Déformations cycliqueset irréversiblesdans les remblais argileux

c. MIEUSSENSLaboratoire régional

des ponts et chausséesde Toulouse

Complexe scientifiquede Rangueil

1.,. avenue du Colonel-Roche31400 Toulouse

L'étude du comportement des sols compactés mis enremblai est abordée à partir des enseignements que l'onpeut tirer des mesures de déformations. Les observationsfaites sur un grand remblai expérimental ont permis demettre en évidence l'importance du phénomène classiquede reptation des pentes. L'enregistrement desmouvements verticaux confirme que des cycles degonflement et retrait sont bien à l'origine de cesdéplacements. Par contre, sur ce même site et surd'autres ouvrages, il est démontré que des phénomènesde type fluage pourraient expliquer certainsdéplacements horizontaux et verticaux, généralementlocalisés en profondeur et pour lesquels il n'existe pas deméthode de prévision dans le cas particulier des sols nonsaturés.

Irreversible and cyclic strainsin clay embankment

The behaviour of compacted soils used in embankment isenlighted by the results of deformation measurement. The datacollected on an important experimental embankment show theimportance of the crawling of slopes. The recording of verticalmovements shows that cycles of swelling and shrinkage are thesource of this deplacements. On the other hand, on this samesite and for other works, it has been shown that fluagebehaviour may explain sorne deplacements verticaly andhorizontaly, usually located in depth and for them it doesn't existany method of predicting specially for unsaturated soils.

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W901er trimestre 2000

'1

Tassements à long terme

Enseignements tirés des mesuressur le remblai expérimentalde La Jorle

E: extensomètres

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, Point de nivellement

E : manuel de 0 à 6enregistré de 0 à 2 met de 0 à 4 m

E : manuel de 0 à 30m

Position schématique de l'instrumentationdu remblai.Typical instrumentation positioning in theembankment.

H=30m

La figure 2 donne un exemple des résultats desmesures de tassements faites sur ce remblai, par nivel­lement. Elles correspondent aux seules déformationsdifférées, l'origine étant prise un an environ après la finde construction.

Plusieurs observations intéressantes peuvent êtrefaites sur ces courbes qui correspondent à plus de seizeannées de mesures:- le tassement dans l'axe de la voie est sensiblementplus faible que celui mesuré en crête de talus, ce qui

remblais routiers et autoroutiers, mesures qui pourrontservir de base de réflexion pour expliquer les méca­nismes physiques probables et tenter d'expliquer lecomportement complexe des sols compactés mis enremblai. On pourra ainsi mieux orienter la conception,l'étude des ouvrages et leur réparation éventuelle.

Le remblai de La Jorle a été construit entre 1979 et1981 ; il a fait l'objet d'une importante instrumentation,certains appareils sont encore suivis à ce jour et uneinstrumentation complémentaire a été mise en place en1996. Il s'agit d'un grand remblai construit avec desmarnes argileuses, d'une hauteur de 30 mètres et quipermet le franchissement par l'autoroute A62 du petitruisseau de La Jorle. On ne présentera ici que les résul­tats sur les déformations cycliques. Des informationsplus complètes se trouvent dans l'article de D. Thouretet al. (1992), ainsi que dans les rapports périodiques demesures établis dans le cadre d'une recherche asso­ciant le Laboratoire régional des ponts et chaussées deToulouse, la société des Autoroutes du Sud de laFrance et Scetauroute. Les principaux résultats de cetterecherche ont été présentés par C. Mieussens (1986) et(1997), ainsi que dans la thèse de J. Camapum à l'INSAde Toulouse en 1985.

La figure 1 donne la position schématique d'unepartie de l'instrumentation dont les résultats desmesures seront analysés dans le présent article.

