BLPC 272 pp 89-105 Vinceslas.pdf

89BLPCQ octobre/novembre 2008

,QVWUXPHQWDWLRQGXQUHPEODL HQ]RQHLQRQGDEOH([HPSOH GXUHPEODLH[SpULPHQWDOGX&(5

N 5e680ePour valuer le risque induit par lutilisation de sols sensibles leau dans des remblais en zone inondable et la pertinence dune mthodologie de prvision des dformations des corps de remblai, le Centre dExprimentation Routire de Rouen (CER) et le Laboratoire Central de Ponts et Chausses (LCPC) en partenariat avec la Socit Nationale des Chemins de Fer (SNCF) ont ralis un UHPEODLH[SpULPHQWDOHQVROVQVGHPGHKDXWVXUPGHORQJHWPde large sa base. Ce remblai a t fortement instrument, principalement pour suivre les mouvements deau et les dformations. La mesure de la teneur en eau a t loccasion de mettre en uvre des techniques nouvelles ou encore peu diffuses. Le comportement de louvrage a t suivi durant la phase de construction et les deux phases dinondation de sa base.

,QVWUXPHQWDWLRQRIDRRG]RQHHPEDQNPHQW ([DPSOHRIWKH&(5H[SHULPHQWDOHPEDQNPHQW$%675$&7 N

In order to evaluate both the risk induced by using water-sensitive soils within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

,1752'8&7,21

Lobjectif de ce remblai exprimental est de fournir des donnes utiles pour valuer le risque induit

par lutilisation de sols sensibles leau dans des remblais dis en zone inondable. Ltude du

comportement du remblai exprimental construit sur le site du CER permettra dvaluer la mtho-

dologie de prvision des dformations qui a t dveloppe au LCPC. La mise en uvre de diff-

rentes techniques de suivi des tats hydriques permettra galement dapprcier leur pertinence dans

ce contexte.

Lintrt dun tel ouvrage est dautoriser terme lutilisation matrise de sols disponibles dans

lemprise dun projet routier ou ferroviaire en lieu et place de matriaux insensibles leau dit

nobles . Les enjeux sont nanciers aussi bien que lis au principe de dveloppement durable, qui

suppose de valoriser les sols disponibles pour viter davoir recours au transport de granulats en

provenance de carrires souvent loignes du chantier.

Gratien VINCESLAS1*, Valry FERBER2, Elisabeth HAZA-ROZIER1,

Reynald FLAHAUT3, Cyrille FAUCHARD4

1 CETE Normandie-Centre, Centre dexprimentation routire

quipe de recherche associe au LCPC n 28 2 LCPC, Centre de Nantes, France

3 LRPC de Rouen, France quipe de recherche associe au LCPC n 28

4 LRPC de Rouen, France quipe de recherche associe au LCPC n 23

* AUTEUR CONTACTER : Gratien VINCESLAS

[email protected]

90 BLPCQ octobre/novembre 2008

Cette exprimentation a fait lobjet de deux rapports de recherche [1-2]. Cet article prsente lins-

trumentation mise en uvre dans louvrage exprimental et les principaux rsultats issus du suivi.

&217(;7(

La conception des remblais routiers et ferroviaires raliss en sols ns se heurte dans certains

contextes un dcit de connaissances sur le comportement de ces matriaux lors de variations de

leur tat hydrique. Cest en particulier le cas pour les sols effondrables dont la rsistance mcanique

diminue en prsence deau. Ce phnomne est d principalement :

la composition du sol (proportion dargile par exemple) ;

aux conditions de mise en uvre, en particulier la teneur en eau ou le degr de saturation, et la

masse volumique sche aprs compactage ;

aux volutions du milieu extrieur (position des nappes ou inondation de louvrage ou encore

amplitudes des cycles saisonniers schage/imbibition).

Les recherches actuelles menes sur ces sujets visent, terme, proposer des mthodes de calcul

destines valuer les dformations des ouvrages sous diffrents types de sollicitations (inondation,

cycles schage-imbibition, ...) sur la base dessais de laboratoire appropris. Cette dmarche, qui

reste actuellement du domaine de la recherche, ne pourra sappliquer la conception et au dimen-

sionnement des remblais qu la condition davoir t valide sur des ouvrages en grandeur relle.

Cest ce qui a motiv la ralisation de ce remblai exprimental ddi la recherche. Pour tudier le

caractre effondrable des sols compacts, la base de ce remblai a t sous-compacte.

