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GIS
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RIC
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NA
RD
Conception des ouvrages en terre et critères de tassement / gonflement sur les ouvrages ferroviaires à grande vitesse : l’expérience d’Egis
Luc BOUTONNIER
Journée CFMS du 28 janvier 2009
2
Les déformations admissiblesRéférentiel technique LGV EST et LGV Rhin Rhône:
• Wres(tsous-couche) < 2 cm• Wres(tsous-couche+ 18 mois) = 0 cm
Consolidation primaire
• Wdifférentiel 30 m< 4 mm/an• W différentiel 200 m< 10 mm/an
Fluage après la mise en service
• gonflement nul après la mise en service
• réflexion pour adapter les critèresRemarque:
• critères fonction de la vitesse donc plus stricts que pour la route
3
Temps de consolidation avec Sr < 100% ?
domaines concernés pour les applications aux ouvrages en terre
D1
D2
D3
D4
uw > 0
Sr = 1uw > uwsat (200 à 800 kPa)
Sr < 0,8 à 0,9ai
r oc
clus uw < 0
4
100 0 100 200 300 400 5000
0.2
0.4
0.6
0.8
Eoedo= 1 000 kPa
Eoedo= 10 000 kPa
Eoedo= 100 000 kPa
uw (kPa)
B =
∆u w
/∆σ
(non
dra
iné)
D2 D3 D4
Sre = 0,94rbm = 5 µmSrair = 0,89sair = 800 kPa
1
uwsat
air occlus
5
In situ laboratoire
2 cm
kv in situ
Cv in situ
kv labo
Cv labo
plusieurs mètres
>>
Couche drainante non détectée (passages sableux millimétriques, fissuration, etc.)
Temps de consolidation : kv et Cv
6
Comment recaler les paramètres B, kv, kr, Cv et Cr?
Remblais d’essais dans sols intermédiaires (qc = 1 à 3 MPa) :
• LGV EST – argiles de la Woëvre : 2 U (H = 5 et 8m) / 11 km
• LGV Rhin Rhône : 2 U (avec drains / sans drain) x 3 sites
tassomètres de surface
tassomètre de profondeurCPI
sans drainavec drains
7
remblai R525.1 sans drains
-30
-25
-20
-15
-10
-5
0
5
16/1
1/06
06/1
2/06
26/1
2/06
15/0
1/07
04/0
2/07
24/0
2/07
16/0
3/07
05/0
4/07
25/0
4/07
15/0
5/07
04/0
6/07
24/0
6/07
14/0
7/07
03/0
8/07
23/0
8/07 Date
Tas
sem
ent
(cm
)
0
2
4
6
8
10
12
14
Hau
teu
r R
emb
lai
(m)
Gauche (C) Axe (B) Droite (A) Hauteur remblai (m)
remblai R525.2 avec drains
-25,0
-20,0
-15,0
-10,0
-5,0
0,0
5,0
10,0
15,0
27/1
1/06
17/1
2/06
06/0
1/07
26/0
1/07
15/0
2/07
07/0
3/07
27/0
3/07
16/0
4/07
06/0
5/07
26/0
5/07
15/0
6/07
05/0
7/07
25/0
7/07
14/0
8/07 Date
Tas
sem
ent
(cm
)
0
2
4
6
8
10
12
14
16
Hau
teu
r R
emb
lai
(m)
Gauche (C) Axe (B) Droite (A) Hauteur remblai (m)
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Résultats obtenus sur la LGV Rhin Rhône
Cv_in_situ= 10 à 20 Cv_labo Cr_in_situ≈ Cv_in_situ
Bfin_construction≤ 0,5
Temps de consolidation : quelques mois au lieu de plusieurs années avec Cv_laboet B = 1 ⇒ économie
Valeurs typiques dans des marnes altérées :
qc = 1 à 3 MPa Eoedo= 10 à 30 MPa
Cv_in_situ= 4.10-7 à 2.10-6 m²/s
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Les gonflements en fond de déblai
Quatre mécanismes possibles dans les sols raides :
– gonflement chimique (exemple : schistes cartons LGV EST);
– gonflement liés au retrait / gonflement ;
– gonflement lié au phénomène de « consolidation inversée » (dissipation de ∆u < 0 en fonction de t) ;
– gonflement lié à une rupture en butée (déblais profonds et/ou sols présentant un K0 élevé)
domaine des sols quasi-saturés : σ’, Cv, kv, B, ∆uw < 0
10
Caractérisation du gonflement
Les principaux essais pour caractériser le massif :
– caractérisation de l’homogénéité du massif
– détection des « passées drainantes » (couche plus perméable, fissuration, etc.) : Cv_in_situ>> Cv_labo
– pressions interstitielles initiales (positives ou négatives?)
