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Contribution de la reconnaissance pressiométrique au dimensionnement d'un grand mur de soutènement en zone montagneuse Le dimensionnement des grands murs de soutènement en montagne est un judicieux équilibre entre les règles de sécurité à appliquer pour prévenir la rupture ou les grands déplacements et le budget d'investissement dans la construction qui doit être le plus économique possible. Pour ce type d'ouvrage,les caractéristiques de cisaillement du sol sont des paramètres extrêmement sensibles, si bien que de petites variations sur les hypothèses de cohésion ou d'angle de frottement conduisent à des grandes variations sur les efforts que doit supporter la structure. L'analyse pressiométrique est alors une bonne contribution car elle permet de caractériser de tels sols en respectant leur structure naturelle. Dans cette étude les dépôts fluvio-glaciaires ont été supposés non cohérents. Le dimensionnement des murs de soutènement de Tèche sur l'autoroute A49 entre Grenoble et Valence a été réalisé avec l'angle de frottement déterminé au pressiomètre, ce qui a permis d'optimiser les renforcements. L'autoroute est en service depuis 7997, et le suivi du mur ne montre aucune déformation sensible. Mots-clés : Essais in sifu et mesures, murs de soutènement, pressiomètre, angle de frottement. : 'ilj f [laiversffé Jasêph:Fffi 38041 Grenable J monnet@u1 f- grenoble fr D. ALLAGNAT Sce,taùrorte sr r rue no bt,qï#fÆ1@t,4, ,,,,,:,,,,,,,,,,,;, :,, :,i:,, 3i',8.,,f"'UO:lSêff$ih$. d. àil a gn at@l s c etaur o ute . fr l'ql IE l= lut l.sl Design of alarge soil retaining structure in montain area with the help of pressuremeter analysis The design of a large retaining structure is a balance between safety rules, which are used to prevent failure or large displacements and the building cost of the wall. In such a case, the shearing parameters of the soil are very sensitive so that small variations on cohesion or internal angle of friction give large variations on forces supported by the structure. The pressuremeter analysis is the technique used to measure the internal angle of the gravel. It is assumed that the soil is non cohesive. The design of the retaining wall of Tèche on the A49 Grenoble Valence motorway is made with the friction angle determined by pressuremeter test, which allows the adjustment REVUE FRANçA|SE or cÉorrcHNteuE N" 95/96 2eet3e trimestres 9001 l+t l(, tfo IL l+, lul l-o l< ô5

la reconnaissance pressiométrique dimensionnement … · Contribution de la reconnaissance pressiométrique au dimensionnement d'un grand mur de soutènement en zone montagneuse

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Contributionde la reconnaissancepressiométriqueau dimensionnementd'un grand murde soutènementen zone montagneuse

Le dimensionnement des grands murs de soutènement enmontagne est un judicieux équilibre entre les règles desécurité à appliquer pour prévenir la rupture ou lesgrands déplacements et le budget d'investissement dansla construction qui doit être le plus économique possible.Pour ce type d'ouvrage,les caractéristiques decisaillement du sol sont des paramètres extrêmementsensibles, si bien que de petites variations sur leshypothèses de cohésion ou d'angle de frottementconduisent à des grandes variations sur les efforts quedoit supporter la structure.L'analyse pressiométrique est alors une bonnecontribution car elle permet de caractériser de tels solsen respectant leur structure naturelle. Dans cette étudeles dépôts fluvio-glaciaires ont été supposés noncohérents. Le dimensionnement des murs desoutènement de Tèche sur l'autoroute A49 entreGrenoble et Valence a été réalisé avec l'angle defrottement déterminé au pressiomètre, ce qui a permisd'optimiser les renforcements. L'autoroute est en servicedepuis 7997, et le suivi du mur ne montre aucunedéformation sensible.

Mots-clés : Essais in sifu et mesures, murs desoutènement, pressiomètre, angle de frottement.

: 'ilj f[laiversffé Jasêph:Fffi

38041 GrenableJ monnet@u1 f- grenoble fr

D. ALLAGNATSce,taùrorte

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Design of alarge soil retainingstructure in montain areawith the helpof pressuremeter analysis

The design of a large retaining structure is a balance betweensafety rules, which are used to prevent failure or largedisplacements and the building cost of the wall. In such a case,the shearing parameters of the soil are very sensitive so thatsmall variations on cohesion or internal angle of friction givelarge variations on forces supported by the structure.The pressuremeter analysis is the technique used to measure theinternal angle of the gravel. It is assumed that the soil is noncohesive. The design of the retaining wall of Tèche on the A49Grenoble Valence motorway is made with the friction angledetermined by pressuremeter test, which allows the adjustment

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ô5

of the wall to the geotechnical environment. A49 follows theIsère River on the right side and passes along a 1 300 m hill-sidein the area of Tèche. Nowadays after 10 years of measurementsthere is no significant displacements of the retaining walis.

Key words: field testing and monitoring, retaining walls,pressuremeter, friction angle.