1

IntroductionLes remblais argileux sont fréquemment le siège de

déformations verticales et horizontales, se traduisantpar des affaissements plus ou moins localisés et par desfissures souvent longitudinales. Ces désordres, géné­ralement mineurs, nécessitent un entretien fréquent, lecolmatage des fissures sur la chaussée et la reprisepériodique du profil en long. Dans certains cas, cettepathologie peut prendre une ampleur inacceptable, lesaffaissements représentent un risque pour l'usager etl'évolution de la fissuration peut faire craindre unrisque de rupture du remblai ou du moins la formationd'un décrochement sur la voie.

Ces phénomènes peuvent apparaître rapidementaprès la fin de construction ou bien se manifester surdes ouvrages très anciens. Selon les sites, l'évolutionpeut sembler régulière ou au contraire se faire parcrise, avec des corrélations apparentes avec despériodes de sécheresse ou au contraire de forte pluvio­métrie.

Il semble important de rappeler que le comporte­ment des corps de remblai appartient à l'un desdomaines le plus mal connu de l'ingénieur, à savoircelui des sols non saturés. Par ailleurs, le dimensionne­ment d'un ouvrage se fait le plus souvent par rapport àla rupture et les calculs en déformations sont excep­tionnels, alors que les problèmes posés par les corpsde remblais sont le plus souvent liés aux déformations.Il existe quelques outils de calculs en éléments finis, dif­ficiles à utiliser, d'autant que les paramètres représen­tatifs d'un sol compacté non saturé sont eux-mêmesdifficiles à mesurer.

Depuis les travaux anciens de Proctor, d'importantsefforts de recherche ont été réalisés, mais ils ont étéessentiellement orientés vers une amélioration destechniques de mise en œuvre. En France, les Recom­mandations pour les terrassements routiers, éditéesentre janvier 1976 et octobre 1981 (LCPC-SETRA),avaient déjà introduit la notion cc d'état)) du matériau,en particulier lié à la teneur en eau, ainsi qu'une classi­fication prenant en compte des mélanges granulomé­triques de fines et de gros éléments. Plus récemment, leGuide technique pour la réalisation des remblais etcouches de forme (LCPC-SETRA, septembre 1992) pro­pose des méthodes d'études des matériaux en fonctiondes risques d'évolution (classe R qui concerne les maté­riaux rocheux évolutifs).

Cette notion de roche évolutive ne se limite pas à unchangement granulométrique dû à l'extraction et aucompactage, mais parfois aussi à une dégradation pro­gressive de ses caractéristiques mécaniques par imbi­bition. Cette notion d'évolution est fondamentale carelle suppose implicitement qu'un matériau compacté,mis en œuvre correctement en suivant les règles del'art, est susceptible d'évoluer dans le temps. Les pro­grès dans ce sens sont encore timides, et il existe peuou pas d'essais de routine permettant de prévoir lecomportement à long terme d'un corps de remblai, tas­sements et déformations horizontales, sous le simpleeffet des variations de teneur en eau. Les essais tels quela fragmentabilité et la dégradabilité ne sont que desindicateurs de risques.

Le principal objet de cet article est de présenter desexemples de mesures de déformations faites sur des

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Tassements différés en différents points d'un remblai de 30 mètres de haut (origine des mesures: un anaprès la fin de construction).Long term settlements in various location in a 30 meter high embankment (origin : on year after the constructioncompletion).

confirme la tendance d'un basculement des crêtes detalus par rapport à la plate-forme;- le cc tassement )) le plus important est mesuré à mi­talus; il est pratiquement linéaire en fonction dutemps depuis 1984;- les faibles tassements et les soulèvements observésentre 1983 et 1984 s'expliquent par des phénomènesde gonflement par imbibition, bien confirmés par desmesures d'extensométrie avec des tassomètres multi­points (Figs. 3 à 5).

Cet ensemble de mesures montre que le seul nivel­lement n'est pas suffisant pour expliquer le comporte­ment du corps de remblai, le gonflement peut masquertemporairement un tassement et le retrait donner uneimpression d'accélération. Par ailleurs, les cc tassements))plus importants en crête et surtout à mi-talus s'expli­quent en réalité par une combinaison d'un tassement etd'un déplacement horizontal qui sera examiné plus loin.