– minéralogie, retours d’expérience (exemple schistes cartons)
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Essais de laboratoire spéciaux
1
23
4
5
6
σimb σ
e0
0 à 1 ⇒ contrainte in-situ
1 à 2 ⇒ excavation déblai
pierres poreusessèches
sèches
2 à 3 ⇒ chargement avant imbibitionσimb = 57, 96, 205 et 402 kPa
sèches
3 à 4 ⇒ imbibition saturées
4 à 6 ⇒ chargement et déchargement « saturé »
saturées
projet : LGV Rhin Rhôneessais : CETE d’Aix (Serratrice)
12
Essais de laboratoire spéciaux
essais oedométriques K0
13
Calcul du gonflement instantané et différé
Srair = 0,86 sair = 2000 kPa
0 1 2 3 4 5 6 70
0.2
0.4
0.6
0.8
1
0
250
500
750
1000
1250
1500calculémesuré
paliers de charge
calculémesuré
paliers de charge
numéro du palier de chargement
coef
ficie
nt
B
char
ge
app
liqu
ée (
kPa
)
D3 D2
+∆σ > 0
−∆σ < 0
Sre = 0,96 rbm = 1µm h = 0
14
Calcul du gonflement instantané et différé
1 .10 11 1 .10 10 1 .10 90.5
0.55
0.6
0.65
0.7
0.75
domaine D2 (déchargement)domaine D3 (chargement)domaine D2 (déchargement)domaine D3 (chargement)
perméabilité (m/s)
ind
ice
des
vid
es
e = ekD3 + ckD3log(kw)
e = ekD2 + ckD2log(kw)
15
Calcul du gonflement instantané et différé
H = 4 m
15 m (σzini = 300 kPa) zw = 5 m
H = 4 m
1,5 m (σzfin = 30 kPa) uw = 0
uw = 40 kPa
couche modélisée
16
Calcul du gonflement instantané et différé
0 50 100 1500.005
0
0.005
0.01
0.015
0.02
0.025
100
50
0
50
100
gonflementpression interstitielle en surfacepression interstitielle à 0,5m de profondeurpression interstitielle à 1m de profondeurpression interstitielle à 2m de profondeur
gonflementpression interstitielle en surfacepression interstitielle à 0,5m de profondeurpression interstitielle à 1m de profondeurpression interstitielle à 2m de profondeur
temps (jours)
gonf
lem
ent
(m
)
pre
ssio
n in
ters
titie
lle (
kPa
)
0,00
60,
017
74% de gonflement « instantané » (non drainé)
26% de gonflement différé (drainé)
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Disposition constructive LGV Rhin Rhône
fossés revêtus
PST traitée 0,70m
- objectif : limiter les infiltrations
- consolidation inversée potentielle dissipée pendant la construction
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Les schistes cartons de la LGV EST
Joint stratification :
- évolution chimique en présence d’eau et d’air ⇒ écartement des feuillets
- σg > 500 kPa sur des cycles
- ϕjoint = 20°
- effet du déchargement mécanique?
Comité d’expert + critère de gonflement nul ⇒ PURGE TOTALE
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Les schistes cartons de la LGV EST
20
Les schistes cartons de la LGV EST
Murs cloués > 10000m²
Purge > 500 000 m3
H ≈ 15 m
l ≈ 80 m
L ≈ 400 m
h ≈ 8 m
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Merci de votre attention
Pour ceux qui veulent en savoir plus sur les calculs
mémoire de thèse Luc Boutonnier :
"Comportement hydromécanique des sols fins proches de la saturation -cas des ouvrages en terre : coefficient B, déformations instantanées et différées, retrait / gonflement"
http://geotec-luc.blogspot.com/