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Notations

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Elntroduction

Le dimensionnement des grands murs de soutène-ment en montagne est un judicieux équilibre entre lesrègles de sécurité à appliquer pour prévenir la ruptureou les grands déplacements et le budget d'investisse-ment dans la construction qui doit être le plus écono-mique possible. Pour ce ffie d'ouwage,les caractéris-tiques de cisaillement du sol sont des paramètresextrêmement sensibles, si bien que de petites variationssur les hypothèses de cohésion ou d'angle de frotte-ment conduisent à des grandes variations sur lesefforts que doit supporter Ia structure . La méthodeusuelle d'investigation est de prélever des échantillonsde sol intacts qui seront ensuite testés au laboratoire.Malheureusement beaucoup de sols rencontrés enmontagne ne peuvent pas être testés au laboratoire parles équipements courants. En particulier, les graves ontsouvent une granulométrie (D-u^ ) 5 mm) qui les rendinadaptées aux essais triaxiaux classiques dont la tailled'échantillon est limitée (70 mm par 140 mm).

L'analyse pressiométrique est alors intéressante carelle permet de caractériser de tels sols en respectantleur structure naturelle. Dans cette étude, les dépôtsfluvio-glaciaires ont été supposés non cohérents. Lescourbes pressiométriques étant liées à la fois aumodule élastique de cisaillement G et à l'angle defrottement interne g' , un cycle de déchargementrechargement a été réalisé pour séparer lecomportement élastique du comportement plastique.L'angle de frottement interne est ensuite mesuré par lapente de la relation linéaire entre les logarithmes despressions et des déformations radiales au forage (Clarket al., 1998; Hugues et aI., 1997) et les caractéristiquesmécaniques sont contrôlées par la comparaison entreles courbes pressiométriques expérimentale etthéorique, mais aussi par la valeur des pressionslimites expérimentale et théorique (Monnet, 1990,Monnet et al., 1994). Le dimensionnement du mur desoutènement de Tèche sur l'autoroute A49 entreGrenoble et Valence a été réalisé avec I'angle defrottement déterminé au pressiomètre, ce qui a permisd'optimiser les renforcements. L' autoroute 1'49implantée sur les plateaux bordant l'Isère depuisGrenoble doit franchir à cet endroit un verrou de prèsde 1 300 m de long dans le secteur de Tèche. Le versantde Tèche marque un resseruement de la vallée deI'Isère en rive droite et un point de passage imposépour le tracé autoroutier. Ce secteur a une pente de 30o,voire localement 40".

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66REVUE FRANçAISE DE GËOTECHNIQUEN" 95/969e eT3e trimestres 2001

-

Description du pro, etL'autoroute A49 (Grenoble Valence) permet d'assu-

rer la continuité des autoroutes alpines, concédées à Iasociété des autoroutes Rhône-Alpes (AREA), avecl'autoroute de la vallée du Rhône . L' autoroute A49implantée sur les plateaux bordant l'Isère depuis Gre-noble doit franchir à flanc de coteau un verrou de prèsde 1 300 m de long dans le secteur de Tèche. Le versantde Tèche marque un resserrement de la vallée de l'Isèreen rive droite et un point de passage imposé pour letracé autoroutier. Ce secteur a une pente de 30', voireIocalement 40", avec une topographie régulière mar-quée seulement par quelques ravines de 3 m à 5 m deprofondeur. Les deux chaussées sont disposées à deuxniveaux différents (Fig. 1). Le mur en déblai supérieurde 10 m à 20 m est stabilisé par des ancrages et desclous. Le mur en remblai inférieur de 6 m à 15 m estréalisé en terre armée. Le mur intermédiaire de 6 mentre les deux niveaux de chaussées est également enterre armée. lJne voie de chemin de fer passe en hautdu versant et il est essentiel de n'avoir aucun déplace-ment. Il a été utilisé dans ces travaux de soutènement900 ancrages, 1100 clous et 14 000 m2 en surface deterre armée pour un corft total de 90 MF.

ffiCadre géologiq ue génér al

La géologie du site est relativement simple dans sonensemble ; le substratum molassique (Liocène), sub-affleurant dans les zones de ravinement est recouvertpar des dépôts fluvio-glaciaires hétérogènes et d'épais-seur très variable appartenant à la a terrasse de Saint-Marcel-lès-Valences ). A l'aval du projet côté Nord uneterrasse alluviale ennoie le pied du versant et bordel'Isère.

ffiDescription géotechniq ue des terrains

Les terrains présentent ici des faciès assez hétéro-gènes, surtout ceux constituant la couverture, le sub-

i*ï;4i#igiffiliiii11iii#ffiiïilif,*ï Le mur de soutènement de Tèche.The Tèche retaining wall.

stratum molassique restant relativement homogène. Ils'agit d'un site de versant où les dépôts ont subi denombreux remaniements (ravinement, altération dusubstratum...) consécutifs aux variations de niveau deI'Isère lors du retrait des glaciers. On peut donc distin-guer les huit faciès suivants :

graves argileuses et argiles graveleuses rouges0/150 mm, rencontrées en surface sur une épaisseurd'ordre métrique ;

