Remblai Sur Zone Compressible 1 Cas de R

Remblai sur  Remblai  sur  zone  zone compressible1 Cas de R3078 du R3078  du TOARC2 au niveau de la LG LGV  V Kenitra Kenitra‐Tanger 

Résumé :  Af in d’ éviter évi ter to ut dés or dr e su it e à la co ns tr uc ti on des rem bl ais su r des zon es co mp res si bl es, cel les -ci doivent être étudiées avec grande attention. L’étude commence par une reconnaissance préliminaire afin de localiser la zone, ensuite ensuite un programme de reconnaissance adapté doit être mise en place afin de la caractériser de point de vue géotechnique et hydrologique. La deuxième étape étape se consiste alors un prof il géotechnique, permettant de définir des zones d’études pui s attribuer le m odèle géotechnique adéquat adéquat po ur chaque zone. Dans une troisième étape, il faut procéder à la vérification poinçonnement, de glissement ainsi que du tassement. tassement. Des Des dispo sitions particulières sont à recommander en en foncti on du pro blème rencontrer, rencontrer, du cout ainsi que du délai du projet. Le présent présent article a pour objectif de présenter la méthodolo méthodolo gie de l’étude d’un remblai sur zone compressible traité par le LPEE dans le cadre du projet de la L GV. GV.

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Zone compressible ....................................................................................................................................................................................................... 2 1.1

Définition d’un sol compressible....................................................................................................................................................................... compressible.......................................................................................................................................................................2

1.2

Profondeur et épaisseur des couches compressible.......................................................................................................................................... compressible ..........................................................................................................................................2

1.3

Problèmes spécifiques aux remblais sur sols compressibles.............................................................................................................................. compressibles..............................................................................................................................2

2

Détecter et caractériser les sols compressibles............................................................................................................................................................. compressibles .............................................................................................................................................................5 2.1

Généralités....................................................................................................................................................................................................... Généralités....................................................................................................................................................................................................... 5

2.2

Caractéristiques typiques des sols compressibles .............................................................................................................................................5

2.3

Consistance et organisation de la reconnaissance géotechnique .......................................................................................................................6

3

Les techniques de traitement des zones compressibles ................................................................................................................................................7 II.1‐ II.1‐Choix des techniques de construction .......................................................................................................................................................................... 7

4

5

1

Cas du remblai R3078 : ............................................................................................................................................................................................... 10 4.1

CONTEXTE GEOLOGIQUE ................................................................................................................................................................................ 10

4.2

RISQUES IDENTIFIES........................................................................................................................................................................................ IDENTIFIES........................................................................................................................................................................................ 11

4.3

DONNEES GEOTECHNIQUESDISPONIBLES GEOTECHNIQUES DISPONIBLES....................................................................................................................................................... .......................................................................................................................................................11

4.4

DONNÉES SISMIQUES..................................................................................................................................................................................... SISMIQUES ..................................................................................................................................................................................... 11

4.5

. SYNTHESE GEOTECHNIQUE ET HYDROGEOLOGIQUE .....................................................................................................................................11 11

4.6

Etablissement des modèles ............................................................................................................................................................................12

4.7

Vérification du glissement : ............................................................................................................................................................................13 Conclusion : ................................................................................................................................................................................................................ 15

SARSSAR Mostafa (Ingénieur génie Civil au LPEE)

LPEE

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1 Zone compressible 1.1 Définition d’un sol compressible On désigne donc par « sol compressible » ou « sol mou » des sols qui présentent les particularités suivantes :   

Une forte déformabilité Une faible perméabilité Une résistance faible

La construction de remblais peut poser des problèmes sur des types de sol variés tels que :    

Les tourbes Les vases Les argiles molles Les limons argileux ou lâches

Profondeur et épaisseur des couches compressible La profondeur et l’épaisseur des sols compressibles ont une grande influence sur la nature et l’ampleur des problèmes posés par la construction des remblais et sur les solutions que l’on peut envisager pour les résoudre.