Linstrumentation du remblai est destine :

observer les consquences des volutions des paramtres mtorologiques sur les variations du

prol hydrique dans les couches supercielles ;

analyser les consquences dune saturation de la base du remblai sur la hauteur des remontes

capillaires dans le corps de louvrage ;

tudier les relations entre les variations dtat hydrique et les dformations locales relles dans

louvrage pour les confronter aux exprimentations en laboratoire ;

valuer, pendant une longue priode, la pertinence et la abilit de diffrents capteurs de suivi de

la teneur en eau et de la succion dans un ouvrage en terre.

/(5(0%/$,(;3e5,0(17$/

Ralisation du remblai N

Le remblai exprimental (hors rampe daccs et amnagements connexes) a les dimensions suivan-

tes (Figure 1) : une longueur de 10 m ; une hauteur de 5,4 m ; une plate-forme de largeur 5 m ; une base (V) de 21,2 m ; des pentes de talus de lordre de 3Horizontal/2Vertical.

Les diffrentes couches de louvrage (Figure 2) ont t dposes en trois phases.Premire phase : prparation du sol support, mise en place du dispositif dtanchit de faon s

isoler le remblai de venues deau non matrises par le dessous et ralisation dune base drainante

constitue de 30 cm de grave conne dans un gotextile.

Deuxime phase : construction du premier tiers infrieur du remblai avec du limon provenant du schantier autoroutier de lA28. Ce premier tiers dune hauteur de 1,8 m a t volontairement sous-

compact pour lui permettre de se tasser lors de lessai dimbibition de la base du remblai. La cou-

che 4 initialement prvue au projet a t supprime pour pouvoir doubler la hauteur de la couche 5

et accentuer ainsi le caractre effondrable de cette partie du remblai.

Dernire phase : construction des deux tiers suprieurs avec un limon provenant de la carrire SNEC s(Socit Normande dExploitation de Carrires). La hauteur de cette partie du remblai est de 3,6 m.


La partie instrumente de louvrage, constitue de limon, est encadre par les rampes daccs, mon-

tes au fur et mesure des couches de remblai et constitues dune grave tout-venant disponible sur

le site du CER. Entre le remblai et les rampes daccs, le dispositif dtanchit est remont sur un

mtre de manire limiter les fuites par les rampes daccs lors des essais ultrieurs dinondation de

la base du remblai. Deux merlons, dis de part et dautre du remblai et tanchs par une gomem-

brane raccorde celle situe sous le remblai, permettent de constituer des bassins dinondation de

deux mtres de hauteur (Figure 3).

Figure 1 Dimensions du remblai zone instrumente (hors

amnagements connexes)

Pente 3/2

21,2 m

5,4 m

5 m

10 m

Figure 2Gomtrie et numrotation

des couches de sol instrumentes.

Figure 3Prols schmatiques de la structure du remblai

exprimental, a) prol en long,

b) prol en travers.

Zone instrumente(limon)

Rampe daccsGrave (Tout-venant)

Rampe daccsGrave (Tout-venant)

Zone instrumente(limon)

Partie infrieure (sous-compacte)

~4/1

~3/2

Grave drainante

Nord Sud

OuestEst

Gomembrane

Drains

Partie suprieure

ProfilNord

ProfilSud

ProfilCentral

Profilsdans laxe

Profiltalus

Partie suprieure

Partie infrieure

Merlon pourinondation

Drain

a

b

BLPCQ octobre/novembre 2008

! "#

$ %&

'

%& '()

*(

*(

Figure 4 Rsultats des mesures de

masse volumique sche par GPV et double-sonde

gamma.

Contrles et suivis NLes mesures de masse volumique, ralises au Gamma Densimtre Pointe (GPV) chaque

couche mise en uvre et la double-sonde gamma tous les deux mtres (Figure 4), mon-trent que la base du remblai a t effectivement sous-compacte, en particulier sur le pre-

mier mtre o les taux de compactage peuvent descendre en dessous de 80 % de lOptimum

Proctor Normal (OPN). Entre 1 et 1,8 m, les taux de compactage ne dpassent pas 90 % de

lOPN.

Dans la partie suprieure du remblai, lapplication des rgles de compactage du Guide

Technique des Terrassements Routiers (GTR) a permis datteindre au moins lobjectif de

densification vis (95 % de taux de compactage en moyenne, 92 % en fond de couche). Seule

la couche 6 (entre 1,8 et 2,4 m), compacte sur 60 cm prsente un dficit de compactage en

fond de couche.