La figure 4 montre que, dans le cas du remblai expé­rimental de la Jorle, les cycles de gonflement - retrait

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Comparaison des déformations verticales mesurées par topographie et par extensométrie entre la surfacedu talus et une référence à - 6 mètres de profondeur - mesures à mi-talus d'un remblai de 30 mètres dehauteur.Comparison between vertical movements measured by surveying and extensometer located between the slope surfaceand six meters deeper at mid sIope of a 30 meters high embankment.

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Mesures des compressions - extensions de 0 à 6 mètres de profondeur (remblai expérimental de la Jorle).Compression and extension measurements (0-6 meters depth at la Jorle experiment site).

concernent, à mi-talus, essentiellement la couche desurface de 0 à 2 m de profondeur. Après une périodede gonflement dont le maximum se situe en mars 1983,on observe une tendance irréversible à la compression.La couche de surface paraît conserver une épaisseurconstante, il s'agit plus probablement d'une mesurenon représentative due à une mauvaise liaison entre lerepère situé à - 1,2 mètre de profondeur et le terrain.Un nouveau système a été mis en place en 1996.

La figure 5 donne les résultats des mesures de tas­sement relatif en fonction du temps et de la profondeursous la crête de talus. Le point fixe de référence corres­pond à la base du remblai. L'incertitude des mesuresest probablement assez grande. On peut toutefois noterque la topographie de surface (Fig. 2) confirme lesordres de grandeur pour la période considérée, soit untassement de l'ordre de 10 cm en 10 ans.

Tassements cumulés en fonction de la profondeur(crête du talus)

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50Mesures des tassements et gonflements cumulés en crête du talus du remblai.Cumulated settlement and swelling measured at slope crest

REVUE FRANÇAISE DE GÉOTECHNIQUEN° 901er trimestre 2000

capteur dedéplacement ~,

Déplacements horizontaux

sellementde pied

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Principe de la mesure par extensométriedans les talus de remblais.Extensometer measurement in the slope ofembankment.

coulis deliaison sol tube

Les mesures inclinométriques sont à la base desprincipales informations sur les déplacements horizon­taux. La figure 8 donne les résultats des mesures à mi­talus pour le remblai de la Jorle (implantation préciséesur la figure 1). Le tube inclinométrique a été changétrois fois à la suite d'un cc cisaillement )) au niveau despremières couches de remblai (13 à 14 mètres de pro-

Les courbes de tassements cumulés en fonction dela profondeur (Fig. 5) mettent en évidence les ten­dances suivantes:-les 2 à 3 mètres supérieurs de remblais (cotes 89 à 86)sont soumis à des cycles de gonflement et retrait, quicorrespondent assez bien aux cycles saisonniers;- entre 2 et 10 mètres de profondeur (cotes 86 à 80), lavariation d'épaisseur de la couche est négligeable;- entre 10 et 25 mètres de profondeur (cotes 80 à 65),les tassements augmentent progressivement en fonc­tion du temps;- les tassements les plus importants concernent lacouche de base sur 4 mètres d'épaisseur entre lescotes 65 et 61 NGF (50 % du tassement total en 1992),avec une évolution également progressive.

Depuis 1992, les mesures avec le tassomètre multi­point de profondeur sont devenues impossibles, pro­bablement à cause de la déformation latérale du tube.La précision était également devenue insuffisante parrapport aux phénomènes mesurés. En 1996, un nou­veau système de mesure par extensométrie a été misen place à mi-talus. La figure 6 décrit le principe de cematériel, avec un capteur relié à une centrale d'enre­gistrement.

La figure 7 donne les résultats des mesures respec­tivement de 0 à 2 m et de 2 à 4 m de profondeur (pardifférence avec une mesure de 0 à 4 m).

