Sols grossiers renforcés pour ouvrages en site instable€¦ · Étude de l ’influence de la rugosité des plaques - essai de cisaillement direct sol/sol Cisaillement direct -

U.R. Erosion Torrentielle Neige AvalanchesU.R. Erosion Torrentielle Neige Avalanches J.M. J.M. Tacnet Tacnet -- PhPh. . GottelandGotteland

Sols grossiers renforcés pour ouvrages en site instable

(exemple des ouvrages de protection contre les risques naturels)

J.M. Tacnet (Cemagref Grenoble - ETNA)Ph. Gotteland (Lirigm - UJF Grenoble)

A. Aboura (Lirigm - UJF Grenoble)

avec la collaboration de G. Saury, S. Argelès pour les phases expérimentales


PlanPlan

OuvragesOuvrages de de protection contre les risques naturelsprotection contre les risques naturelsen montagne : quels problèmes ?en montagne : quels problèmes ?

Quel est lQuel est l ’intérêt des ouvrages en ’intérêt des ouvrages en sols renforcéssols renforcés ??

Exemples Exemples d’applicationsd’applications

Utilisation de Utilisation de sols hétérogènes à forte sols hétérogènes à forte granulométriegranulométrie dans ces techniques : quels problèmes ?dans ces techniques : quels problèmes ?

Exemples de caractérisation Exemples de caractérisation géomécaniquegéomécanique du du comportement dcomportement d ’interface sols grossiers/géosynthétique’interface sols grossiers/géosynthétique


Réalisation dRéalisation d ’ouvrages de protection en montagne : un ’ouvrages de protection en montagne : un contexte difficilecontexte difficile

Conditions géotechniques difficiles (instabilités de versants, sConditions géotechniques difficiles (instabilités de versants, sols hétérogènes)ols hétérogènes)Accès difficileAccès difficilefaible volume de matériau remblai disponiblefaible volume de matériau remblai disponibleactions dues aux risques naturels (intensité, aspects dynamiquesactions dues aux risques naturels (intensité, aspects dynamiques mal connus)mal connus)

⇓⇓

ApportApport des techniques dedes techniques de renforcement renforcement dede sols hétérogènes à sols hétérogènes à forte granulométrieforte granulométrie ??

⇓⇓Réalisation dRéalisation d ’ouvrages déformables’ouvrages déformablesRéutilisation de Réutilisation de matériaux prélevés sur sitematériaux prélevés sur sitePossibilité de respecter les exigences de conception liée à la vPossibilité de respecter les exigences de conception liée à la verticalité des erticalité des parementsparementsConditions dConditions d ’exécution adaptées aux contraintes du site (terrassement et ’exécution adaptées aux contraintes du site (terrassement et compactage)compactage)


Exemple : barrage de correction torrentielle (1)Exemple : barrage de correction torrentielle (1)Principes de correction torrentiellePrincipes de correction torrentielle

Stabiliser le profil en longStabiliser le profil en long

Sans ouvragesSans ouvrages

Butée de piedButée de pied

Recentrer les écoulementsRecentrer les écoulements

Stabiliser les bergesStabiliser les berges

avec ouvragesavec ouvrages


Exemple : barrage de correction torrentielle (2)Exemple : barrage de correction torrentielle (2)Description dDescription d ’un ouvrage’un ouvrage

Corps centralCorps central

Ailes rive droiteAiles rive droite

Poussée de Poussée de bergesberges


Exemple : barrage de correction torrentielle (3)Exemple : barrage de correction torrentielle (3)Torrent du Riffol Torrent du Riffol -- Roissard Roissard -- Département de lDépartement de l ’Isère ’Isère -- Travaux ONF/ RTM 38Travaux ONF/ RTM 38

ContraintesContraintesChantier urgentChantier urgentAccès difficileAccès difficileConditions climatiques Conditions climatiques Matériau de remblai prelevé sur place (nature Matériau de remblai prelevé sur place (nature argileuse)argileuse)