/,167580(17$7,21

Le remblai a t instrument avec six types de capteurs (Figures 5 7) :

des sondes TDR (Time Domain Reectometry) pour la mesure (indirecte) de la teneur en eau

volumique (40 capteurs) ;

des boucles hyperfrquence, permettant aussi la mesure de la teneur en eau volumique

(10 capteurs) ;

une te dlectrodes enterre pour le suivi des mouvements deau par la mthode des panneaux

lectriques. Une deuxime te est dispose sur le remblai chaque campagne de mesures ;

des quitensiomtres, pour la mesure de la succion (15 capteurs) ;

des capteurs de temprature de type PT100 (25 capteurs) ;

des capteurs de dplacement vertical, aussi appel tassomtres asques (18 capteurs) ;

des capteurs de dplacement horizontal, bass sur des capteurs cbles (8 capteurs).

Lobjectif de cette instrumentation tant dtudier les relations entre variations dtat hydrique et

dformations dans le corps du remblai, les sondes TDR, de succion et les capteurs de dplacement

vertical ont t placs aussi prs les uns des autres que possible.


Pour complter lensemble du dispositif de suivi, une station mtorologique a t mise en place

sur la plate-forme du remblai. Cette station est utilise pour valuer une mthode de modlisation

des changes hydriques sol-atmosphre dveloppe par le Centre dEnseignement et de Recherche

en Mcanique des Sols (CERMES). Elle comporte : un anmomtre, une girouette, un capteur

de rayonnement solaire, un pluviomtre, deux capteurs de temprature, deux capteurs dhumidit

relative, un capteur de pression atmosphrique, un capteur de rose et un capteur de temprature

du sol.

Sonde TDR (w)

Equitensiomtre (succion)

Boucle hyperfrquence (w)

Capteur temprature

Flte dlectrodes

Figure 5 Position des principaux

capteurs de teneur en eau (w), succion et

temprature dans le prol en travers principal

Figure 6Position des capteurs de dplacements horizontal

et vertical dans le prol en travers central

4 m

5 m

3 m

2 m

1 m

Rampe

daccs

4/1

Nord Sud

Sonde TDR (w)

Capteur temprature

Figure 7Position des capteurs de

dplacement et de teneur en eau (w) dans le prol

longitudinal


Les sondes TDR N

La mesure de teneur en eau volumique par sonde TDR est fonde sur la rectomtrie dans le

domaine temporel (Time Domain Reectometry). Le principe de la technique consiste envoyer une

impulsion lectromagntique dans un guide donde (Figure 8) form de trois lectrodes mtalliques de longueur connue et en mesurer le temps de transit. La vitesse laquelle se dplace limpulsion

dans le guide donde dpend de la constante dilectrique du matriau en contact. Cette vitesse est

dautant plus faible que le matriau possde une constante dilectrique leve. Du fait de lcart

important de constante dilectrique entre la matrice solide du sol (1 3) et leau (80), la constante

dilectrique apparente Ka vue par la sonde TDR dpend fortement de la teneur en eau du sol :

o t est le temps de transit de limpulsion lectromagntique dans le guide donde, c la vitesse de la

lumire et L la longueur du guide donde.

Cette technique tant oprationnelle, un matriel du commerce (systme TRASE ) a t utilis. Ce

matriel fournit la teneur en eau volumique du sol partir de la constante dilectrique en utilisant

ses propres courbes de calibration. Un talonnage des sondes dans les deux matriaux employs

pour ce remblai exprimental a permis de vrier lincertitude de mesure de 2 % annonce par le

fabricant de lappareillage.

(1)

Figure 8 Sonde TDR

(Teneur en eau volumique)

Les antennes boucles N

Il sagit dune mthode de dtermination de la teneur en eau volumique des sols en place dve-

loppe par lquipe de Recherche Associe au LCPC no 23 du Laboratoire rgional des ponts et

chausses de Rouen. Cette mthode sappuie sur la mesure de la perte dnergie dune onde lec-

tromagntique mise dans une antenne boucle enterre.

Le matriel utilis est compos dune antenne boucle de 10 cm de diamtre JXUH relie un analyseur de spectre par un cble hyperfrquence trs faible attnuation. Lanalyseur effectue un

balayage de frquences entre 100 et 800 MHz et fournit le spectre de la perte entre lnergie mise

et lnergie retourne JXUH.

Ltude des frquences de rsonance, cest--dire des pics du spectre, conduit la dtermination de

la constante dilectrique du sol au voisinage de lantenne laide de la formule suivante :

o k est lordre de la rsonance, la constante dilectrique du matriau, d le diamtre de la boucle

en mtre, c la vitesse de la lumire en mtre par seconde et Fr la frquence de rsonance en Hz.

