Recherche avec l'appui de l'OFROU

LAVOC - EPFLProf. A.-G. Dumont

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Utilisation des matériaux d’excavation de tunnels dans

le domaine routier

Etat des connaissances actuelles

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Recherche avec l'appui de l'OFROU

Institut des Sols, Roches et Fondations– Prof. F. Descoeudres Laboratoire de mécanique

des roches– Prof. A.-G. Dumont Laboratoire des voies de

circulation– Prof. A. Parriaux Laboratoire de géologie– Prof. L. Vulliet Laboratoire de mécanique des sols

M. Dysli, P. Robyr, M. Fontana, G. Franciosi

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Problématique

Nombreux projets de tunnels prévus – 50% des 200 km d'autoroute à construire– 80 millions de m3 sur 10 à 15 ans

Difficultés croissantes de mise en dépôt Restriction dans l'exploitation des carrières et

gravières Réduction des transports de matériaux par le

recyclage Application des principes du développement

durable

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La situation

Pas de méthodologie rationnelle mais des études au coup par coup

Un fort potentiel d'emploi dans des techniques routières (béton, enrobé, couches de fondation, remblais, etc)

Une éventuelle adaptation des méthodes d'excavation

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Quantité de matériaux recyclables

0.22

0.5

0.08

0.6

1.3

1.4

1.8

2

4

0 1 2 3 4

Millions de tonnes / an

Excavation de tunnels

Boues de lavage

Démolition de béton de ciment

Démolition de béton bitumineux

Démolition de routes

Démolition de ballast ferroviaire

Scories d'usines thermiques

Incinération des ordures ménagères

Verre usagé

Groupe de matériaux A : roches

Groupe de matériaux D : déchets industriels

Groupe de matériaux C : démolition ferroviaire

Groupe de matériaux B : démolition routière

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Buts de la recherche

établir un état des connaissances actuelles en la matière, basé notamment sur :– la nature géologique des massifs excavés,– les caractéristiques mécaniques des déblais compte tenu du mode

d'excavation,– les méthodologies utilisées pour les essais nécessaires à la

caractérisation des déblais, les critères et les tests pour le traitement éventuel des matériaux

dégager les solutions d'emploi les plus intéressantes déjà réalisées ou envisagées

servir de base à la rédaction d'un guide méthodologique

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Quelques difficultés

Variabilité pétrographique, tri sélectif

Microfissuration par les explosifs Forme plutôt plate et allongée

(tunnelier)

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Variabilité pétrographique

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Carte géologique générale de la Suisse

Extra-alpin

Alpes mridionales

AustroalpinAlpin

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Tri sélectif

Selon le mode d'excavation (explosif, tunnelier, haveuse)

Par ULH:

Regroupement d'ULH non contiguës mais cependant semblables

Volume minimum

une unité lithologique homogène est un ensemble de roches contiguës dont la composition minéralogique et les propriétés géotechniques sont semblables

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Exemple des formations rocheuses du Jura

Découvrir le potentiel de la méthode Complexité du tri sélectif en ULH Propriétés et caractéristiques pour une

utilisation en technique routière Aptitude techniques des différentes

formations

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Aptitude technique des principales formations calcaires du Jura

Age Formation Construction routière Construction

en béton

Rail

Gran

ulat p

our enro

bés

Route

non

revê

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Couc

he de

supp

ort H

MF

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Grav

ier à

béton

norm

al

Grav

ier à

béton

spéc

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Balla

st de c

hem

ins d

e fer

Crétacé moyen Hauterivien

Crétacé inf Valanginien

Malm sup Portlandien

Malm moy Kimm/Rau/Séq

Dogger Hauptrogenstein

Trias inf Hauptmuschelkalk

Généralement apte Parfois apte inapte

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Modes d'excavation

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Modes d'excavation

Explosif– Quantité d'explosifs– Discontinuités du massif rocheux– Etat de contrainte initial

Tunnelier– Dimension fonction de l'espace entre mollettes– Forme plutôt plate

Haveuse– Roches tendres– Relativement cubique

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Première évaluation à l'excavation

Pétrographie Dureté

– Los Angeles, – Essai de broyabilité LCPC

Teneur en matières polluantes

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Forme

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Tri sélectif : Lötschberg et GothardSélection au front

Matériaux utilisables ?

Indices de changements dumatériau excavé ?

Essais de broyabilitéet/ou de charge ponctuelle

Caractéristiquesmécaniques suffisantes ?

Analyse pétrographiqueet/ou essai d’alcali-réaction

Matériau adaptépour la fabrication de

granulats ?

non

non

oui

oui

Mise en décharge Traitements

Essais systématiques(suivi de la qualité)

oui

non

non oui

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Traitements

Sans traitement – Création de remblais– Granulats à béton

Traitements– Transport et mise en dépôt (préconcassage,

mouillage, agglutination)– Concassage (type de concasseur, granulométrie,

forme, angularité)– Tamisage et lavage

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Paramètres de quantification

La pétrographie La granulométrie La forme La propreté L'angularité La dureté

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Exigences - Caractéristiques

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Exigences - Essais

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Situation – Enquête en 1999

87 ouvrages répertoriés et documentés Seulement 17 ont produit des granulats 14 ont été analysés en détails

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Répartition géographiqueCleuson-Dixence / VSCrapteig / GRVernayaz / VSGéronde / VSGorgier / NEGrauholz / BELötschberg (sud) / VSMt Terri / JUPlantzette / VSSauges / NEVereina (nord) / GRVernier / GEVue-des-Alpes / NEZürcher S-Bahn / ZU

Ruggen / BEGiessbach / BEChüebalm / BESengg / BEMappo-Moretina / TI

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MotivationMotivations

Utilisation imposée par le MO15%

Motivations économiques22%

Protection de l'environnement22%

Simultanéité de projets consommateurs

12%

Expériences dans le domaine5%

Eviter dépôts définitifs7%

Qualité des matériaux excavés12%

Réduire les distances de transport

5%

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Bilan quantitatif de la réutilisation des matériaux d'excavation

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

Vue-d

es-A

lpes

Vereina

Cleuson-D

ixenc

e

Vernay

az

Sauge

s + G

orgie

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Mt Ter

ri

Crapte

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Vernier

ZSB

Moyen

ne

Tunnels

Qua

ntité

s (%

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du

tota

l de

l'exc

avat

ion)

matériau sélectionné

matériaux mis en place

Taux de réutilisation

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Qualité moyenne des matériaux produits

Excellente36%

Bonne46%

Moyenne à insuffisante18%

Evaluation de la qualité des matériaux après traitement

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Types d'utilisationTypes d'utilisations

Agrégats à béton32%

Graves24%

Remblais divers19%

Noyage5%

Cimenterie5%

Chaussées forestières5%

Vente gravières10%

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Impact sur l'environnementImpacts sur l'environnement, bilan global

Négigeables9%

Plutôt favorables18%

Favorables73%

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Conclusions

L'utilisation des matériaux de tunnel est en forte expansion

Les bilans économiques et écologiques sont généralement positifs

Il manque une méthodologie générale Les bases normatives sont insuffisantes

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