- graves sableuses 0/150 mm, à faible matrice argileuseplastique enrobant les galets et pouvant contenir degros blocs. Ce faciès représente environ 75 "Â des ter-rains meubles ;

- graves argileuses 0/150 mm, de couleur blanc-gris etprésentant une certaine cohésion. Les épaisseurs sontparfois importantes et se présentent sous forme de len-tilles aléatoires au sein de la formation précédente ;

- poudingues de cimentation variable 0/150 mm voire0/80 mm en lentilles de faible épaisseur (< 0,5 m) maisd'extension pouvant atteindre une dizaine de mètres ;

- graves crues 0/1,50 mm ou graviers 0/60 mm, généra-lement associés aux poudingues et constituant leurbase. Ce faciès est également lenticulaire ;

- sables et graves ou graviers alternant en petits bancsde 0,20 à 0,40 m d'épaisseur correspondant à des condi-tions de dépôts particulièreS ;

- sables gns homogènes plus ou moins grossiers, pré-sents localement en forte épaisseur ;

- substratum molassique qui se présente sous le facièsclassique de sables jaunâtres plus ou moins cimentés,très monotones admettant localement de très fins jointsd'argile beige (1 à 10 mm) ainsi que des niveaux lenti-culaires franchement grésifiés épais de 0,15 à 0,20 m. Iln'a pas été observé de faille malgré la proximité deschaînons calcaires subalpins.

Pour l'hydrogéologie du site, on peut noter que lesravines visibles sur le versant correspondent à desvenues d'eau ponctuelles lors de très fortes précipita-tions à la faveur de lentilles plus graveleuses et per-méables au sein des dépôts fluvio-glaciaires. Les for-mations fluvio-glaciaires sont le siège de petites nappesperchées se vidangeant très rapidement.

Les aspects les plus remarquables du site concer-nent le niveau du substratum molassique, la constitu-tion et les caractéristiques mécaniques de Ia couverturegraveleuse supérieure.

ffitLes recon naissances géotech niq ues

Les reconnaissances géotechniques se sont dérou-lées en plusieurs phases successives avec les moyenssuivants :

- sond ages électriques ef sism iques ;

- son dages destructifs avec enregistrement de para-mètres et sondages à la tarière ;

- sond ages carottés ;

- sondagespressiométriques standards et avec cycles decharge-décharge, notamment dans la molâSSe ;

- sond ages pelleafin de précisersols.

Les résultats

araignée et puits de reconnaissancela nature et les caractéristiques des

de ces études sont indiqués dans le

67REVUE FRANçAISE DE GEOTECHNIQUE

N'95/962eet 3e trimestres 9001

îtfiliiiiililiî,ffii |*l,ilii Résultats de la campagne de reconnaissance géotechnique.Results of the geotechnical exploration.

Sable et grave

Sable gris

Grave lâche

Molasse lâche

Molasse dure

tableau I. Nous ne détaillerons pas ici l'ensemble desrésultats des essais in sifu et en laboratoire, et nousnous attacherons principalement à la problématiqueposée par l'évaluation des caractéristiques de cisaille-ment des sols grossiers constitués par les dépôts flu-vio-glaciaires. Il a été décidé de privilégier les essaispressiométriques pour les raisons suivantes :

- c'est un ess at in situ qui respecte la structure du sol ;

est réalisable même dans les sols grossiers ;

- il peut être positionné à la fois dans le plan horizontalet verticalement ;

il permet de déterminer le module élastique decisaillement G ;

- il permet de déterminer l'angle de frottement interneg' (ou la cohésion non drainée C,.).

-

Th éo rie p ress i o m étrique

ffiUessai pressiométrique

L'essai pressiométrique est bien connu depuis plu-sieurs dizaines d'années (Ménard, 1955). Il est utilisélargement actuellement pour les dimensionnements defondation (Ménard, 1957; Gambin, 1979; Amar et al.,1991).La méthode usuelle consiste à déduire de l'essaile module pressiométrique, qui est obtenu à partir dela pente de la partie linéaire de la relation entre la pres-sion et le volume du pressiomètre, ainsi que la pressionlimite, qui est la valeur de la pression quand la sondedouble de volume (pour un volume injecté V, * 2.V 1)après que le sol a retrouvé son état initial (pour unvolume injecté V,'). Le module pressiométrique et lapression limite sont utilisés dans des formules empi-riques pour estimer respectivement le tassement et lacapacité portante des fondations.

Si nous considérons l'essai pressiométrique commeun essai de cisaillement (Clark e et al., 1998), il présentealors des qualités intéressantes. Le pressiomètre est unappareil qui mesure à la fois des caractéristiques dedéformation et de résistance. C'est un essai ln situ quipeut être réalisé dans n'importe quel sol, sans carottage

850-1 500

850-1 500

300-600

1200-1 400

1, 900-2 200

préalable. De ce fait, il est moins influencé par Ia gra-nulométrie, le changement du degré de consolidationou le remaniement qui apparaissent quand on fait unéchantillonnage pour des essais de laboratoire.