(2)


De nombreuses relations donnes dans la littrature permettent de relier cette constante dilectrique

la teneur en eau volumique du sol. A partir de la formule de Topp [3], la teneur en eau volumique

( ) est donne par :

Le modle de C.R.I.M (Complex Refractive Index Method) ou de Krazewski permet de dduire

la formule exprimentale [4] dite de Labo avec laquelle on obtient la teneur en eau volumique

( ) en fonction de la constante dilectrique et de la masse volumique humide du

milieu (dh) :

Ces relations permettent de calculer des incertitudes thoriques qui sont de lordre de 20 % pour le

modle de Topp et de 7 % pour le modle de C.R.I.M. [6].

/DWHGpOHFWURGHV3DQQHDXpOHFWULTXH N

3ULQFLSHGHODPHVXUH Les mthodes lectriques sont fondes sur la mesure du paramtre de rsistivit. La rsistivit

dun milieu est sa capacit sopposer au passage dun courant lectrique. Elle sexprime en

ohm umtre. Son inverse, la conductivit sexprime en siemens par mtre. Dans la pratique, on mesure la rsistivit dun sol ou dun matriau laide de quatre lectrodes. Deux lectrodes,

A et B, servent injecter un courant continu dintensit I dans le milieu, tandis que deux autres

lectrodes, M et N, permettent de mesurer une diffrence de potentiel V induite par le passage

(3)

(4)

)LJXUHAntenne boucle

)LJXUHExemple de spectre obtenu

avec lanalyseur


de ce courant. La rsistivit apparente Uest la diffrence de potentiel mesure divise par ce courant et multiplie par un coefcient k tenant compte de la gomtrie du dispositif. Cest un

paramtre directement dduit dune mesure et qui intgre un certain volume de terrain dont les

proprits lectriques sont htrognes dans lespace (la rsistivit vraie pouvant varier dun

point lautre) :

Les mesures par panneaux lectriques permettent dautomatiser les mesures le long dune srie

dlectrodes (Figure 11). Selon un protocole dni par lutilisateur, des mesures successives sont ralises entre diffrents couples AB MN. On obtient ainsi une coupe des rsistivits apparentes.

Une inversion est ncessaire pour donner un modle en rsistivit vraie [5].

0LVHHQXYUHGDQVOHUHPEODLH[SpULPHQWDO /HGLVSRVLWLIGHVXUIDFH

An de raliser des mesures par panneaux lectriques selon des congurations habituelles, on a

choisi dinstrumenter le remblai au niveau de la surface. Le dispositif retenu comporte 48 lectro-

des espaces de 0,50 m, soit un dispositif dune longueur dveloppe de 23,50 m. Implant trans-

versalement laxe du remblai, ce dispositif couvre les deux talus et la plate-forme. On se trouve

donc dans le cas dun panneau lectrique ralis le long dune topographie trs marque.

Les protocoles de mesure Wenner et Diple-Diple ont t mis en uvre (Figure 12). Le protocole Wenner consiste mesurer la tension (MN) entre les lectrodes dinjection du courant (AB), la

distance entre chaque lectrode tant constante. Le protocole diple-diple consiste mesurer la

tension dans des diples (MN) en sloignant progressivement du diple dinjection du courant

(AB). Cette technique permet dintresser une profondeur de mesure qui augmente avec la distance

entre ces diples [8].

Pour le dispositif de surface, le nombre de mesures est de 360 pour le protocole Wenner et de 822

pour le protocole Diple-Diple.

(5)

Figure 11 Flte interne dlectrodes

pour tomographie de rsistivit lectrique


'LVSRVLWLIHQWHUUp

An dobtenir des valeurs de rsistivit du cur du remblai, il a t choisi denfouir une te

mi-hauteur du remblai. La te dispose de 24 sorties espaces de 0,50 m. Le dispositif mis en place

a donc une longueur de 11,50 m. Cette te a t place transversalement laxe du remblai et

horizontalement. Elle se trouve laplomb du dispositif de surface. Le nombre de mesures est de 84

pour le protocole Wenner et de 256 pour le protocole Diple-Diple.