Aile rive gauche endommagée à Aile rive gauche endommagée à réparerréparer

JMT

JMT


Exemple : barrage de correction torrentielle (4)Exemple : barrage de correction torrentielle (4)Torrent du Riffol Torrent du Riffol -- Roissard Roissard -- Département de lDépartement de l ’Isère ’Isère -- Travaux ONF/ RTM 38Travaux ONF/ RTM 38

Schéma de Schéma de principeprincipe

glissement (rive gauche)≈ 6,5 m

Aile rive gauche à reconstituer

corps central

A

A

cuvette déversoir

sol en place(matrice argileuse et blocs)Coupe A-A

0,3 m

Parement en éléments préfabriqués

0,7 m

0,2 mBS39

BSpD45

4,2 m

≈ 3 m

JMT


Exemple : application à un barrage de correction torrentielle(5)Exemple : application à un barrage de correction torrentielle(5)Torrent du Riffol Torrent du Riffol -- Roissard Roissard -- Département de lDépartement de l ’Isère ’Isère -- Travaux ONF/ RTM 38Travaux ONF/ RTM 38

Approvisionnement du chantier Approvisionnement du chantier par hélicoptèrepar hélicoptère

Terrassement à lTerrassement à l ’aide d’aide d ’une ’une pellepelle--araignéearaignée

Mise en place du radier Mise en place du radier

JMT

JMT


Exemple : ouvrage de protection paravalancheExemple : ouvrage de protection paravalancheAvalanche de Taconnaz Avalanche de Taconnaz -- Les Houches Les Houches -- Département de la Haute SavoieDépartement de la Haute Savoie

Endommagement du à une Endommagement du à une avalanche (02/99)avalanche (02/99)

Partie supérieure du tas Partie supérieure du tas freineur arrachéefreineur arrachée

((≈≈ 2 m)2 m)

Tas freineurTas freineur (massif de sol renforcé (massif de sol renforcé avec parement en enrochements avec parement en enrochements

bétonnés)bétonnés)

≈≈ 10 m10 m

≈≈ 5 m5 m

JMT

JMT


Exemple : ouvrage de protection paravalancheExemple : ouvrage de protection paravalancheAvalanche de Taconnaz Avalanche de Taconnaz -- Les Houches Les Houches -- Département de la Haute SavoieDépartement de la Haute Savoie

avalanche (02/99)avalanche (02/99)Dent freineuse détruite Dent freineuse détruite

(en amont du tas freineur)(en amont du tas freineur)

Exemple d’ouvrage Exemple d’ouvrage rigide rigide

endommagéendommagé

aciers courbaciers courbééss1,3 m1,3 m

≈ ≈ 100 cm100 cm2 2 d ’acier / ml

≈≈7 m7 m

9 m9 m

≈≈ 7 m7 m

JMT


Un matériel et une démarche originale pour caractériser le Un matériel et une démarche originale pour caractériser le comportement comportement dd ’interface ’interface entreentre sols grossiers sols grossiers etet géosynthétique géosynthétique

JMT

Vérin effort horizontal (500 KN)Vérin effort horizontal (500 KN)

boîtier de boîtier de cisaillement direct cisaillement direct

1000 x 1000 mm1000 x 1000 mm

Vérin effort normal (150 KN)Vérin effort normal (150 KN)

350 mm350 mm

1000 mm1000 mm

Boîtier démontableBoîtier démontable

Plan de cisaillementPlan de cisaillement


Étude duÉtude du comportement dcomportement d ’interface sols / géosynthétique ’interface sols / géosynthétique

Essai de frottement sol/solEssai de frottement sol/sol

Sol dépôt torrentiel «Sol dépôt torrentiel « ManivalManival » »

fraction 0/100 mmfraction 0/100 mm

C2B5, grains anguleux calcaires et C2B5, grains anguleux calcaires et marnomarno--calcaires, matrice limonocalcaires, matrice limono--

argileuseargileuse

(1430 kg de matériau par point...)(1430 kg de matériau par point...)

déplacement maxi déplacement maxi ≈≈ 150 mm 150 mm

h = 32,5 cm h = 32,5 cm

h

Courbe granulométrique "sol Manival"