Ces mesures plus précises qu'avec le tassomètremultipoint confirment les variations cycliques annuellesdes déformations, avec une amplitude de 30 à 35 mm,ainsi que leur aspect non réversible. On notera que lanon-réversibilité est actuellement du même ordre degrandeur entre 0 et 2 mètres et entre 2 et 4 mètres deprofondeur, ce qui pourrait traduire un approfondisse­ment des phénomènes.

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Variations cycliques d'épaisseur entre 0 et 4 mètres de profondeur.Thickness variations between 0 and 4 meter depth.

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N° 901er trimestre 2000

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Mesures inclinométriques à mi-talus du remblai de La Jorle (extraits).Inclinometer measurement at mid slope (La Jorle experiment site).

52

fondeur). Cette déformation reste localisée, puisque lesmesures inclinométriques plus à l'aval, dans le talus, netraduisent pas une continuité des déplacements. Il n'y apas non plus de flambage du tube, qui serait caracté­risé par une certaine symétrie des rotations. Cettedéformation correspond à la couche de remblai où lestassements sont les plus importants (1 à 2 % d'après lafigure 5), une plastification locale du matériau n'estdonc pas à exclure. La figure 9 montre que l'évolutionde cette déformation locale, traduite en rotation, estpratiquement linéaire en fonction du temps.

La figure 8 montre également que les déformationsles plus importantes concernent la couche de surfacedu talus, avec un approfondissement progressif enfonction du temps. Depuis 1990, la déformationconcerne l'ensemble du remblai, mais dans des pro­portions assez faibles à partir de 6 mètres de profon­deur.

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I-+-mesure à 2 m au dessus de la base du remblai 1

Évolution des rotations à 2 mètres au­dessus de la base du remblai en fonction dutemps.Rotation evolution versus time 2 meters abovethe embankment base.

Trajectoire d'un point àmi-talusLa combinaison des mesures des déformations verti­

cales et des déplacements horizontaux sur une même ver­ticale permet de donner des indications sur les mouve­ments absolus et relatifs d'un point du talus du remblai.

La figure 10 donne cette information dans le cas d'unpoint situé à mi-talus. La trajectoire absolue correspond àla combinaison des mesures de nivellement et d'inclino­métrie par rapport à un point d'ancrage fixe. Les mesuresrelatives sont interprétées par rapport à un point supposéfixe à 6 mètres de profondeur sous la surface du talus (ledéplacement horizontal mesuré à 6mètres de profondeurn'a pas été pris en compte sur ce graphique).

Cet ensemble de mesures permet d'expliquer lesimportants mouvements observés à mi-talus par lephénomène de reptation de pente. Comme l'indique lafigure 11, en phase d'humidification, le sol compacté atendance à gonfler, avec une déformation normale à lasurface du talus.

1tassement - retrait 1

Schéma de principe du phénomène dereptation de pente.Slope crawling schematic principle.

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Trajectoire d'un point situé à mi-talus du remblai définie par combinaison des mesures inclinométriqueset des mesures de tassement par extensométrie ou nivellement.Path of a point located at mid slope determined using settlement measurement extensometer reading, surveying andinclinometer measurement.

oIncidence de la reptation sur les mesures.Impact of slope crawling on the measurement.

Comme le montrent les figures 4, 6 et 7, la reptationconcerne ess"entiellement la couche de surface du talusqui est la plus exposée aux cycles climatiques. Les tas­sements mesurés par topographie sont donc affectéspar cette composante du déplacement, qui est orientéeen moyenne, pour ce remblai, à 45 degrés. Une simpleanalyse géométrique (Fig. 12) montre également que lamesure par extensométrie des variations d'épaisseurd'une couche doit tenir compte du déplacement de latête par reptation.

Un calcul schématique donne le résultat suivant:Si le point 0 est fixe et AC = CB = 0,3 m, l'exten­

somètre de longueur initiale AO = 2 m aura une lon­gueur finale telle que OB = 1,73 m. La réductionréelle d'épaisseur de la couche est égale à TB =0,147m et non pas CB (0,3 m d'après la topographie) niOA - OB = 27 cm d'après l'extensomètre.