'LVSRVLWLIGHWRPRJUDSKLH

La mise en place des deux dispositifs (de surface et enterr) permet de trouver une conguration de

mesure identique celle entre deux forages JXUH. On a donc choisi de raliser des mesures entre les lectrodes enfouies dans le remblai et une partie des lectrodes de surface. Ce dispositif

est constitu de 48 lectrodes, les 24 de la te enfouie et 24 lectrodes de surface (lectrodes de

la plate-forme et quelques lectrodes du talus). Un protocole de mesure spcique a t labor.

Linjection du courant et la mesure de diffrence de potentiel sont ralises entre une lectrode de

surface et une lectrode enfouie.

Ralisation des mesures La premire srie de mesures a t ralise avec un matriel IRIS de type Syscal. Les autres sries

ont t ralises avec un matriel ABEM (systme multi-lectrode Lund). Lensemble des lments

pouvant tre lorigine dune perturbation de la mesure a t pris en compte de faon faciliter

linterprtation (mise en eau de la base du remblai, lectrodes dplaces suite la mise en eau,

lectrodes inaccessibles compte tenu de la mise en eau, tempratures, ...).

Figure 12 Protocoles de mesure

a : Wennerb : diple-diple

A BNM

A B NM

Figure 13 disposition des tes

a

b


/HVpTXLWHQVLRPqWUHV N

Les quitensiomtres destins mesurer le potentiel hydrique du sol fonctionnent sur un prin-

cipe diffrent de celui des tensiomtres courants (Figure 14). En effet, ils ne mesurent pas direc-tement une succion, mais la teneur en eau dun corps poreux lintrieur de la sonde. Ce corps

poreux est caractris, en particulier par sa courbe de rtention (succion en fonction de la teneur

en eau). Il se met en quilibre de succion avec le sol environnant, ce qui modie sa teneur en eau.

Avec la courbe de rtention qui sert dtalonnage, il est ainsi possible de dterminer la succion

du sol en mesurant la teneur en eau du corps poreux. Les succions sont exprimes en pressions

ngatives.

Contrairement aux tensiomtres classiques dont la limite de mesure se situe vers 90 kPa, ces cap-

teurs, adapts la mesure de succion dans les sols moyennement argileux ltat sec, sont suscepti-

bles de mesurer des succions allant de 0 1 000 kPa avec une incertitude de 10 kPa dans la plage

de mesure 0 100 kPa et de 5 % de 100 1 000 kPa. Mais, de par leur principe, ils ne peuvent

pas mesurer la pression interstitielle positive.

Figure 14Equitensiomtre

(capteur de succion)

/HVFDSWHXUVGHGpSODFHPHQW

Les capteurs de dplacement vertical et horizontal sont conditionns pour mesurer

respectivement :

le tassement des couches lmentaires (tassomtre) ; il sagit alors de capteurs de type LVDT

(Linear Variable Differential Transformer) JXUH ;

la dformation horizontale dune couche sur plusieurs mtres ; il sagit alors de capteurs cble

JXUH.

Lincertitude intrinsque des capteurs utiliss est de 0,2 %. Le montage dans lequel ils sont incor-

pors et la mise en uvre dans le corps de remblai engendrent une incertitude globale plus

importante.

3RVHGHOLQVWUXPHQWDWLRQ N

La pose des sondes TDR, des boucles hyperfrquence, de la te dlectrodes, des quitensiomtres

et des capteurs de temprature a simplement consist creuser lgrement la surface de la couche

compacte, placer le capteur et le recouvrir du matriau extrait lors de lexcavation. Pour chaque

sonde de teneur en eau, un prlvement de matriau a t ralis pour dterminer la teneur en eau

pondrale au droit de la sonde an de caler lorigine du suivi hydrique.


La pose des tassomtres asques est plus dlicate car ils mesurent les variations de hauteur

dune paisseur de sol donne. La pose a donc t ralise en positionnant soigneusement la

asque infrieure au fond dune excavation paralllpipdique dont la profondeur a t mesu-

re (Figure 17a). La asque pose, lexcavation est rebouche en reconstituant au mieux ltat initial (masse volumique de la couche concerne, Figure 17b). Un contre-tube sert mnager une rservation pour la mise en place du tube coulissant solidaire de la asque suprieure. Les

dimensions de la plaque suprieure permettent de couvrir une surface plus importante que

celle de lexcavation de sorte que la mesure de tassement prend en compte un volume impor-

tant de sol non remani. Une fois la asque suprieure positionne (Figure 17c), le capteur de dplacement est install dans le dispositif (Figure 17d). Il est ensuite rgl et x dnitive-ment. Ensuite, la premire lecture du capteur associe la hauteur entre les deux asques est

effectue.

