Remblais en zones humides et/ou inondables

Conséquences de l’inondation du remblai du CER Rouen

Valéry FerberLCPC

Sommaire

� Objectifs� Tassements induits par l’humidification des

sols fins compactés� Conception et instrumentation de

l’expérimentation� Propriétés hydromécaniques du limon A28� Conséquences des inondations du remblai� Trois questions� Conclusions

Objectifs

� Limiter les emprunts pour la constitution des bases de remblai en ZI/ZH

� Apporter des éléments pour une rationalisation de la conception� Prévoir les mouvements d’eau

(remontées capillaires, transferts sous charge hydraulique)

� Estimer les risques de tassement

-1-

Tassements induits par l’humidification des sols fins compactés

La base des remblais

� Contrainte fonction de H (10 m � 200 kPa)� Humidification potentielle à court

(inondation) ou long terme (infiltration)

H

Humidification sous contrainte - LimonInfluence de l’état initial

0,4

0,6

0,8

1

1,2

0,4 0,6 0,8 1 1,2

Indice des vides initial

Indi

ce d

es v

ides

wi = 13,4 %

wi = 18,1 %

σσσσ verticale100 kPa

Organisation des particules à l’échelle microscopique

Humidification sous contrainte - LimonInfluence de la contrainte verticale

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1 10 100 1000 10000Contrainte verticale (kPa)

Indi

ce d

es v

ides

Courbe oedométrique

Essais d’humidification

Conclusion pour les bases de remblais

� Pour les sols peu plastiques :� Critères de compactage adaptables

� Remblais de grande hauteur ?� Remblais de ZI/ZH ?

� Nécessité d’une confrontation à des ouvrages

-2-

Conception et instrumentation de l’expérimentation

Idées conductrices

� Remblai de hauteur limitée

� Base de remblai mal compactée

� Instrumentation couplant état hydrique et déformation

� Différencier cas ZI et cas ZH

Phases de l’expérimentation

Construction 1ère Inondation

1 m

Saturation base drainante (ZH) : 4/1/2006

Inondation (ZI) : 7/2/2006

Vidange : 18/2/2006

2ème Inondation (18/10/2006)

Construction

� Limon A28

� IP ~ 12,1

� C80µm ~ 97 %

� wOPN ~ 14,5 % - ρd,OPN ~1,85 g/cm3

� Limon sableux SNEC

� IP = 8,6

� C80µm ~ 40 %

� wOPN ~ 12,5 % - ρd,OPN ~1,92 g/cm3

Matériaux

Teneur en eau

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

< 9

%

9 -

10 %

10 -

11

%

11 -

12

%

12 -

13

%

13 -

14

%

14 -

15

%

15 -

16

%

16 -

17

%

17 -

18

%

18 -

19

%

19 -

20

%

20 -

21

%

Intervalles de teneur en eau

Fré

quen

ce

Limon sableux SNEC (couches 6 à 15)

Limon A28 (couches 1 à 5)

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

12 13 14 15 16 17 18 19 20Teneur en eau (%)

Hau

teur

(cm

)

w OPN = 14,5 %

Profil de masse volumique sèche

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

550

1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 1,7 1,8 1,9 2 2,1

Masse volumique sèche (g/cm3)

Hau

teur

(cm

)

Double-sonde

GPV

LimonSNEC

LimonA28

15

1413121110

9

8

7

6

5

LP 3

LP 2

1

OPN

90 % OPN

80 % OPN

InstrumentationDisposition générale

01Lit de pose 02Lit de pose 03

4 m

5 m

3 m

2 m

1 m05

06

0708

1009

1112131415

Base drainante

Sonde TDR (w)Equitensiomètre (succion)Boucle hyperfréquence (w)Capteur température

01Lit de pose 02Lit de pose 03

4 m

5 m

3 m

2 m

1 m05

06

07

08

1009

1112131415

Base drainante

Capteur déplacementhorizontal

Capteur déplacementvertical

H =60 cm H =30 cm

Autres méthodes

Tomographie derésistivité électrique

Station météorologique

-3-

Quelques propriétés hydro-mécaniques du limon A28

Courbe de rétention

0,1

1

10

100

1000

5 10 15 20 25 30Teneur en eau (%)

Suc

cion

(kP

a)

ρd = 1,45 t/m3

ρd = 1,85 t/m3

Limon A28

10

Hau

teur

(cm

)

1

100

1000

10000

wOPN

ms hts th

? ?

w

h

w

h

Saturation de la base drainante

Inondation sur 1 mètre

Synthèse

0,4

0,45

0,5

0,55

0,6

0,65

0,7

0,75

0,8

1 10 100 1000

Contrainte verticale (kPa)

Indi

cede

s vi

des

oedo saturé

oedo non saturé (s=100 kPa)

Inondation en oedo

100 % ρρρρd,OPN

90 % ρρρρd,OPN

95 % ρρρρd,OPN

85 % ρρρρd,OPN

80 % ρρρρd,OPN

-4-

Conséquences des inondations du remblai

Charge hydraulique – Zoom 1ère inondation

Suivi des teneurs en eau

Suivi des déplacements verticaux

-5-

Trois questions

Question n°1Où passe l’eau lors de l’inondation ?

