Retour d'expérience d'une couche de forme traitée sur la Ligne à

Sébastien HERVE – LR Angers Page 1/16

Diagnostic d’une couche de forme traitée sur la LGV Atlantique

CABOURG – 08 au 10 novembre 2011

LES PLÉNIÈRES 2011 de IfsttarSciences et techniquesdu Génie Civil JOURNÉES

GÉOTECHNIQUE

Sébastien HERVE - CETE de l’OuestPierre FRAQUET - CETE OuestJean-Claude AURIOL - IFFSTAR

Diagnostic d’une couche de forme traitée sur la LGV Atlantique, après 20 ans d’exploitation

GEORAIL 2011 - Session 3 – Retours d’expérience





GÉOTECHNIQUE

Préambule : les enjeux de D éveloppement Durable des couches de formes traitées

• limiter le recours aux ressources naturelles granul aires

• préserver les écosystèmes des sites d'extraction (a quifères, carrières)

• réduire les quantités de matériaux mis en dépôts pa r leur valorisation dans le projet

• réduire les nuisances générées en phase travaux due s aux apports de matériaux (émissions de GES, usure des voiries locales, bruit …)

• permettre une économie sur le coût des terrassement s

• réaliser des infrastructures plus performantes et d urables

=> valorisation technique et économique d’une solut ion de terrassement performante et intégrant un meilleur respect de l’e nvironnement.





GÉOTECHNIQUE

Amélioration des sols par traitement = technique co urante dans le domaine routier pour les couches de forme. Possibilité d’int égrer les prescriptions ferroviaires spécifiques des LGV ?

Des structures types comparables, mais :

Durée de vie (50 ans / 100 ans)

Pas d’intervention en service

Moindre protection vis-à-vis des éléments climatiques (infiltration, gel)

Sollicitations spécifiques des TGV

Partie Supérieure des Terrassements

Arase terrassementPlate-forme support de chaussée

Couche de forme

Assainissement

Couche de fondation

Couche de base

Couche de roulement

RailsTraverse

Sous-couche 0/31,5mm

Partie Supérieure des Terrassements

Couche de forme

Arase terrassement

Plate-forme

Ballast

Référentiel ferroviaire IN 3278 (2006)Structure type LCPC / SETRA (1994)





GÉOTECHNIQUE

Référentiels ferroviaires actuels des LGV :– IN 3278 - Référentiel Technique pour la réalisation des LGV – Partie Génie

Civil – Tome II – LGV « Voyageurs » - Ouvrages en terre (version 22/03/06)

– « En ce qui concerne les sous-couches et ouvrages en terre, l’impact d’une intervention sur les circulations justifie que la durée de service doit être au moins centennale»

– « Les caractéristiques de la couche de forme doivent être pérennes(au sens du GTR). Elle peut participer à la mise hors gel de la PST. »

– « La proposition d’une couche de forme en matériau traité doit obligatoirement être justifiéeet comparée avec une solution couche de forme non traitée ».

(pas de structure avec couche de forme traitée dans le référentiel de 1986)





GÉOTECHNIQUE

Lot 33 – TGV AtlantiquePK 150.880 à 182.934Section Conneré Melleray :

1987 : travaux cdf

1989 : mise en service





GÉOTECHNIQUE

Études préalablesÉtude de formulation des sables de l’emprunt de Bouër au Luart (72) réalisée par le LRPC d’Angers suivant les référentiels techniques de 1986 :

- sable B1/B2 du RTR (B2 - GTR)- Rc > 1 MPa à 7 jours : 97 % ρd OPN à WOPN-1 à 5,5 % de CPJ 45- épaisseur 40 cm en une couche, testée sur une planche d’essai

Retour d’expérience des travaux de l'A11 (Angers – Le Mans)

Travaux réalisés entre mars et juin 1987 : sur les 32 km du lot 33, 17 km avec couche de forme traitée au LHR

Résultat des contrôles extérieurs LRPC d’Angers- réception de l’arase (traitement chaux si nécessaire)- contrôle des paramètres de la centrale (dosage / humidité / retardateur)- épaisseur - taux de compactage en moyenne 100 % ρd OPN (+/- 2 %)- réception en déflexion entre 8 et 12/100ème entre 10 et 28 jours





GÉOTECHNIQUE

Exploitation de la ligne depuis 1989Trafic moyen de TGV à 300 km/h Pas comportement ou de rechargement anormaux

⇒Souhait de la SNCF de pouvoir disposer d’un diagnostic de la couche de forme traitée, après 17 ans d’exploitation

⇒Compléter les recherches menées avec le CER par un retour d’expérience

Réalisation de 18 carottagesentre les PK 155.850 et 165.900

- répartis sur les 2 voies + 2 pistes latérales - en déblai et en remblai - en courbe et en ligne droite





