique. Deux grandes voies :
– élaboration d’un dosage par tâtonnement à partir d’une valeur initiale issue des retoursd’expérience
– corrélations entre les dosages et les Rc obtenus sur certaines texturesLeur capacité à prédire le comportement du matériau élaboré est relativementfaible (difficulté à proposer des valeurs caractéristiques).
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faible (difficulté à proposer des valeurs caractéristiques).
• Validation de la méthode de dosage. Deux grandes voies :– à partir de mélanges préliminaires faits en laboratoire,– à partir de vérification des paramètres d’exécution et de prélèvements de surface (le
problème est qu’en fonction de la texture du sol et de la machine l’écume - spoil – n’estpas représentative et cela fausse les corrélations).
– des essais sur éprouvettes issus de carottages faits dans les ouvrages,
• La connaissance des caractéristiques des sols et des méthodes d’exécutiondevrait permettre de proposer à l’issue de cette étude une méthode dedosage adaptée au soil-mixing .
L’innovation : Fondation ajustable
• Maîtriser la forme de l’outillage– Outils de soil mixing à géométrie variable
• Empreinte au sol minimale / Fondation maximale • Pieux : � frottement latéral, pointe• Fond. Superficielles : � capacité portante
• Maîtriser la résistance in-situ du soil-mixing
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• Maîtriser la résistance in-situ du soil-mixing– Caractériser les mélanges sols-ciment– En fonction de la teneur en eau – Nouveaux types de liants
• Maîtriser l’homogénéité du mélange in-situ – Interaction soil-mix / outil de malaxage– Critères actuels expérimentaux � optimisation
• Fondation ajustable (géométrie, caractéristiques)
Choix du site d’essai
• Gare de triage à Vernouillet-Verneuil (78)• Disponible jusqu’au 31/12/11
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N
Reconnaissances de sols
• IFSTTAR a réalisé les reconnaissances suivantes :– décembre 2010 : reconnaissance à
la pelle mécanique– février 2011 : pénétromètres panda– avril 2011 : sondages
pressiométriques
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pressiométriques
TerrainEp. Min
(m)Ep. Max
(m)Pl min(MPa)
Pl max(Mpa)
Wn min(%)
Wn max(%)
Remblai 0.7 0.8 / / 7.6 /
Limon 3.1 3.7 0.7 1.6 11.9 17.2
Sable >1.5 >5.2 2.4 >3 5 7.6
Colonnes réalisées (mai 2011)
• 26 colonnes de sol-ciment de 5m de profondeur• Colonnes sous voie existante
– 6 colonnes :• 5 x dia 400mm• 1 x dia 600mm
• Colonnes hors voie
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• Colonnes hors voie– Colonnes pour essai de chargement statique à 90j
• 2 x dia 400mm– Colonnes pour étude de paramètres de malaxage
• 4 x dia 400mm• 2 x dia 600mm
– Colonnes sous futur panneau de voie ferrée sur complexe géotextile-ballast
• 12 x dia 400mm
Légende :
Micropieu de réaction
Colonne Springsol Φ400
Colonne Springsol Φ600
1.90 2.00 2.00 1.90 2.003.00 3.00 3.00 3.00
X1 X2 X3 X4 X5 X6C1 MP2MP1 C2 MP3
RG2
Essais MASW
Essais downhole
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VOIE V32 EXISTANTE
PANNEAUX DE VOIE NEUVE
Colonne Springsol Φ600
N1 N2 N4 N5
N3 N6
E1 E2 E4 E5
E3 E6
RG3N12 N10 N9 N7
N11 N8
Springsol – outils utilisés
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Outils 400mm et 600mm avec ressort à compression
Outils 400mm avec ressorts de torsion
1- Colonnes sous voie existante
• Vue en plan1.80m
E2 E5
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E1 E3 E4 E6
Colonne Φ400mm
Colonne Φ400mm équipée pour essai down-hole
Colonne Φ600mm
1- Colonnes sous voie existante - méthodologie
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2 3-41) Mise en place tube de récupération de rejets
2) Mise en place de géosynthétique
3) Mise en place de bac de récupération
4) Extraction du ballast du tube avec une tarière
1
1- Colonnes sous voie - méthodologie