Les capteurs de dplacement horizontal mesurent, par lintermdiaire de cbles tendus, la distance

qui les spare de plaques rigides xes verticalement dans le sol. Deux ou trois capteurs sont condi-

tionns dans une bote hermtique JXUHD do sortent les cbles de longueurs diffrentes

protgs par des tubes PVC. Une fois lensemble pos sur le sol compact, la longueur du dispositif

est mesure et associe la premire mesure. Une couche de matriau est pose manuellement et

un coffre de protection en acier est plac sur la bote de conditionnement des capteurs JXUHE.

La couche sur-jacente est ensuite mise en uvre.

3+$6(6'(68,9,'(/,167580(17$7,21

La premire phase de suivi a port sur la priode n de la construction (n de lanne 2004)

jusquaux prparatifs de la premire inondation (dbut de lanne 2006) pour observer le com-

portement du remblai sous conditions mtorologiques. Les deux autres phases de suivi ont t les

inondations en pied de dbut 2006 et n 2006.

Figure 15 Schma de principe du

tassomtre

Figure 16Schma de principe de la

mesure de dformation horizontale

Couches lmentaires de sol compact

Plaque verticale de rfrence

Cble distancemtre

Tube de protection

Botier des capteurs

Cble dacquisition


La premire inondation de dbut 2006 sest droule en trois tapes :

saturation de la base drainante. Lobjectif de cette tape tait dobserver uniquement les cons-

quences dune monte de la nappe sur les remontes capillaires dans la base du remblai ;

remplissage des bassins des deux cts du remblai avec une charge hydraulique de lordre de 1 m.

Cette phase tait destine gnrer une saturation complte de la base effondrable du remblai pour

observer les consquences de la saturation en termes de tassements ;

vidange des bassins et observation des variations de teneur en eau dans la base du remblai.

ca

db

Figure 17Mise en place dun

tassomtre asquesa) Excavation pour pose de

la asque infrieureb) Rebouchage de

lexcavationc) Pose de la asque

suprieured) Aprs pose du capteur

LVDT

Figure 18Capteur cbles de

dplacement horizontala) botier de

conditionnementb) vue aprs pose

a b


La deuxime inondation (n 2006) a t ralise dun seul ct du remblai. Pour cela, les merlons

tanchs laide de gomembranes qui avaient servi raliser les bassins lors de la premire inon-

dation, ont t dmonts pour mettre en uvre un dispositif unilatral de retenu deau permettant

dassurer le maintien dun niveau dinondation suprieur 1,5 m pendant 4 semaines. Lobjectif de

cette seconde sollicitation tait dobserver les consquences dune inondation asymtrique sur le

remblai et son tat hydrique.

35,1&,3$8;5e68/7$76'(0(685(

Lorigine des phases dobservation (0 jour) correspond la n de la construction du remblai.

&RQGLWLRQVPpWpRURORJLTXHV N

Lvolution des tempratures et des prcipitations releves par la station mto positionne sur la

plate-forme du remblai est prsente sur les )LJXUHD et )LJXUHE.

0 100 200 300 400 500 600 700 800

0

5

10

15

20

25

30

35

40

Jour (dates)

Temp

rat

ure

(C)

0 100 200 300 400 500 600 700 8000

5

10

15

20

25

30

35

40

Jour (dates)

Lame

de

au (

mm/j

our)

)LJXUHRelevs mtorologiques

bruts entre dbut dcembre 2004 et n dcembre 2006

a) temprature de lair b) pluviomtrie

a b

6RQGHVGHWHPSpUDWXUH N

Les sondes de temprature ont t installes sur trois prols verticaux (axe sud, axe central et talus

ouest). Elles sont destines fournir des informations :

sur les transferts de chaleur dans le sol, utiliss par la modlisation des changes sol-

atmosphre ;

sur la temprature dans le sol an de corriger les mesures de rsistivit lectrique.

La JXUH illustre le suivi des tempratures sur deux annes dans laxe central. Les tempratures montrent une variabilit beaucoup plus forte proximit de la surface (de 4 25 oC) que dans la

base du remblai (de 10 15 oC). Ces mesures permettent une correction ne des mesures de rsis-

tivit lectrique.

6RQGHV7'5WHQHXUHQHDXYROXPLTXH N

Les sondes TDR sont des capteurs capables de mesurer la teneur en eau volumique des sols

dans lesquels elles sont installes. tant donn que la teneur en eau volumique est le produit

de la teneur en eau pondrale par la masse volumique sche, ce paramtre est sensible aux

variations de masse volumique. Dans cette exprimentation, les plages de variation de la masse

volumique sche observes sont faibles. Les mesures fournies par les sondes TDR retent

principalement les variations de teneur en eau pondrales.