1.3 Problèmes spécifiques aux remblais sur sols

compressibles 

Problématique des sols compressibles

Les sols compressibles en assise de remblais peuvent engendrer quatre t ypes de problèmes particuliers : de stabilité, de déformations, d’efforts parasitaires sur les ouvrages voisins et de perturbation de l’écoulement des eaux. 

Des problèmes de stabilité

Deux modes de ruptures potentiels peuvent être envisagés : o

Rupture par poinçonnement :

Ce mode de rupture est marqué par affaissement généralisé du remblai et une pénétration de ce dernier dans le sol support, occasionnant ainsi des bourrelets de terre qui se forment de part et d’autre des talus en raison de la réaction par soulèvement du terrain naturel.

LPEE

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Figure I.1-Rupture par poinçonnement

o

Rupture de type circulaire (glissement rotationnel) :

Il se caractérise par un enfoncement localisé et partiel du remblai, en raison de déplacement d’une partie du remblai et du sol support le long d’une surface de rupture assimilée généralement à une courbe circulaire.

Figure I.2-Rupture par glissement rotationnel 

Des problèmes de déformations

Les sols compressibles se déforment sous les remblais à la fois verticalement (tassement) et horizontalement aussi, mais généralement les déformations horizontales sont moins importantes, ne dépassant pas quelques décimètres dans les cas les plus défavorables. Les déformations ne sont pas instantanées, elles commencent pendant la construction et peuvent durer des années après, suivant le degré de consolidation du sol d’assise. En plus les tassements ne sont pas uniformes à cause de la section trapézoïdale des remblais, et de l’hétérogénéité des sols supports  Ainsi on distingue :  Un enfoncement vertical au centre du remblai  Un enfoncement vertical combiné à un déplacement latéral du sol de fondation sous l’emprise du remblai  Un déplacement latéral du sol de fondation hors de l’emprise du remblai,  jusqu’à une distance directement liée aux épaisseurs du remblai et du sol compressible

LPEE

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Figure I.3-Tassement et déformation latérale de l’assise du remblai

Des problèmes d’éventuels désordres sur les ouvrages avoisinants La construction d’un remblai sur un sol compressible peut ainsi provoquer des tassements sous des ouvrages voisins existants, elle peut aussi induire la rupture par flexion des pieux d’ouvrages d’arts ou un déplacement progressif des appuis, comme elle peut aussi occasionner le déversement des culées ou des murs de soutènement.

Problèmes d’écoulement d’eau La consolidation des sols compressibles entraine influence leurs perméabilité, alors les écoulements de crues peuvent éroder le pied du remblai, d’où la nécessité de le protéger, il faut penser également à placer des buses ou des cadres en travers du remblai.

1.4 Conséquences pour les projets La présence de sols compressibles introduit des contraintes particulières dans la conduite des projets.

Faisabilité de l’ouvrage : Le traitement du sol compressible, renforcement du remblai, est nécessaire on en plusieurs phases.

Phasage des travaux : Il est très souhaitable de construire d’abord les remblais et d’attendre qu’une partie des déformations du sol se soit produite avant de commencer les fondations des autres ouvrages. Cet ordre des travaux permet notamment de simplifier la conception, de limiter les coûts, de mieux contrôler les délais d’achèvement des travaux et de limiter les tassements différentiels à long terme.

Contraintes d’exploitation Les exigences du maître d’ouvrage sur le comportement du remblai terminé influent directement sur le dimensionnement de l’ouvrage, le choix des méthodes de LPEE

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construction et les informations qu’il faut obtenir sur les sols lors de la reconnaissance géotechnique.

Le temps En effet il s’agit d’un facteur déterminent pour la programmation des études et de la réalisation des ouvrages. Il convient en général de prévoir plusieurs mois pour les reconnaissances géotechniques et les études de dimensionnement, quelques mois à quelques années pour les travaux selon leur nature et plusieurs années de suivi de la stabilisation des déformations des sols après la fin de la construction. Pour beaucoup de solutions techniques, le temps est la contrepartie de la limitation des coûts de la construction.