Dans ce texte, nous présentons une méthoded'interprétation de l'essai pressiométrique permettantd'obtenir le module élastique de cisaillement et l'anglede frottement interne quand le sol est granulaire. Cesvaleurs sont des paramètres liés à l'état de contrainteet ne sont pas influencées par le type de sonde utiliséeou par la façon dont le forage a été réalisé. IIs peuventêtre utilisés dans le dimensionnement des ouvragessans considérations empiriques, et pour d'autresouvrages que les travaux de fondation, par exemplepour les murs de soutènement, Ia stabilité des penteset le dimensionnement des tunnels. Les paramètres decomportement mécaniques du sol permettent alorsd'adapter I'ouwage en terrains meubles à son environ-nement géotechnique et d'optimiser le dimension-nement.

Cette méthode utilise une procédure expérimentaleavec un essai pressiométrique à cycle, celui-ci étanteffectué avant d'atteindre la pression de fluage. Lecycle sert à déterminer Ie module élastique de cisaille-ment et le module de Young à travers une hypothèsesur la valeur du coefficient de Poisson. L'effet du cycleest de supprimer Ia plus grande partie des déforma-tions plastiques qui se produisent très tôt lors du char-gement vierge. L'essai pressiométrique, que nousavons réalisé, nécessite des mesures plus nombreusesaprès le fluage, de façon à ce que l'analyse du sol encisaillement puisse se faire précisément. Les mesuressont corrigées pour tenir compte de la déniveléehydraulique, et de la géométrie de la sonde (Gaiatech,1989) de façon à ce que la pression de réaction du sol etla déformation moyenne le long de la zone de mesuresoient précisément définies. Les résultats des essaissont interprétés avec une théorie élasto-plastique del'expansion de Ia sonde pressiométrique, pour obtenirle module de cisaillement et l'angle de frottementinterne du sol.

ffit ffil|

Hypothàses

Le sol a un comportement élastique linéaire demodule G avec une plasticité non associée d'angle de

ô8REVUE FRANçA|SE oe cÉorecHNreuEN'95/969eet3e trimestres 2001

frottement intern e e' , d'un angle de dilatance Y lié aufrottement intergranulaire gu (Monnet et a1.,1.978) pâr :

Y - g'- gu (1)

Le critère de Mohr-Coulomb détermine la plasticitédu sol :

F (o') = (o.,' - or') - sin q' . (o.,' + or') (Z)

L'écoulement plastique non associé est défini par larelation (3) avec Ie scalaire indéterminé ( :

dep _Ç. dH(o)/do (3)

et avec le potentiel plastique non associé H :

H(o) = (o.,'- or') - sin Y . (or' + or') (4)

Trois zones de comportements différents sont prisesen compte depuis le forage :

- au contact du pressiomètre, il apparaît une plasticitéentre la contrainte circonférentielle or' et la contrainteradiale o.' dans Ie plan horizontal, entre les rayons a (duforage) et b limite de cette première zone plastique.Ceci donne Ie rapport de proportionnalité entre lescontraintes et les déformations plastiques

N - 6r'/o,' = (1 - sin g')/(1, + sin <p')

n - - de.nTdrro : (1 - sin Y)/(1 + sin Y)

- au-delà, il peut apparaître une nouvelle zone plastiqueentre la contrainte circonférentielle or' et Ia contrainteverticale 6r' dans le plan vertical, entre les rayons b et cIimite des zones plastiques ;

- une zone élastique plus large entoure tout l'ensemble,au-delà du rayon c.

L'équilibre dans Ie plan horizontal est vertical estpris en compte.

Le sol pulvérulent est considéré drainé.

ffiÉq uili bre élasto-plastiq ue gënër al

Quand deux zones plastiques existent, la relationgénérale d'équilibre entre contrainte et déformation auniveau du forage qui représente l'expression théoriquepressiométrique est la suivante (Monnet et al., 1994):

Cette linéarité avait déjà été trouvée précédemment(Hughes et aI., 1977) mais sans définir la totalité de lacourbe pressiométrique. La pente o de la relationlinéaire est une fonction de l'angle de frottementinterne (p' et de l'angle de frottement intergranulaire rp,,.

La connaissance de gu et de o( permet alors de détermi-ner directement l'angle de frottement interne. Pour uneseule zone plastiqu€, orr â :

t"l+(r*t.-

+Lnl xo .y.2.L

(r-l,r).(t+n)-.'] (e)

(10)

2G(t+ru)

Ko. y.z + (t - l,r).(" - t)avec : c1 -

(5)

(6)

z.G.(t +n)On trouve aussi la proportionnalité entre les loga-

rithmes des contraintes et des déformations au niveaudu forage. La différence de comportement entre deuxou une zone plastique est liée à la valeur de lacontrainte radiale pour le rayon c externe aux deuxzones plastiques. Dans le second cas, la contrainteradiale doit être plus grande que la contrainte verticaleo.b' I 6,' et ceci conduit à la condition trouvée précé-demment (Wood et aI., 1,977) :

Ko > 1,/(1, + sin <p')

ffiPression limite convention nelle

Lorsque l'on atteint la pression limite ,la cavitédouble de volume, et la déformation radiale devient

alors égale à "tz 1. Cette dernière valeur est intro-duite dans Ia formule (7) ce qui permet de trouver alorsla pression limite conventionnelle Ménard pour deuxzones plastiques :

t"l+(r*

"(+),. ùffï

/\1,+n.lY t l\p)

In)- Ctl= e.Ln(p) - a.Ln(y.t)

J

D -^todt 1- I.z'.