53REVUE FRANÇAISE DE GÉOTECHNIQUE

N° 901er trimestre 2000

Deux autres exemples de mesuresde déformation de remblais routiers

La figure 13 donne un exemple de corps de remblaiinstrumenté de façon classique avec un tube inclino­métrique, mais aussi avec des chaînes extensomé-

triques, verticales, subhorizontales et inclinées à30 degrés. Il s'agit d'un remblai de 25 mètres de haut,également édifié avec des argiles marneuses, mais dontla partie supérieure de 0 à 8 mètres de profondeur a descaractéristiques mécaniques particulièrement faibles.

Sur une période relativement courte, les mesuresinclinométriques ont mis en évidence une zone de rota­tions locales importantes, conduisant finalement à uncisaillement du tube.

axe voie82-2

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terrain narurel

12: tube inclinométrique82: forage pressiométrique

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Profil en travers et instrumentation du remblai.Side view and instrumentation in the embankment.

rotations locales déplacement cumulés

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54Rotations et déplacements cumulés mesurés par inclinométrie.Cumulated inclinometers measured displacements and rotations.

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buse d'accèsaux têtes desextensomètres

~30degrés

r niveau de mesure

19

Principe de confortation du remblai par élargissement de la plate-forme et épaulement du taluspar un matériau traité.Reinforcement for widening of the platform.

La figure 14 donne une représentation graphiquedes rotations et des déplacements cumulés en fonctionde la profondeur et du temps. Ces informations pou­vaient faire craindre une évolution des déformationsjusqu'à la rupture selon un plan correspondant àl'interface schématisée sur la figure 12. Une conforta­tion a donc été réalisée, elle a consisté à mettre enœuvre un épaulement du remblai, jusqu'au niveau dela plate-forme, un élargissement de la voie étant prévuà moyen terme.

Les mesures extensométriques ont été réaliséesavant et après réparation, ce qui donne une informa­tion intéressante sur l'efficacité de l'épaulement et surle mécanisme des déformations. Les trois figures 16 à18 donnent les résultats des mesures sous la forme dedeux familles de graphes: la représentation de la défor­mation en fonction du temps, par rapport à un pointfixe qui correspond à l'extrémité du tube (proche del'axe pour les tubes inclinés) et les déformations cumu­lées en fonction de la profondeur à différentes datescaractéristiques.

Les extensomètres multipoints utilisés sont du typecc extensomètres de forage modèle WR-Flex )). Lamesure des déformations relatives par rapport à la têteest faite au moyen d'une jauge de profondeur dont larésolution de la mesure est de l'ordre de 1/10 de milli­mètre. Des capteurs électriques enregistrés de typerotatif ont été utilisés en début de période.

La figure 16 montre que l'épaulement a eu poureffet une accélération immédiate des vitesses de tasse­ment, due à un accroissement de la charge. Les ampli­tudes à long terme ont été confirmées par nivellement.

Les mesures sur l'extensomètre incliné à 5 degrésmontrent qu'avant travaux les principales extensionsconcernaient la tête et le repère placé à 2 mètres de dis­tance. On observait en particulier un mouvementcyclique dont le minimum, dû au retrait, se situe en été.Après les travaux d'élargissement, le phénomènecyclique disparaît, mais les extensions se poursuivent

et intéressent des repères de plus en plus éloignés dansle corps du remblai.

Pour l'extensomètre incliné à 30 degrés (figure 18),on observe également, avant travaux, une extensionpour les 3 mètres supérieurs et un mouvement cycliqueperceptible jusqu'au repère situé à 3 mètres de distancede la tête. Le chargement dû à l'élargissement se tra­duit par une inversion des déformations avec une com­pression sensible jusqu'à 11 mètres de distance de latête. Par contre, depuis 1996, les déformations se sontde nouveau inversées dans le sens des extensions.