Les coûts Le coût des remblais sur sol compressible dépend très fortement des exigences du maître d’ouvrage en matière de niveau de service et de durée de chantier. Le surcoût dû aux sols compressibles est souvent important et n’est en fait plafonné que par le coût de l’ouvrage d’art qui permettrait de s’affranchir du problème en supprimant la construction du remblai. D’autre part, la persistance des déformations après la construction du remblai peut entraîner des contraintes pour l’entretien ultérieur de l’ouvrage.

2 Détecter et caractériser les sols compressibles 2.1 Généralités Dans les projets de génie civil, la reconnaissance géotechnique se développe parallèlement aux phases d’élaboration du projet, avec pour missions :  D’une part, de renseigner en temps utile le maître d’œuvre sur les contraintes géotechnique susceptibles d’influencer le choix des solutions  D’une part, de fournir les bases des calculs nécessaires au dimensionnement des ouvrages.

 Ainsi, pour les études de tracés de remblais, la reconnaissance fournit les éléments de décision quant au choix de meilleur fuseau et du tracé, puis permet de préparer le projet d’exécution. La reconnaissance du site et des sols doit être réalisée de manière progressive, en densifiant les sondages au fur et à mesure de l’avancement du projet. Toutes les natures de sondages et essais coexistent dès le démarrage de l’étude : prélèvements pour identification des sols et essais en laboratoire, essais mécaniques en place, applications éventuelles des méthodes géophysiques. Seule la densité des essais et sondages augmente avec le détail des informations recherchés.

2.2 Caractéristiques typiques des sols compressibles Le tableau ci-dessous donne des ordres de grandeur des propriétés de sol compressible, il n’existe pas de limites précises de la catégorie des sols compressibles. Les techniques d’améliorations s’appliquent en général quand les LPEE

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tassements estimés dépassent quelques dizaines de centimètres, pour des sols de cohésion non drainée inférieure à 50 KPa environ.

Tableau I.1-Propriétés et caractéristiques des sols compressibles

2.3 Consistance et organisation de la reconnaissance

géotechnique La reconnaissance des zones de sols compressibles doit être entreprise dès que l’existence de tels sols est détectée : en effet, elle comporte nécessairement des essais de durée importante (essais de compressibilité, en particulier) et des conclusions exercent une influence décisive sur l’économie générale du projet. Une caractérisation précise de ces zones est nécessaire par une investigation appropriée. Les sondages à réaliser sont : 

  

Des sondages carottés avec prélèvement d’échantillons intacts pour réalisation d’essais œdométriques Des essais in situ de type pénétromètre statique (CPT) Des essais pressiomètriques Des essais scissomètriques

Les essais de laboratoire à réaliser sont : 



LPEE

Des essais d’identification (teneur en eau, densité, granulométrie, limites d’Atterberg et VBS) associés à chaque essai géo mécanique afin de caractériser le terrain Des essais mécaniques, essais triaxiaux, pour déterminer la cohésion non drainée de chaque unité compressible et essais œdométriques (avec mesure du Cv et perméabilité) pour déterminer les paramètres de compressibilité du sol support 6





L’essai œdométrique pourra être poursuivi en essai de fluage de manière à déterminer le coefficient Ca Des essais de pourcentage de matière organique en f onction des échantillons et de la plasticité des sols afin de préciser le fluage.

3 Les techniques de traitement des zones compressibles Dans le chapitre précédant, il a été présenté de façon synthétique les principaux phénomènes rencontrés lors de la construction sur des zones compressibles, la nature des désordres potentiels qu’ils peuvent causer ainsi que l’impact sur les ouvrages. Aussi, il a été décrit les opérations de reconnaissances et les essais à envisager afin de déterminer  judicieusement les dispositions constructives. Ce chapitre complète ladite étude en traitant les différentes techniques de traitement des sols compressibles.