\

(11)

(12)

REVUE FRANçAISE DE GÉoTECHNIQUEN'95/96

2eet3e trimestres 2001

+Lnftt-Ko) TZW-.1] (T)

L

aVeC : d=#

+(t+n)(x -rc0)#

On utilise Ia relation (9) pour trouver la pressionlimite pour une zone plastique :

, y 2". / [(,.') (JZ - t)-.t] , "(t.

t) (4,\

^ I (t + rt) ï ", y ,l(r- N) (1 + n) -z.G ct.(t* r'r)] t rrr

Dans ces deux relations on trouve que Ia pressionlimite P, est proportionnelle à la valeur de la contrainteverticale et fonction du module de cisaillement G ainsique du rapport n qui est lié à la dilatance.

et C1. -

La valeur de C1 est très petite, et peut être négligée.Dans ces conditions, la relation (7) montre qu'il existeune linéarité entre les logarithmes de la pression appli-quée au forage et de la déformation radiale au forage.

E(B) Étude expérimentale

ffiPrincipe del'étude

Cette étude procède

expérimentale

par étapes :

69

- mesure de }'angle de frottement intergranulaire 9,, àl'essai triaxial On suppose que Ia nature géologique desgrains du sol et leur état de surface sont indépendantsde Ia granulométrie. Ceci implique que Ie frottementintergranuiaire mesuré sur un échantillon de sol degranulométrie 0/5 mm est identique à celui du sol insifu de granulométrie 0/150 mm. Cette valeur est indé-pendante de l'état de densité du sol (Monnet ef al.,1978). Par contre }'angle de frottement interne <p'

mesuré à I'essai triaxial n'est pas considéré commevalide parce qu'il est lié à une densité particulière del'échantillon qui n'est pas la densité in situ, qu'il a étémesuré sur un échantiilon écrêté remanié et qu'il a étémesuré sur un nombre d'échantillons restreints peureprésentatifs de l'ensemble du massif ;

- mesure de la dilatance, puis de l'angle de frottement àI'essai pressiométrique. On suppose que le sol est noncohérent et parfaitement drainé. L'angie de frottementest alors considéré comme représentatif de l'état dedensité local du sol in situ. L'essai pressiométrique estici interprété comme un essai de cisaiilement unique àun niveàu de contrainte moyen imposé par le poidi desterres au repos. Il permet de déterminer un angle defrottement (ou une cohésion) mais pas les deux para-mètres à la fois. Pour arriver à un tel résultat, il faut dis-poser de plusieurs essais pressiométriques à des étatsde contraintes moyens très différents les uns desautres, et dans un sol homogène, ce qui n'est pas Ie casde Tèche;

- lissage des caractéristiques géotechniques de frotte-ment en fonction de la profondeur pour en déduire unevaleur moyenne applicable à l'ensemble du projet. Lesvaleurs de pic des frottements sont exclues car ellespeuvent être dues à une cohésion du sol dont la résis-tance se reporte artificiellement sur la valeur du frotte-ment, mais aussi à la granulométrie. En effet, la pré-sence éventuelle de gros cailloux à proximité de lasonde donnera une surestimation à la fois de la pres-sion iimite et de l'angle de frottement interne, la zoneplastique au contact de la sonde n'existant plus.

reLe sol de Tèche

Le sol est une grave fluvio-glaciaire constituée departicules arrondies dont la granulométrie s'échelonneentre 0,1 et 150 mm. La distribution des grains est lasuivante :

Doo = 30 mm, Dlo = O,2mm, D6o/D1o = 150, tamisat à20 mm :43 %",2 mm: 1,4%,O,OB mm: 6,5 %.

reLes essais triaxiaux

Les essais sont faits sur des échantillons remaniés,reconstitués, de diamètre 7 cm et de hauteur 14 cm. Lesol a été écrêté à 5 mm et compacté jusqu'à Ia densitéde 1,80. I1 a été ensuite saturé et la pression latéraleappliquée. Quatre heures plus tard, la consolidations'est terminée et le cisaillement a été commencé à Iavitesse de 0,11 mm par minute. Le drainage a été laissélibre pendant Ie cisaillement et Ia mesure du volume aété faite par l'intérieur de l'échantillon. Les résultatssont présentés sur les figures 2 et 3. Les caractéris-tiques mécaniques triaxiales sont indiquées sur le

tableau II. On a obtenu une valeur moyenne du modulede Young E de 13 220 kPa, du coefficient de Poisson vde 0,344, de l'angle de frottement intergranulaire de29,2", avec une cohésion nulle et un angle de frotfementinterne de 38,9o. Ces résultats ne sont exploités qu'enterme de frottement intergranulaire.