Dans la partie infrieure du remblai cest--dire dans la base effondrable, la plupart des sondes

ne montrent pas de grandes variations de la teneur en eau volumique au cours des 300 pre-

miers jours, lexception de la sonde situe dans la couche la moins compacte (sonde 2W9,

JXUH) qui subit un tassement. Les tassomtres placs dans cette zone permettent dattri-buer deux points de teneur en eau cette volution, le reste tant d une inltration deau

par les talus.

Les mouvements deau engendrs par les inondations 430 et 720 jours sont clairement enre-

gistrs par les sondes TDR. Lallure des courbes montre une saturation en eau du sol dans la

partie infrieure du remblai situe entre 0 et 30 cm de hauteur (sondes 0W1 et 1W4). La satu-

ration est conrme par le manque de raction de ces sondes lors de la deuxime inondation.

Antennes boucles N

La JXUH prsente un exemple de rsultats de calculs volumiques de la teneur en eau laide des formules prsentes prcdemment, compars aux mesures ralises par les sondes TDR. Les

rsultats obtenus notamment par la mthode Labo sont proches des rsultats issus des TDR, la

mthode TDR tant la rfrence pour cette exprimentation. Les carts relevs entre les mthodes

)LJXUHvolution du prol de

temprature dans laxe central

a) anne 2005b) anne 2006

Figure 21volution en fonction du

temps de la teneur en eau volumique mesure par les

sondes TDR dans la base effondrable du remblai.

a b


peuvent sexpliquer par le fait que les sondes ne mesurent pas le mme chantillon de sol bien que

places trs prs. En effet, les htrognits relatives du sol en teneur en eau et en masse volumique

inuent sur les rsultats.

/DWHGpOHFWURGHV3DQQHDXpOHFWULTXH N

Lobjectif de cette instrumentation est dapprcier la capacit des mesures de rsistivit de type

panneau lectrique valuer les variations de ltat hydrique des matriaux au sein dun ouvrage en

terre. lheure actuelle, les panneaux lectriques raliss partir de la surface ont fait lobjet dune

inversion laide du logiciel Res2DInv, en incluant la topographie JXUH. On constate sur ces panneaux des variations de rsistivit dune srie de mesures lautre.

Linterprtation de ces variations est plus complexe. En effet, la rsistivit varie en fonction de la

temprature et des corrections sont donc ncessaires en prenant en compte les valeurs de tempra-

ture au sein du remblai au moment de la ralisation de chaque srie de mesures. Ce travail reste

raliser.

De mme, les mesures effectues partir de la te enfouie ou celles ralises en tomographie ne

peuvent tre exploites laide des logiciels actuellement disponibles. Un module de calcul par

lments nis du logiciel CESAR-LCPC devrait permettre prochainement dinverser ces mesures et

de juger des performances de cette mthode pour le suivi des variations hydriques dun sol.

Figure 22 Exemple de comparaison

des teneurs en eau mesures et calcules

Figure 23 Exemple de rsultat

Variation de la rsistivit dans le remblai

&DSWHXUVGHGpSODFHPHQWYHUWLFDO N

La JXUH prsente les dplacements verticaux dans la base du remblai convertis en dforma-tions. On peut constater que les dformations dans la base du remblai sont uniquement des tasse-

ments, et que lamplitude de ces dformations atteint des valeurs leves (jusqu 8 %) dans la zone


la plus faiblement compacte (capteurs 1D2 et 1D9) avant mme linondation. Il a pu tre montr en

analysant les rsultats des sondes TDR que ces tassements avant inondation rsultaient notamment

dune augmentation de la teneur en eau de la base effondrable.

Les deux phases dinondation se sont traduites par des tassements supplmentaires qui ont conduit,

pour la zone la plus faiblement compacte (capteurs 1D2 et 1D9), un tassement total pouvant

dpasser 10 %, dont seulement deux points de dformation sont dus linondation. Ceci signie

que la base effondrable avait acquis 80 % du tassement total avant linondation. On peut noter, de

plus, que la deuxime inondation (720 jours) a gnr un nouveau tassement, suprieur celui

caus par la premire inondation (430 jours) mesur par le capteur 1D2 et quil y a eu une quasi-

stabilit entre les deux inondations.