0102030405060708090

100

0,0010,010,1110100ouverture (mm)

pas

sant

(%)

JMT


Étude duÉtude du comportement dcomportement d ’interface sols / géosynthétique ’interface sols / géosynthétique

Essai de frottement sol/géotextileEssai de frottement sol/géotextile

Géotextile type BDR 200Géotextile type BDR 200

collé sur plaque boiscollé sur plaque bois

déplacement maxi déplacement maxi ≈≈150 mm 150 mm

h = 32,5 cm h = 32,5 cm

JMT


Étude duÉtude du comportement dcomportement d ’interface sols/géosynthétique ’interface sols/géosynthétique

Essai de frottement sol/géogrilleEssai de frottement sol/géogrille

Géotextile type TSR 110Géotextile type TSR 110

posé sur sol compactéposé sur sol compacté

h = 32,5 cm h = 32,5 cm

plaque rugueuseplaque rugueuse

JMT


Étude duÉtude du comportement dcomportement d ’interface ’interface sol grossier /géosynthétiquesol grossier /géosynthétique

Cisaillement direct - Torrent du Manival - Fraction 0/100 mmboîte 1000x1000 mm - U = 50 mm

Droites de Mohr-Coulomb

020406080

100120140

0 20 40 60 80 σ (Kpa)

τ (K

pa)

Sol/SolSol/géosynthétique BDR 200Sol/géogrille TSR 110Droite Sol/sol

C = 49,2 Kpaφ = 41,1°

C = 23,4 Kpaφ = 31,4°

C = 54,8 Kpaφ = 27,3°

Comparaison des droites de MohrComparaison des droites de Mohr--CoulombCoulomb


Cisaillement direct - boîte 1000 x 1000 mm - σ=5 0 kPaTorrent du Manival (38) - Fraction 0/100 mm - Energie compactage = 97,9 KJ/m3 -

γ = 22,1 KN/m3 -

010

2 03 04 0506 0708 09 0

10 0110

12 013 014 015016 017018 0

0 % 1% 2 % 3 % 4 % 5% 6 % 7% 8 % 9 % 10 % 11% 12 % 13 % 14 % 15% 16 % 17% 18 % 19 % 2 0 %

∆U/U (%)

τ (K

Pa)

Sol/Sol s = 50 KPaSol/géosynthétique BDR 200 - s = 50 kPaSol/géogrille TSR 110 - s = 50 kPa

Sol/sol V= 3mm/mn - w = 5,45% Sol/géogrille TSR 110 (posée sur sol)

V = 4 mm/mn - w = 5%

Sol/géosynthétique BDR200 (collé sur plaque bois) V = 4 mm/mn - w = 5,1%

Étude duÉtude du comportement dcomportement d ’interface ’interface sol «sol « ManivalManival » /géosynthétique» /géosynthétique

Comparaison des courbes contraintesComparaison des courbes contraintes--déformationsdéformations


ConclusionConclusion

De nombreuses applications potentielles de la technique De nombreuses applications potentielles de la technique de renforcement de sols en montagne dans le domaine de renforcement de sols en montagne dans le domaine des risques naturelsdes risques naturels

Le comportement géomécanique des sols grossiers et Le comportement géomécanique des sols grossiers et du frottement avec des interfaces reste mal connudu frottement avec des interfaces reste mal connu

Une méthodologie originale mais impliquant Une méthodologie originale mais impliquant dd ’importantes difficultés opératoires’importantes difficultés opératoires

La base de travaux futurs …en laboratoire et in situ La base de travaux futurs …en laboratoire et in situ (mesure sur ouvrages)(mesure sur ouvrages)


Exemple : application à un barrage de correction torrentielle(5)Exemple : application à un barrage de correction torrentielle(5)Torrent du Riffol Torrent du Riffol -- Roissard Roissard -- Département de lDépartement de l ’Isère ’Isère -- Travaux ONF/ RTM 38Travaux ONF/ RTM 38