Béformetion axiale

i,t1ïifiiiiiiiiiiii|iÏii|iiiilii1:*iffii1$jiiiiiii Comportement au cisaillement du solpendant l'essai triaxial.Shearing behaviour of the soil on the triaxialtest.

rF

& Boo

{t.E 60CI

.B

Dêformation axiale

tiiiiitiiiiiiitiiiiitliiiiti:lli:iiiiifi lruiiru:lii:ilComportementenl'essai triaxial.Dilatancv behaviour on

dilatance penda

the triaxial test.

nt

ffiEssais pressiométriq ues

:i:iiiii{iiiïiiïiiiiïiiiiiiiïiiiii;X'ii;iiri,iiiiiii,iiiïiiii

Procéd ur e expërime nta I e

Le pressiomètre est lanterné battu, avec un tube de800 mm de fente, de 60 mm de diamètre externe et de49 mm de diamètre interne. La sonde possède deux cel-lules de garde de 110 mm de long gonflées à l'air et unecellule de mesure de 420 mm gonflée à l'eau. Deuxessais de calibration ont été faits pour chaque forage, lepremier en dilatation d'appareillage par insertion de Iasonde lanternée dans un tube d'étalonnage, le seconden pression de membrane par mesure de l'expansionlibre de la sonde (Norme française NFP 94-1,10, 1991).

70REVUE FRANçAISE DE GEOTECHNIQUEN'95/962e eT 3e trimestres 200'1

liii.i!rtlliiiiiifnii,ry Ï#liît' Les caractéristiques mécaniques des essaistriaxiaux.The mechanical results on triaxial test.

Pression de confinement 100 kPa 200 kPa 300 kPa 400 kPa

Module de Young E (kPa) 2 840 16 040 15 390 1,9 540

Coefficient de Poisson v 0,406 0,284 0,340 0,317

Angle de frottementintergranuiaire <p,

2q 40 30,00 30,0" 27 ,6"

Une correction est réalisée sur la pression pour tenircompte de la différence entre le rayon où la pressions'applique (à l'intérieur du tube fendu) et celui où le solréagit (à l'extérieur du tube fendu). Une correctionadditionnelle est faite sur les volumes pour tenircompte de la déformée en poutre encastrée de la lan-terne (Brevet Gaiatech, 19Bg), ou en parabole de lamembrane (Fawaz et a1.,2000).

Ana lys e pr essiométrique

Les formules (7, 9) montrent que les courbes pres-siométriques dépendent à la fois du module élastiqueG et de l'angle de frottement interne q'. Pour séparerl'influence de ces deux variables, il a été réalisé desessais à cycle qui permettent de déterminer dans unpremier temps le module G (Fig. 5).

Dans un second temps l'angle de frottement interneq' est mesuré par la pente moyenne de la relationlinéaire (voir figure 4) entre les logarithmes des pres-sions et déformations radiales mesurées au forage,pour l'ensemble des points pour lesquels la pressiondépasse la valeur du fluage. La valeur Ro est le rayoninitial du forage qui correspond au volume initial de Iacellule de mesure augmenté du volume d'eau néces-saire au premier contact entre la sonde et le forage.Cette première détermination n'est qu'une approchesommaire du frottement et peut être remise en causepar la phase suivante de contrôle des paramètres. Cettelinéarité dépend du frottement intergranulaire 9,,mesuré sur les essais triaxiaux remaniés reconsolidésiL'effet lié au remaniement initial du sol par le foragepréalable à l'essai est ici limité puisque l'interprétationbi-logarithmique utilise la partie de la courbe pressio-métrique après le fluage. De plus, si on compare lesrésultats de I'essai pressiométrique Ménard qui utiliseun forage préalable, avec ceux de l'essai pressiomé-trique autoforeur (PAF), on constate en général descourbes pressiométriques moins pentues dans lesargiles, voire identiques dans les sables, ce qui se tra-duira par des résultats inférieurs ou égaux à la fois enterme de module de cisaillement et d'angle de frotte-ment (Baguelin ef aL, 1.978) à ceux obtenus par l'inter-prétation d'un essai autoforeur.