Les principaux enseignements de cet ensemble demesures sont les suivants:- l'épaulement d'un talus par une surlargeur permetd'améliorer la stabilité générale, en particulier si lesmatériaux utilisés ont des caractéristiques mécaniquesélevées, mais dans des proportions probablement assezfaibles;- la surcharge a une incidence évidente sur l'accéléra­tion des tassements;-la mise en place d'un matériau insensible à l'eau per­met de réduire les cycles de gonflement et retrait etdonc de supprimer le phénomène de reptation depente;- le matériau mis en surlargeur, même s'il a des carac­téristiques mécaniques exceptionnelles, ne permet pasde reprendre efficacement des efforts horizontaux; lesextensions actuellement observées indiquent donc quela reptation n'est probablement pas la seule cause desdéformations horizontales et de la fissuration observéesur les chaussées.

Ce dernier point conduit à faire l'hypothèse que lecorps d'un remblai peut se déformer par fluage, à unniveau donné, parce que les contraintes sont tropproches de l'état limite du matériau utilisé. Les mesuresinclinométriques de la figure 7 ont été interprétéescomme un phénomène de fluage confiné à la base duremblai (Fig. 8) et aucun calcul de stabilité ne permet-

55REVUE FRANÇAISE DE GÉOTECHNIQUE

W901er trimestre 2000

20 wA"-"""I-"~'''l'-~''''-' _............ ......-""""'~, ...............,"

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1 ~tête -ô-- 1m ~- 3 m -0--5 m -f-- 7 m -*:-- 10-~--~~~-_2~~~_~_~~__~~~19m

(a) - Tassements en fonction du temps par rapport au pied de tube à - 24m

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- Compression

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---- 10/94 - après travaux-8-35773

~14/09/93

--+-35282-X-35920

--------------------------------------- ------_!

(b) - tassements cumulés par rapport au piedTassements en fonction du temps et de la profondeur selon une verticale en crête de l'ancien talus.Settlement versus time and depth along the ancient sIope crest.

56

trait de mettre en évidence un risque de rupture à ceniveau. Dans le cas de la figure 13, un schéma de rup­ture compatible avec les mesures inclinométriquesnécessite de faire des hypothèses peu réalistes, à savoirpar exemple un angle de frottement de 20° et une fis­sure ouverte jusqu'à 8 mètres de profondeur, ou bienpartiellement remplie d'eau. Le risque de rupture nedevait pas être exclu à cause des problèmes de sécuritémais, dans le cadre d'une réflexion sur le comporte­ment réel du matériau, le phénomène de déformationpar fluage confiné doit être également examiné.

Pour illustrer cette hypothèse, nous avons étudié lesmesures faites sur un remblai routier de 13 mètres dehaut, qui subit depuis sa mise en service une impor­tante pathologie. Le corps du remblai est constitué d'unmatériau argileux, parfois assez plastique, et les talus

sont protégés par des matériaux insensibles à l'eau,argile traitée ou matériaux calcaires.

On a reporté sur la figure 19 les mesures de rota­tions et les déplacements horizontaux en crête de rem­blai et en regard, les tassements cumulés en fonctionde la profondeur, mesurés avec un tassomètre multi­point placé dans l'axe de la voie, sur le même profil. Cesmesures mettent bien en évidence une déformationverticale et horizontale, au même niveau dans le corpsdu remblai, avec des amplitudes tout à fait similaires. Ilne s'agit donc pas de mouvements de type rotationnelavec une surface de rupture bien définie; il n'y ad'ailleurs aucun désordre dans les talus alors que laplate-forme a subit d'importantes déformations, sousla forme de tassements et de fissures sans décalage ver­tical entre les lèvres.