JMT


Tableau 2 : influence des conditions aux limites du boîtierTable 2 : Influence of box limit conditions

Essais de cisaillement complet sol/sol , boîtier 1000x1000(3 points, hauteur cisaillée = 32.5 cm, hauteur totale échantillon = 65 cm,

fraction 0/100mm du sol, contraintes normales (25kPa ;50kPa ;75kPa ; V = 3mm/mn )Configuration

boîteDéplacement Paramètres corrigés

U = 50mm (∆U/U=5%) ϕ = 41,1° C = 49,2 kPaU = 100mm (∆U/U=10%) ϕ = 54° C = 55,7 kPaplaques lissesU = 150mm (∆U/U=15%) ϕ = 60,9° C = 60,4 kPaU = 50mm (∆U/U=5%) ϕ = 57,7° C =44,4 kPaU = 75mm (∆U/U=7,5%) ϕ = 61,7° C = 39,4 kPaplaques

rugueusesU = 100mm (∆U/U=10%) ϕ = 63,6° C = 41,7 kPa

Étude du comportement dÉtude du comportement d ’interface sol «’interface sol « ManivalManival » /géosynthétique» /géosynthétique

Influence du déplacement sur la valeur des Influence du déplacement sur la valeur des

paramètres mécaniquesparamètres mécaniques

Mobilisation du frottement influencé par la rugosité des plaquesMobilisation du frottement influencé par la rugosité des plaques


Tableau 3 : Comparaison des essais de cisaillement sol/sol ,sol/géotextile composite et sol/géogrilleTable 3 : comparison of soil/soil, soil/composite geotextile and sol/geogrid shear tests

(plaques lisses, fraction 0/100 mm du sol "Manival", essais 25-50-75kPa, h = 32.5 cmU = 50mm (∆U/U=5%)

Sol – Sol Sol – BDR 200(collé sur plaque bois)

Sol – TSR 110( posé sur sol compacté)

Paramètres corrigés Paramètres corrigés Paramètres corrigésC = 49,2 kPa (p.m. C =44,4 kPa plaques rugueuses)ϕ = 41,1° (p.m. ϕ = 57,7° plaques rugueuses)

C = 23,4 kPaϕ = 31,4°

C = 54,8 kPaϕ = 27,3 °

Étude du comportement dÉtude du comportement d ’interface sol «’interface sol « ManivalManival » /géosynthétique» /géosynthétique

Réduction de c et Réduction de c et ϕϕRéduction de Réduction de ϕϕ

Augmentation de cAugmentation de c


Étude de lÉtude de l ’influence de la rugosité des plaques ’influence de la rugosité des plaques -- essai de cisaillement essai de cisaillement direct sol/soldirect sol/sol

Cisaillement direct - boîte 1000 x 1000 mm - σ=2 5 −5 0 − 7 5 kPa Torrent du Manival (38) - Fraction 0/100 mm - Energie compactage = 97,9 KJ/m3 - w = 5% - γ = 22,1

KN/m3

0102030405060708090

100110120130140150160170180190200210

0% 1% 2% 3% 4% 5% 6% 7% 8% 9% 10% 11% 12% 13% 14% 15% 16% 17% 18% 19% 20%

∆U/U (%)

τ (K

Pa)

Sol/Sol (plaq.lisses) s = 75 KPaSol/sol (plaq.lisses) s=50kPaSol/sol (plaq.lisses) s=25kPaSol/sol (plaq.rug.) s=25kPaSol/sol (plaq.rug.) s=50kPaSol/sol (plaq.rug.) s=75kPa

plaques lisses σ=25kPa

plaques rugueuses σ=25kPa

plaques rugueuses σ=75kPa plaques lisses σ=50kPa

plaques rugueuses σ=50kPa

plaques lisses σ=75kPa

Courbes contraintesCourbes contraintes--déformationsdéformations

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Sols grossiers renforcés pour ouvrages en site instable€¦ · Étude de l ’influence de la rugosité des plaques - essai de cisaillement direct sol/sol Cisaillement direct -