Hypothèse initiale

Sonde TDR �

� � Perméabilité supposée : 10-7 m/s� Cheminement 1 : 1157 jours� Cheminement 2 : 11 jours pour 10 cm de hauteur

Détail du suivi des sondes TDR

Interprétation proposée

1ère partie de trajet : Interface entre

couches compactées ou base drainante

2ème partie de trajet : Transfert dans le sol

compacté

Question n°2Remontées capillaires : combien ?

Pouvait-on le prévoir ?

Profils de teneur en eau

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1,4

1,6

25% 30% 35% 40%

Teneur en eau volumique

H (

m)

Avant inondation

Après saturation base drainante

Inondation 1 mètre

Après vidange 1ère inondation

Max 2ème Inondation

Après vidange 2ème Inondation

Courbe de retentionLimon A28

?

Evolution du front de saturation au cours des inondations

0 cm

10 cm

20 cm

30 cm

40 cm

50 cm

60 cm

70 cm

80 cm

90 cm

100 cm

110 cm

1D9

0D21

0D6

0D1

2ème inondation

1ère inondation

Saturation base drainante

120 cm

Cote maximale des fronts de saturation en fin de …

0W1

1W4

1W6

2W9

3W10

Capteurs déplacement vertical Sondes TDR

1D2

1W5

Sommet 1ère couche

Question n°3Tassements dus à l’inondation :

Combien ? Pouvait-on le prévoir ?

Déformations observées

Profil vertical final

3,4

3,5

3,6

3,7

3,8

3,9

4,0

4,1

4,2

4,3

4,4

4,5

4,6

4,7

4,8

4,9

5,0

5,1

5,2

1,3 1,4 1,5 1,6 1,7 1,8 1,9 2

Masse volumique sèche (g/cm3)

Pro

f (m

)

Oedomètre sat.

AprèscompactageBanc gamma

Pa

ssé

e s

ab

leu

seP

ass

ée

lim

on

eu

se

3,4

3,5

3,6

3,7

3,8

3,9

4,0

4,1

4,2

4,3

4,4

4,5

4,6

4,7

4,8

4,9

5,0

5,1

5,2

70% 80% 90% 100% 110%

Taux de compactage

Pro

f (m

)

Oedomètre sat.Après compactageBc gammaCarottes

95 %

OP

N

92 %

OP

N

Essai inondation oedo

En résumé

� Tassement avant saturation� 60 mm (maximum prévu : 30 mm)

� Saturation base drainante� Front de saturation : 10-20 cm� Tassement : 2-3 mm

� 1ère inondation (1 m en moyenne)� Front de saturation : ~70 cm� Tassement induit : 3-5 mm

� 2ème inondation (1,4 m en moyenne)� Front de saturation : ~ 1 m� Tassement induit : 2-7 mm

� Tassement dû à l’inondation� 7-15 mm (maximum prévu : 70 mm)

Conclusions

� Importance de l’expérimentation en vraie grandeur� Evaluation de la méthodologie de prévision des

tassements� Prévision raisonnable du tassement total� Prévision délicate du tassement après construction et dû à

l’inondation� Prévisions pessimistes

� Courbe de rétention et remontées capillaires …� Utilisation de sols fins non traités en bases de

remblais ZI ?� Quid des sols grossiers ? � Autre point majeur : le risque d’érosion

Suites possibles

� Courbe de rétention entre 0 et 10 kPa� Influence du traitement sur le

comportement (remontées capillaires, perméabilité non saturée, tassements)

� Investigations dans des remblais de ZH/ZI construits en sols sensibles

� Modélisation physique en centrifugeuse pour les sols grossiers

Déformations volumiques plastiquesdans la base du remblai

(fin d’inondation)

Evolution des déplacements verticaux

0 100 200 300Time from 1st inundation (days)

-0.072

-0.068

-0.064

-0.06

Ver

tical

dis

plac

emen

t (m

)

Displacementstop of A28 layertop of SNEC layer

Modélisation numérique