REVUE FRANÇAISE DE GÉOTECHNIQUEW901er trimestre 2000

-5 +----+---+---+----1I----+--+---+--~-__+--+_-_+_-_+_-..............:-.............j--..............~

ma août- févr- août- févr- août- févr- août- févr- août- févr- août- janv- juil- janv- juil- janv-rs-91 91 92 92 93 93 94 94 95 95 96 96 97 97 98 98 99

(a) · Déplacements par rapport à un repère à 16 mètres de la tête

3,5

\---.--~:;.\ ---

3,02,52,01,51,00,5

i-j--·------------titIr+lA I-----::.mIII-----+-------j-----+---------- --------+-------1

extensions (~-~)~----1----+------ 1

--+- 18/02/93 --/:r- 14/09/93

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-x- 05/05/1998 ---- 07/08/98

~mars-94 - avant travaux

-0-06/06/1997

-0,5 0,0

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-2 -

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=a-12

-14

-16

--'-17/02/92

(b) - Extensions cumulées par rapport à l'ancrage

Déformations en fonction du temps et de la distance par rapport à un point fixe dans l'axe du remblai ­Extensomètre incliné à 5 degrés.Deformations versus time and distance from a fixed point on the embankment axis.

Dans ce cas particulier, l'analyse des mouvementsen fonction du temps met en évidence un amortisse­ment, généralement représentatif d'un phénomène defluage, ce qui n'est pas toujours vérifié, comme le sou­ligne la figure 8.

ConclusionLe premier enseignement que l'on peut déduire de

cet ensemble de mesures est que le mécanisme desdéformations des corps de remblai correspond proba­blement à la combinaison de plusieurs phénomènesphysiques dont l'importance relative peut varier d'unouvrage à l'autre. On ne donnera en conclusion qu'uneliste, probablement incomplète, des principales causes.

Un certain nombre de causes sont bien connues et ilserait dangereux de les oublier:

-le défaut de compactage et en particulier la mauvaiseadaptation du niveau de compactage par rapport à lahauteur du remblai;

-le caractère évolutif du matériau, sous l'effet du com­pactage et surtout des variations de teneur en eau; cepoint est particulièrement important si la mouture dela roche tendre initiale laisse un pourcentage importantde vides;

- les hétérogénéités et, en particulier, les contrastes deperméabilité qui favorisent localement les variations deteneur en eau.

D'autres causes sont moins souvent prises encompte:

- les risques de gonflement et retrait, qui concer­nent les sols gonflants mais aussi les argiles non satu­rées en général; en effet, une variation de teneur eneau se traduit par une variation de succion, donc unedéformation cyclique qui peut être à l'origine du phé­nomène de reptation de pente; 57

REVUE FRANÇAISE DE GÉOTECHNIQUEW90

1er trimestre 2000

déc-99sept-91 janv-93 juin-94 oct-95 mars-97 juil-98

[~tête 15m -lr-13m -&-11 m~9m --e-7m ---f-5m --b.-3m 1

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-20

(a) - Déplacements par rapport à un repère à 17 mètres de la tête

-2,5 -2,0 -1,5 -1,0 -0,5

°-2 -

-4 -

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-8 -Cl)(,)

-10cca..,en

-12:c-14 -

-16

-18

0,0 0,5 1,0 1,5

___ 17/02/92

-e-Mars 94 - avant travaux

---06/06/1997

-0- 07/08/98

-+- 18/02/93

--e- 10/94 - après travaux

--(>- 09/12/1997

--h:- 14/09/93

--.- 11/10/1996

~x~05/05/1998

(b) - Déformations cumulés par rapport à l'ancrage à 17 m

Déformations en fonction du temps et de la distance par rapport à un point fixe dans l'axe du remblai ­Extensomètre incliné à 30 degrés.Deformations versus time and distance from a fixed point on the embankment axis.

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- des déformations différées verticales et horizontalespeuvent affecter certains matériaux compactés, soumisà un état de contrainte élevé; le risque sera d'autantplus grand s'il se produit en plus des variations deteneur en eau à la base du remblai par remontées capil­laires.