GÉOTECHNIQUE

Pré-forage au tricône et tubage du ballast + sous-couche

Atelier de Carottage Geosond

Carottage au carottier triple sous PVC transparent





GÉOTECHNIQUE

Couche de forme traitée(+ monocouche)

Carottage(sous-couche + CF + TN)





GÉOTECHNIQUE

Mesures de densité au banc gamma100 % ρρρρd OPN

Sciage des carottes pour mesures E, Rc et Rit

Éléments de silex





GÉOTECHNIQUE

Dosage en ciment

Masse volumique (t/m3)

Teneur en eau Age Rc (MPa)

Étude LRPC Angers - Mars 1987

5,0 % 1,82 10,5 % 7 jours 0,90

5,5 % 1,82 10,5 % 7 jours 1,15

5,5 % 1,82 10,5 % 28 jours 1,45

5,5 % 1,88 10,5 % 7 jours 1,45

6,0 % 1,82 10,5 % 7 jours 1,12

7,0 % 1,82 10,5 % 7 jours 1,36

Carottage Octobre 2006

5,5 % 1,97 6 à 13 % 20 ans 8,30

5,5 % 1,96 6 à 13 % 20 ans 8,90

5,5 % 1,93 6 à 13 % 20 ans 9,10

5,5 % 1,94 6 à 13 % 20 ans 7,50

Comparaison des performances m écaniques Rc :étude 1987 / matériaux carottés en 2006





GÉOTECHNIQUE

Évolution des performances m écaniques Rc(comparées avec les études du LGV BPL à 360 j)

Ajustement à une loi de comportement logarithmique Rc = a + b Log (t)

0

2

4

6

8

10

1 10 100 1000 10000

Jours

Rc

(MP

a)

Sables de Bouer - 5,5%

Sables Cénomanien 1 - 4,5%



Sables Cénomanien 2 - 4,5 %

Sables Cénomanien 2 - 6,0 %





GÉOTECHNIQUE

Zones 2 à 3 + Traitement en centrale => classe 3 => PF4

(objectif référentiel ferroviaire actuel : PF2+ 80 MPa granulaire /120 MPa traité)

LGV Atlantique LN2 Lot 33 sable-ciment de couche de forme en 2006

zones mécaniques de la norme NF P 94-102-2

0.1

1

10

1000 10000 100000

Etb (MPa)

Rt=0,8 Rtb (MPa)

Zone 5

Zone 4

Zone 3

Zone 2

Zone 1

0.5

0.2

hors zone





GÉOTECHNIQUE

Essais de perm éabilité au triaxial (LR Aix)

Résultats :5.10-7 < k < 7.10-7 m/s3.10-6 < k < 8.10-6 m/s

Perméabilité 100 fois inférieure à la sous-couche

Pas de lessivage

Exposition au gel

Protection = 100 °C.j

Dépassée 3 fois en 16 ans (101, 138 et 140 °C.j) dont 2 fois sur 13 cmPas de désordre observé





GÉOTECHNIQUE

SIO2 Al 2O3 TiO2 Fe2O3 CaO MgO Na2O K2O S03 Cl

Liant Carottes 19.50 4.30 0.20 1.90 60.00 2.90 0.22 0.60 3.20 0.00

Ciment CPJ 45 17.39 à

19.45

3.67 à

4.27

0.16 à

0.19

1.39 à

2.09

60.02 à

62.52

2.97 à

4.62

NC 0.39 à

0.74

2.18à

3.18

NC

Analyses chimique, minéralogique et microstructurales (LCPC Paris –Division Physico-chimie des Matériaux)

• Examen au MEB x 300 :Interface entre la matrice cimentaire plus ou moins dentelée et grains de silice

• Identification du liant hydraulique Mesures par diffractométrie des rayons X, chimie et analyses thermiques :

• Dosage en ciment suivant méthode du CETIC (BLPC 198 3) et par spectrométrie d'émission atomique des sulfates

2 dosages en cœur d’éprouvette : 5,2 et 5,5 % +/- 0,8 %

1 dosage en surface : 4,4 % (valeur théorique 5,2 %)





GÉOTECHNIQUE

Merci de votre attention !

Bilan du diagnostic

Un niveau d’usage conforme aux caractéristiques recherc hées

Conclusions positives sur la durabilité de la couche de forme traitée :pas ou peu d’altération significative d’origine phy sico-chimiquedes performances mécaniques supérieures aux référen tiels actuels une augmentation intéressante dans le temps (loi lo garithmique ?)

L’absence de dégradation à l’échelle micro-structurale

⇒Des perspectives d’applications pour les lignes nouvelles⇒Des actions de recherches engagées sur le comportement à

long terme de la structure, en intégrant notamment l’analyse en fatigue des structures traitées

Documents

Retour d'expérience d'une couche de forme traitée sur la Ligne à