3.1 Choix des techniques de construction Les méthodes d’amélioration des sols sont l’un des outils dont dispose l’ingénieur pour résoudre les problèmes de stabilité ou de déformations qu’il rencontre lors de l’élaboration d’un projet. Certaines de ces méthodes sont très anciennes, comme le battage des pieux de bois dans les sols de faible portance, d’autre sont plus récentes, comme les méthodes d’injection, de jet‐grouting ou de géosynthétique. Elles ont connu, depuis une vingtaine d’années, un développement considérable et sont maintenant utilisées comme un élément à part entière des projets. Le choix des techniques de construction des remblais sur sols compressibles dépend :

 Du temps disponible pour l’exécution des travaux,  De l’amplitude des déformations tolérées après la mise en service,  Des contraintes d’environnement du projet (emprise, sensibilité aux vibrations, protection des nappes phréatiques, etc.)  Des contraintes budgétaires. Les solutions adoptées se rattachent à deux groupes de techniques :

 Le premier groupe rassemble les dispositions constructives directement rattachées au remblai (construction par étapes, surcharge, etc.)

 Le second groupe est celui des techniques qui nécessitent des interventions dans le sol de fondation (substitution du mauvais sol, drainage, colonnes ballastées, etc.)

3.2 Présentation des techniques de construction Les techniques classiquement utilisées pour la construction des remblais sur sols compressibles sont les suivants : LPEE

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 Dispositions constructives relatives au remblai   Construction par étapes,  Banquettes temporaire,  Remblais allégés,  Renforcement par géotextiles.  Modifications du sol supportant le remblai   Substitution du mauvais sol,  Drains verticaux,  Consolidation atmosphérique,  Colonnes ballastées,  Plots ballastées pilonnés,  Injection solide  Colonnes de mortier sol‐ciment, réalisées par jet (technique souvent   

appelée « jet grouting »), Colonnes de sol traité à la chaux ou au ciment, Inclusions rigides, Electro‐osmose.

3.3 Critères influant sur le choix des traitements et leurs

domaines d’application Le choix d’une technique de construction s’effectue par analyse comparative des solutions qui devront satisfaire l’ensemble des critères précédemment décrits. Les domaines d’application des dispositions de consolidation sont synthétisés dans les tableaux suivant :

LPEE

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Tableau II.1-Domaine d’application des méthodes en fonction de la granulométrie

Note : Les limites des méthodes sont relatives au D50 de la courbe granulométrique des sols

‐Le tableau 2 fournit les éléments d’une approche concrète pouvant orienter le choix des méthodes de consolidation les plus appropriées, par rapport aux objectifs fixés du projet.

LPEE

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‐Le tableau 3 présente une comparaison qualitative des différentes méthodes de consolidation sur la base de critères d’exécution en corrélation avec le niveau technologique, les délais d’exécution et d’action, la dépense d’énergie et le coût.

Les appréciations de faible, moyen et fort sont approximatives et ne traduisent pas nécessairement l’intérêt relatif  des techniques pour un chantier donné.

4 Cas du remblai R3078 : Dans le cadre du projet de la ligne à grande vitesse (LGV) qui relie Kenitra à Tanger, tronçon Nord TOARC2, le LPEE/DTS a été sollicité pour l’étude géotechnique, en phase d’exécution, du Remblai R3078 (du PR 307+580 au PR 308+080). Le présent rapport a donc pour objet l’étude géotechnique du Remblai R3078 du PR 307+580 au PR 308+080, du tronçon Nord TOARC2 de la ligne LGV Kenitra –Tanger, objet du Marché N° G12004.  A ce titre, il traite les points suivants : L’analyse et le calcul de stabilité du remblai selon les modèles géotechniques établis. Le calcul des tassements. Les dispositions constructives à adopter.   

4.1 CONTEXTE GEOLOGIQUE Les formations rencontrées au droit de ce Remblai, regroupent des dépôts constitués par : Famille géotechnique E/C : Formations de couverture. Famille géotechnique E5a : Pélites argileuses/argiles pélitiques. Frange d’altération du substratum. Famille géotechnique E5 : Pélites grises schistosées, massives et compactes en place, facilement débitables et tendres à l’extraction. LPEE

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4.2 RISQUES IDENTIFIES - Zone Compressible : aléa faible (présence de la famille E/C). - Risque de Liquéfaction : aléa quasi-nul. - Risque de Dissolution : aléa faible (pas de gypse). - Risque de gonflement : présence de pélite.