Figure 24 volution en fonction du

temps du dplacement vertical dans la base

effondrable du remblai

&21&/86,21

Linstrumentation du remblai exprimental sest droule dans de bonnes conditions et a conduit

des rsultats intressants. La pose des capteurs a t ralise en respectant scrupuleusement les

procdures prtablies dinstallation et de contrle en place. Ceci a permis de constater trs peu

de dysfonctionnements de capteurs. Lessentiel des pertes a t observ, en n de construction du

remblai, la reprise des talus la pelle mcanique : la pente de 3H/2V tant obtenue par la mthode

excdentaire. Sept capteurs ont t perdus sur un total de cent neuf poss (hors te dlectrodes).

Des problmes ont t observs pour les mesures issues des quitensiomtres et dune partie des

tassomtres. Du fait dun changement de sol (limon A28) intervenu aprs la commande des quiten-

siomtres, ceux-ci ont fonctionn dans un domaine de succion de lordre de 5 % de leur gamme et

les mesures sont donc restes dans la plage dincertitude de ces capteurs. Pour certains tassomtres,

les dplacements mesurs sont beaucoup plus faibles que ceux obtenus par calcul, ce que lon peut

attribuer la mise en place des capteurs qui a probablement occasionn une surdensication du sol

situ entre les deux asques.

La mthode de mesure de la teneur en eau volumique par antennes boucles donne des rsultats com-

parables la mthode TDR. Cette mthode a aussi pour objectif terme, en analysant la rponse de

lantenne enterre en fonction des frquences injectes, dapprhender dautres paramtres du sol

comme le rapport entre leau lie et leau libre, la masse volumique et la conductivit du milieu.

la suite de cette exprimentation, seule lexploitation qualitative de la mthode des panneaux

lectriques a t ralise. Les nouveaux moyens de traitement en cours de dveloppement permet-

tront dvaluer les mouvements deau, notamment dans les parties du remblai non instrumentes.


Les rsultats exprimentaux bien que partiellement exploits permettent dores et dj de valider

la mthode de prvision des dformations douvrages en sol n et de constater quun sol n peu

plastique, compact selon les rgles applicables aux corps de remblais courants, peut subir, dans un

remblai de hauteur modeste, une inondation sans prsenter de tassements majeurs prjudiciables

la gomtrie de la plate-forme.

5e)e5(1&(6%,%/,2*5$3+,48(6

1 SAGNARD N., VINCESLAS G., FERBER V., DAVID J.-P., BODENES D., AURIOL J.-C. 5pDOLVDWLRQGXQUHPEODLH[SpULPHQWDO5pDOLVDWLRQGHORXYUDJH6XLYLGXFRPSRUWHPHQWGXUHPEODLVRXVconditions naturelles , rapport de recherche interne, CETE Normandie Centre CER, QRYHPEUH

2 FERBER V., VINCESLAS G., SAGNARD N., DAVID J.-P., BODENES D., AURIOL J.-C., KHAY M. Remblais en zones humides et inondables Consquences de linondation du remblai exprimental de Rouen et enseignements tirs pour la conception , rapport de recherche interne, LCPC CETE Normandie Centre, CER, IpYULHU.

3 TOPP R.C., DAVIS J.L., ANNAN A.P. (OHFWURPDJQHWLFGHWHUPLQDWLRQRIVRLOZDWHUcontent Measurements in coaxial transmission lines:DWHU5HVRXU5HVSS

4 FAUCHARD C. 7HQHXUVHQHDXYROXPLTXHHWPDVVLTXH0HVXUHVDXUDGDULPSXOVLRQQHO0HVXUHVSDUVpFKDJHHQpWXYH0HVXUHVjODQDO\VHXUIUpTXHQWLHOHWDXGLS{OHTXDUWGRQGH , rapport de recherche interne, CETE Normandie Centre, LRPC Rouen,

5 BECK Y.-L. ,QXHQFHGHODQDWXUHHWGHOpWDWGHVVROVFRPSDFWpVVXUOHXUUpVLVWLYLWp , rapport de stage DESS, Institut de Physique du Globe de Paris,

6 GUILBERT V., GENDRON A. 6XLYLGHODWHQHXUHQHDXGXQUHPEODLH[SpULPHQWDOSDURQGHVpOHFWURPDJQpWLTXHV , rapport de recherche interne, CETE Normandie Centre, LRPC Rouen,

7 CHAPELLIER D. 3URVSHFWLRQpOHFWULTXHGHVXUIDFH , Cours de lUniversit de Lausanne Institut de gophysique,

Documents

BLPC 272 pp 89-105 Vinceslas.pdf