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5 6 7
5) Introduction de l’outil dans le tubage
6) Réalisation de la colonne de sol-ciment
7) Repli
1- Colonnes sous voie – gestion des rejets
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Bac de récupération de rejets
Pompe pour rejets
2- Excavation des colonnes – Juin 2011
X6
X5X4
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X6
2- Résistance à la compressionColonnes excavées
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9F
réqu
ence
Rc (kPa)
X6
X5
X4
Loi normale
Loi lognormale
(a) limon
Limon
RcMoy µ(MPa)
Ecart-Type s (MPa)
Résistances caractéristiques Rc5% (MPa)
donnéesLoi
NormaleLoi
Lognormale
X4 2,38 0,96 1,20 0,81 1,08
X5 2,41 0,42 1,99 1,72 1,79
X6 2,72 1,54 1,32 0,19 0,98
Total 2,48 0,97 1,12 0,88 1,23
Limon
RcMoy µ(MPa)
Ecart-Type s (MPa)
Résistances caractéristiques Rc5% (MPa)
donnéesLoi
NormaleLoi
Lognormale
X4 2,38 0,96 1,20 0,81 1,08
X5 2,41 0,42 1,99 1,72 1,79
X6 2,72 1,54 1,32 0,19 0,98
Total 2,48 0,97 1,12 0,88 1,23
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Rc (kPa)
0
1
2
3
4
5
Fre
quen
ce
Rc (kPa)
X6
X5
X4
Loi normale
Loi lognormale
(b) sable
Total 2,48 0,97 1,12 0,88 1,23
Sable
RcMoy µ(MPa)
Ecart-Type s(MPa)
Résistances caractéristiques Rc5% (MPa)
donnéesLoi
NormaleLoi
Lognormale
X4 3,99 0,40 3,43 3,33 3,35
X5 5,15 2,41 2,88 1,18 2,05
X6 9,83 4,83 5,28 1,88 4,06
Total 6,82 4,26 2,9 -0,18 2,41
Total 2,48 0,97 1,12 0,88 1,23
Sable
RcMoy µ(MPa)
Ecart-Type s(MPa)
Résistances caractéristiques Rc5% (MPa)
donnéesLoi
NormaleLoi
Lognormale
X4 3,99 0,40 3,43 3,33 3,35
X5 5,15 2,41 2,88 1,18 2,05
X6 9,83 4,83 5,28 1,88 4,06
Total 6,82 4,26 2,9 -0,18 2,41
2- Résistances à la compressionColonnes excavées
-2
-1
0
0 5 10 15 20
Rc (MPa)X4
X5
X6
-2
-1
0
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1
Coefficient de variation de Rc
IM = 1540 IM = 700
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-6
-5
-4
-3
-2
Pro
fond
eur
(m)
-6
-5
-4
-3
-2Limon
Sable
3- Courbe de chargement
0
10
20
0 100 200 300 400 500
Charge en tête Q 0 (kN)
Dép
lace
men
t de
la tê
te s
(m
m)
Moyenne
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20
30
40
50
60
Dép
lace
men
t de
la tê
te s
Comparateur 1
Comparateur 2
Comparateur 3
4- Colonnes sous futur panneau de voie
• 4 panneaux de voie de 9 mètres• 3 plots testés• 5 points de mesures
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4 -Instrumentation par plot (SNCF-CNAM-CER)
capteurs de pression
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capteurs de pressioncapteurs de tassement
accéléromètresintégrés au portancemètre
Quelques éléments sur la durabilité des sols traité s
Thèse Antoine Guimond Barrett (2010 – 2013)
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Résistance et durabilité des sols traités au ciment
Cas du sable de Fontainebleau : - Effet du dosage en ciment- Effet du temps
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Résistance et durabilité des sols traités au ciment
Cas du sable de Fontainebleau : - Effet de l’ajout de bentonite- Effet du temps
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Résistance et durabilité des sols traités au ciment
Cas du sable de Fontainebleau : - Effet de l’ajout de bentonite- Effet du temps
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Résistance et durabilité des sols traités au ciment
Cas du sable de Fontainebleau : - Effet de l’ajout de sulphate- Effet du temps
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Prospective
• Utiliser les paramètres de forage = paramètres de malaxage
• Influence des premiers passages sur l’évolution des caractéristiques des
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l’évolution des caractéristiques des inclusions
• Etude de la durabilité du matériau sol traité en cas de présence de polluant
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