Ces réflexions montrent que les matériaux consti­tutifs de certains remblais doivent être étudiés nonseulement pour définir les conditions de leur mise enœuvre et leur stabilité, mais aussi pour apprécier leur

sensibilité aux changements de volume et leur défor­mabilité.

L'auteur de cet article tient à remercier la société des Autoroutesdu Sud de la France et, plus particulièrement, les responsables dela DRE d'Agen pour la confiance qu'ils nous ont témoignée en nouspermettant d'instrumenter et de suivre de nombreux remblaisdans un cadre expérimental mais aussi pour la surveillanced'ouvrages courants.

REVUE FRANÇAISE DE GÉOTECHNIQUEWQO1er tri mestre 2000

(mm)80 100604020

déplacements horizontaux

18 ~~----j---__+---__I_---_l_-------l

16 ~-----j---_+---___+_---_l_--____l

14 -HIIIII'------j---_+---___+_---_l_-------l

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E 8 +--~'--------j,.,..._::==-__........,.==---___<dt.o..-:=-"----_l_----______'

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(rdx1000)

25 30

rotations en fonction de la profondeur5 10 15 20

2+---M'-~~~-_+---j------+_---j------l

14 ------f-------+---f__--_+_---+-------J

16 ~td-----l----+--_____jr-----!------+------l

18 ~~~-+----+--____1~---+----l-----l

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-+- 22/06/93

~04/06/96

........- 07/12/93 -0- 31/05/94

--base remblai--+- 22/06/93

--*- 04/06/96

-.- 07/12/93 -0- 31/05/94

--base remblai

chaussée

-2 +--_+_-~iC-_+_-_+_.....+_--+--1ll__+_--A-+_~a--+__Œ_f__-I______l~____.+-__I_-__+-__+-__+-____f.;a__+-_+___lIH

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base du remblai

-16 +---+--1l4-:.NF~~+_--!--+_-+_-+_-+__-+__-I___f______l-__I_-__+-__+-_+-_+-_+-_+-__J._---1

-18 +--+_~-II---+_-+_--+--_t__-+_--t---+__-+_-I__-f_____j-___+-__+-__+-_+-_+-_+-_+-_+-__1

o -5 -10 -15 -20 -25 -30 -35 -40 -45 -50 -55 -60 -65 -70 -75 -80 -85 -90 -95 -100

gonflements (+) ou tassements (.) en mm

-20 +---I---I--+--I--~I--___f--+-_+-04_--....-_+_-_1_-_I_-oI_-~-J__~~___4-__+-~-__I_-~

10 5

......... 31-mars-93

....... 22-févr-94

-x- OS-mai-93

-0- 31 -mai-94

-+- 22-juin-93

-.- 07-oct-94

-+-27-juil-93

-4- 03-oct-95

-.- 23-sept-93

--.- 04-jun-96-Ir- 07-déc-93 ]

Comparaison des déplacements horizontaux en crête de talus et des tassements dans l'axe d'un remblaiargileux de 13 mètres de haut.Horizontal displacements at the slope crest versus settlement on the axis of a 13 meters high clay made embankment.

Thouret D., Puech J.-P., Mieussens C. - cc Autoroute A62. Suivid'un grand remblai en marne: bilan de dix années d'observa­tion )). Revue générale des routes et autoroutes, n° 700, octobre1992, p. 23-27.

Mieussens C., Camapum de Carvalho J. - Remblais en marne ­Désordre, étude, confortation. Document technique édité par

Scetauroute et le Laboratoire central des ponts et chaussées,mars 1986.

Mieussens C. - cc Les remblais en marne - Études, pathologie ettechniques de réparation )). Texte de la conférence prononcéeaux journées du 70e anniversaire de la Junta Autonoma deEstradas, Lisbonne, septembre 1997. 59

REVUE FRANÇAISE DE GÉOTECHNIQUEN°90

1er trimestre 2000