Le contrôle et l'ajustement définitif des caractéris-tiques mécaniques sont faits par la superposition descourbes expérimentales et théoriques (Fig. 5), maisaussi par la comparaison (tableau III) des pressionsIimites expérimentales et théoriques (Monnet, 1990;Monnet, Khllf , 1,994). Cette phase de l'interprétation est

-2

-2,9

-3

-3,6

-4

-4..6Ln( Preselon ) ( kPa )

:irtlitttili:1t.,iiiiiiiijitittlit:rïri'ii:ffii*tit'iit Mesure de l'angle de frottement internepar la valeur de la pente de la relationlinéaire entre les logarithmes desdéformations et des pressions à 9 m deprofondeur.Measurement of the internal angle of friction bythe slope of the linear relation between theiogarithms of radial strain and stress at 9 mdepth.

très importante, et on autorise ici seulement 10 %d'écart entre les valeurs des pressions limites théo-rique et expérimentale. On procède d'abord par lavérification de la superposition des cycles charge-décharge pour valider le module de cisaillement, puispar la vérification de la superposition des parties ter-minales des courbes pressiométriques théorique etexpérimentale pour valider l'angle de frottement. Lesrésultats de l'analyse sont portés sur le tableau III. Lecontrôle des caractéristiques mécaniques montre unedifférence moyenne de 3 % entre les pressions limitesexpérimentale et théorique . L' angle de frottementinterne peut alors être considéré comme assez précis.Quand on fait une hypothèse de cohésion nulle, lavaleur moyenne du frottement atteint 44,2" avec unécart-type de 6,1.".

âgE

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704

0 0,05 0,1 0,15 0,2

Déforrnation radiale dR/R0

rtiiii,#'iiltliiiitîj*i,ii,tiilitt|ffi1#ii,t,t' Contrôle des caractéristiques mécaniquespar comparaison entre les courbespressiométriques expérimentales etthéoriques à 9 m de profondeur.Control of the mechanical characteristics bycomparison between theoretical andexperimental pressuremeter curves at 9 mdepth.

100

0

71REVUE FRANçAIsE oe eÉotecHNteuE

N'95/962eeT3e trimestres 2001

iif';;,r,,{;ffiiiiilf,.*W,"W,# ili Résultats de l'analyse pressiométrique.Resuits of the pressuremeter analysis.

EDimensionnement des ouvragesde soutènement

ffiffiGénéralités

La forte pente transversale du terrain naturelimpose la réalisation de chaussées dénivelées pouroptimiser la hauteur des déblais et des remblais per-mettant ainsi un meilleur équilibre des masses dans leversant. En conséquence, les déblais amont sont réali-sés sub-verticalement et stabilisés par des murs ancrés.Les soutènements intermédiaires alrx deux chausséessont réalisés par des murs verticaux en terre armée. AI'aval, des murs en terre armée permettent égalementde réaliser un soutènement vertical. Localement la sta-bilité générale de ces murs doit être renfor cée par unepoutre ancrée. La longueur totale de l'ouwage de sou-tènement amont est de 1 150 m.

ryChoix des hypothèses géotechniquesde dimensionnement

Les nombreux sondages réalisés sur le site de Tècheont permis de classer les dépôts fluvio-glaciaires ensept catégories. Toutefois, ces formations se présententen général sous forme lenticulaire et il n'est pas ration-nel de distinguer ces différents matériaux par leurscaractéristiques de cisaillement. Il faut toutefois enapprécier la dispersion. Ils peuvent être représentésglobalement par les graves sableuses légèrement pol-luées. En outre, le prélèvement d'échantillons intactsdans ce type de matériaux est pratiquement impossiblecompte tenu de leur caractère pulvérulent. Aussi, Iescaractéristiques de cisaillement des matériaux grave-leux ont été estimées par des essais triaxiaux spéciaux

et l'analyse des essais pressiométriques selon la métho-dologie présentée précédemment. Cette interprétationconduit, compte tenu de la dispersion attendue desrésultats, à retenir un angle de frottement interne cor-respondant à la moyenne des valeurs trouvées au pres-siomètre (44,2') moins un écart-type (6,1') soit 3B'. Cetteméthodologie a été adoptée par défaut, malgré lenombre réduit d'essais, en considérant l'évolution dufrottement en fonction de Ia profondeur comme unecourbe dont il s'agit de déterminer Ia valeur moyennela plus sûre. C'est ainsi que 86 % des angles sont supé-rieurs à la valeur retenue. En définitive, tous les calculsde stabilité générale à la rupture ont été conduits avecun angle de frottement de 35' et sans cohésion . Lavaleur de 35" tient compte de la présence de niveauxplus argileux ou moins compacts, sous forme de len-tilles, pour lesquels il n'est pas possible de déterminer apriori d'extension géométrique précise. D'autre partces calculs ne considèrent pas de niveau phréatiqueétabli ; un drainage systématique à caractère préventif,par drains sub-horizontaux, est prévu dans toutel'emprise des déblais. L'analyse de la stabilité des murs

4/

,./

tî,{jii;,iÉIii,,i,4 firt!,l, ffi, Contrôle de la stabilité de la pente par laméthode de Bishop.Control of stability against sliding by Bishopmethod.