4.3 DONNEES GEOTECHNIQUES DISPONIBLES La zone du Remblai R3078 a fait l’objet de plusieurs sondages et essais géotechniques, réalisés en phases APS/APD et EXE.  A noter que l’ensemble des reconnaissances géotechniques effectuées au niveau de ce remblai sont présentées dans le rapport de synthèse mentionné dans le chapitre 6 précédent. Ces reconnaissances géotechniques (voir rapport de synthèse) ont consisté à l’exécution de : On obtient donc, en phases APD+EXE, un total de : 1 sondage carotté o 3 sondages pressiomètriques (2 en APD + 1 en EXE). o 3 pénétromètres stato-dynamique (réalisés en phase APD). o 8 sondages à la pelle mécanique, (3 en APD + 5 en EXE).

4.4 DONNÉES SISMIQUES Les données sismiques prises en compte pour le site sont rappelées comme suit :   Accélération nominale au rocher : a gR = 0.205 g  Classe de sol selon l’Eurocode 8 :  Catégorie C (sols de cohésion comprise généralement entre 70 et 250 kPa sur des épaisseurs importantes), d’où S = 1.5 : - ah/g = 0.154 - av/g = ± 0.051 Magnitude : M = 6.5 

4.5 . SYNTHESE GEOTECHNIQUE ET

HYDROGEOLOGIQUE La synthèse des résultats des sondages réalisés en APD et EXE, permet de mettre en évidence, sous une couverture de terre végétale, les unités lithologiques, suivantes : - Matériaux de couverture : argile, éboulis et colluvions : Famille géotechnique E/C : constituée d’agile limoneuse ou d’argile marneuse/marne argileuse, avec présence de blocs, éboulis et colluvions, principalement en pied de pente. L’épaisseur de cette formation varie généralement de 1 à 8.5 m (notamment au droit du sondage EXE-1-SP-R3078). En effet, l’analyse des données issues de l’APD et de l’EXE montre, pour la plupart des sondages, la présence de formations d’argiles marneuse/marne argileuse, dont l’épaisseur la plus importante (environ 8.5 m), semble se trouver au droit du sondage pressiomètrique réalisé en phase EXE (phase complémentaire). ‐ Formation de pélites altérées : Famille géotechnique E5a : constituée de pélites altérées/agile pélitique beige-verdâtre (profonde altération du substratum) ; dont l’épaisseur varie généralement entre 4 m et 8 m, d’après les différents sondages réalisés en APD et en EXE. ‐ Formation de pélites schistosées : Famille géotechnique E5 : substratum de pélites grises, massives et compactes (épaisseur>5m).

LPEE

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L’analyse du profil en long géotechnique et des différents sondages réalisés en phases APD et EXE permet de mettre en évidence pratiquement, une seule zone homogène au niveau de ce remblai. Cette zone étant caractérisée, de haut en bas, par les unités lithologiques suivantes :  Argiles, éboulis et colluvions E/C, Pélites altérées E5a et Pélite grise E5.  Ainsi, cette zone, identifiée en phase APD, a été donc confirmée par les sondages réalisés en phase EXE (phase complémentaire). Les résultats obtenus sont donc synthétisés comme suit :

Caractérisation des Argiles, éboulis et colluvions

Caractérisation des Péllites altérées

4.6 Etablissement des modèles Le Niveau d’eau est situé à -1.2 m/TN. La pente du TN est inférieure à 10% Les sondages à la pelle réalisés en phase EXE dans cette zone (EXE-1-PM-R3078-3 à 5) montrent une épaisseur de formations de couverture de E/C, variant généralement, entre 0.5 m et 3 m. Les sondages stato-dynamiques APD3-3-PS034 et APD 3-3-PS176 réalisés au niveau de cette zone confirment l’épaisseur de cette couche (E/C) ;( qc