72REVUE FRANÇAISE DE GÉOTECHNIQUEN'95/962eeT3e trimestres 9001

P214 2

121416171,9

6,339,625,822,829,746,0

21,4134,687,677 ,7

101156,4

1 2304 4403 5253 9803 3754 580

1 2004 2353 5154 1453 3604 850

52"42"41"44"37"39"

P214 bis q

1415

16,819,79,2

57,26731,,2

2 1502 9451 090

2 1702 8651 135

42"43"31'

P211 2

46B

1014

1,9,622432,223,6

B,B

13.6

67,576

109,680,230,146,2

2 4704 2203 8703 8651 9452 865

2 4704 4003 7254 0002 0302 980

52"56"47"49"44"44"

ancrés amont est réalisée par la méthode de Bishop enconsidérant une zone d'influence de l'ouwage égale àtrois fois la hauteur de I'excavation à renforcer et enrecherchant un coefficient de sécurité global à longterme supérieur ou égal à 1,50 (Fig. 6) tout en ajustantles efforts de précontrainte induits dans les tirants.

Une approche plus classique aurait utilisé un anglede frottement déterminé par l'analyse inverse sur desparties du massif plus globales et accessibles à ce typede calcul. Dans ce type d'approche, on suppose que lapente est par défaut en équilibre limite, ce qui permetde remonter à un angle de frottement de 33" en suppo-sant une cohésion nulle. Cette valeur est alors uneborne inférieure pour Ie frottement, mais n'est pas uneestimation réaliste de l'état du sol qui n'est pas forcé-ment à l'état limite.

ffiPrincipes de soutènement

Les ancrages sont dimensionnés pour apporter unestabilité au cours de la phase de chantier correspon-dant à un coefficient de sécurité de 1,40. Les phasesd'excavation sont entreprises à un niveau donné, sousla protection des niveaux d'ancrages déjà installés au-dessus, lors des phases précédentes. Chaque hauteurd'excavation élémentaire fait 2,5 m de haut. Les exca-vations réalisées pour la fondation du mur en terrearmée sont aussi contrôlées avec le même coefficientde sécurité.

Pour la partie la plus haute du mur (20 m), l'effortglobal de précontrainte est de 2 000 kN/ml. Le mur desoutènement est réalisé avec 3 à 5 poutres horizontalesen béton armé, stabilisées par des ancrages. Lespoutres font 20 m de long par 1,5 m de haut et 0,7 md'épaisseur. La longueur des ancrages varie entre L5 mà 25 m et les forces nominales par ancrage se situententre 500 kN à 1 000 kN ; 900 ancrages ont été utiliséspour une surface totale de 10 000 m2.

Le calcul de stabilité ne prend pas en compte lespressions interstitielles , et l'hydrogéologie n'a pas misen évidence de nappe phréatique. Certains chemine-ments apparaissent dans les graves, et au toit de lamolasse lors de fortes pluies. Les injections desancrages et des clous ainsi que la présence du mur desoutènement peut altérer I'écoulement hydraulique.Aussi, il a été réalisé des drains sub-horizontaux surune longueur de 10 m à 20 m, espacés de B m à 10 m àchaque niveau d'ancrage.

La SNCF, qui gère la ligne de chemin de fer passant

à proximité de la partie supérieure de l'ouwage, n'a pasdonné de déplacement maximum autorisé, mais elle aimposé un suivi inclinométrique dès les phases initialesde la construction. Il a été décidé d'utiliser des tirantsd'ancrage précontraints plutôt que des tirants passifspour limiter et maîtriser les déplacements.

Pour le suivi à long terme de ces ouwages de soutè-nement, une instrumentation particulière a été mise enplace. Elle est constituée de :

- cales dynamométriques sur 10 % des tirants poursuiwe I'évolution des efforts de précontrainte ;

- mesures inclinométriques en forage à l'amont du ver-sant (4 tubes) pour étudier la stabilité de la ligne de che-min de fer situé en amont;

- suivi de la verticalité des murs en terre armée ;

- contrôles topographiques ;

- suivi de l'activité fonctionnelle du svstème de drai-nage ;

- visites annuelles.

Toutes ces mesures sont réalisées dans le cadred'un plan de surveillance définissant les fréquences descontrôles et les seuils à vérifier. Les déplacementsobservés ont eu lieu pendant les phases de construc-tion, à l'occasion de la mise en tension des tirantsd'ancrage où une consolidation de 5 mm à 10 mm a étéalors mesurée. Les tubes inclinométriques sont stables.A ce jour, après dix années de suivi, aucune évolutionsignificative des soutènements n'a été relevée.

-

ConclusionLa méthode est basée d'une part, sur la caractérisa-

tion de l'angle de frottement intergranulaire à l'essaitriaxial,, d'autre part sur la mesure de l'angle de frotte-ment en tenant compte de la dilatance par l'essai pres-siométrique cyclique. Elle a permis de caractériser lessols de Tèche en terme de frotfement, dans un matériausur lequel aucun prélèvement intact n'était possible.

De par son origine géologique, le site de Tèche esthétérogène, ce qui se traduit pour l'essai pressiomé-trique par une variabilité sur le module et sur l'anglede frottement . La valeur choisie intègre l'évolution spa-tiale du frottement pour lequel la valeur moyenne laplus sûre a été retenue. Cette méthode a permis d'esti-mer la dispersion des caractéristiques de cisaillementtout en optimisant les renforcements qui garantissentla stabilité à long terme des ouwages.

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