LE REEMPLOI DES MATERIAUX MARNEUX DANS LA

LE REEMPLOI DES MATERIAUX MARNEUX
DANS LA CONSTRUCTION DE LA LIGNE
FERROVIAIRE
A GRANDE VITESSE RHIN-RHONE
Yves GUERPILLON
- Présentation de ll’opération
opération
- L’expérience
p
dans le réemploi
p des matériaux évolutifs
Titre
- L’application aux marnes de la LGV RR
L ’opération LGV RHIN RHONE
Finalité du projet :
Développer une liaisons ferroviaires à grande vitesse Nord-Sud Branche Sud
et Est-Ouest Branche Est et Branche Ouest permettant l’amélioration des temps de
parcours sur les axes :
- Mulhouse/Paris :
2h30 (branche Est complète)
au lieu de 3h10.
- Strasbourg/Marseille :
4h30 (branche Est complète)
au lieu de 6h40.
+ CFAL
Titre
+ Lyon Turin
La Branche Est
Phasage longitudinal
142 Km répartis en Trois Tronçons :
•
Tronçon A : Villers les Pots – Chevroz
•
Tronçon B : Voray sous l’Ognon – Saulnot
•
Tronçon C : Villers sur Saulnot – Petit Croix
Titre
(SETEC)
57 km environ
(EGIS RAIL) 56.7 km
(SETEC)
28 km
Le tronçon B
VESOUL
LOT B3 ((37 km))
Base ttravaux d
B
de
Villersexel
RD 9
HAUTE-SAONE (70)
RD 486 / RD 50
LOT B1
(20 km)
Viaduc de
l’Ognon
O
amont
(lot B3)
Viaduc de la
Linotte (lot B2)
Viaduc de la
Quenoche (lot B2)
RN 57
Viaduc de
Corcelles
((lot B4))
MONTBELIARD
DOUBS (25)
Viaduc de la
Buthiers (lot B1)
Titre
Viaduc de l’Ognon
M
Moyen
(l t B1)
(lot
BESANÇON
LGV RHIN RHÔNE – BRANCHE EST – TRONÇON B
Quelques chiffres du projet GC Tronçon B
¾
¾
¾
¾
¾
¾
Titre
¾
¾
¾
Longueur : 56,7 KM (49,7 KM en Haute Saône -7 KM dans le Doubs)
40 % en zone boisée
35 communes concernées (29 en Haute Saône - 6 dans le Doubs)
V i Rét
Voies
Rétablies
bli :11 RN
RN, 21 RD
RD, 33 VC
VC, CR ett CE ,
15 cours d ’eau
6 Viaducs ((de 89 à 445 m),
), 76 ouvrages
g d’art courants
(26 PRA - 32 PRO - 18 OH)
13 millions de m 3 de déblais et emprunts, 10 millions de m 3 de
remblai 3millions de m 3 de dépôts
remblai,
23 KM de piste et un ouvrage d’art provisoire
11 Passages
g grande
g
faune
La Base travaux à VILLERSEXEL
SPECIFICITES D’UN PROJET LGV
¾ Vitesse
Vit
d
de conception
ti : 350 km/h
k /h
¾ Tracé très tendu
– Rayon supérieur à 5 556 m
¾ Profil en long
– Pente faible < 35 ‰
Titre
¾ Largeur
g
p
plate-forme 13 m 90
¾ Plate-forme ferroviaire « indéformable et homogène »
LE CONTEXTE GEOLOGIQUE DU
TRONCON B
¾
Projet situé dans les terrains jurassiques jusqu’à l’Ognon à
Thieffrans/Tressandans puis dans les Trias/Lias
Thieffrans/Tressandans,
¾
A l’ouest de l’Ognon ÖCalcaires jurassiques supérieurs
présence d’argile
g à Chailles
avec p
ƒ
ƒ
¾
A l’est de l’Ognon ÖTrias/lias pré-jurassien
En fond de vallon : alluvions récentes et colluvions
Les difficultés principales
Pérennité de la LGV
Ö Les karsts
Ressource en eau
Titre
Ö L
Le réemploi
é
l i
Ö Les sols compressibles
Ö Les stabilités de déblai
–L
L’allotissement
allotissement
Un p
projet
j de terrassement : 30 M m3 remués
VORAY
PK 0
ORMENANS
LINOTTE
OGNON
AMONT
PK 20,700
PK 31,700
Calcaire jurassique
Trias Lias Keuper
PK 56,700
Très mauvaise qualité
Qualité moyenne autonome
Calcaire jurassique
Qualité bonne excédentaire
en bon matériaux
Titre
SAULNOT
Déficitaire en matériaux spécifique
LE CONTEXTE GEOLOGIQUE
Q
DU
TRONCON B3
1 coupure principale :
- franchissement de l’Ognon à Tressandans
¾
Sur les 14 km à l’ouest
ª Les calcaires Rauracien et Séquanien, plus ou moins faillés
¾
PK34 au PK46
ª Passage des marnes du Toarcien (lias supérieur) aux argiles à
lignites (base du Trias): 8 faciès différents
¾
Du PK46 à PK 57
ª Terrain
T
i argiles
il à lignites
li it
aux calcaires
l i
à gryphées
hé
Titre
¾
LES MATERIAUX MARNEUX
ª
Le Lias : marneux en général, qualité médiocre
¾
¾
ª
Le Trias
¾
¾
¾
Titre
Risque de schiste carton
Argiles toarcien, marnes toarcien, calcaire gryphé,
marne bleue
Le Rhétien (marne de Levallois, grès du Rhétien)
p (dolomie
(
Moellon,, marnes irisées
Le Keuper
supérieures, marnes irisées inférieures
Trias moyen (argile à lignite, calcaire coquiller, marnes
ondulées du Muchelkalk, grès coquiller)
BILAN QUANTITATIF DU B3
Besoins en m3
Les grands chiffres
Ressources
Couche de forme
218 800
Emprunt D222
Déblai
10 millions
de m3
ZI/ZH/masque, bloc
technique,
ouche de forme
833 550
Déblais + emprunt
Emprunt
550 000 m3
PST et purge
268 500
Remblai t+ emprunt
Remblai
6.7 millions
de m3
Remblais grande
hauteur/courant
3 234 490
Déblais
Aménagement
paysager
2.1 millions
de m3
Aménagements
paysagers/Impacts
1 753 500
Déblais (impropres)
Dépôts
1.52 millions
de m3
Total
6 308 840
6 602 680
Titre
+ 550 000 Emprunt
D222
LE MOUVEMENT DES TERRES DU B3
Les p
préoccupations
p
majeures
j
:
¾ La caractérisation des matériaux
¾ Le réemploi des matériaux (présence
gypse) et sensibilité au gonflement
¾ L’aptitude au traitement
Les enjeux :
Titre
¾
¾
¾
¾
¾
¾
Autonomie (emprunt + 37 km)
Transport : piste de chantier
Dépôts
p
(1,5
( , millions de m3))
Prise en compte de l’environnement
Prise en compte du milieu humain
Interface paysage : modelage
REMBLAIS EN MATERIAUX EVOLUTIFS
Le développement
L
dé l
t durable
d
bl iimpose un meilleur
ill
réemploi
é
l i
des argiles, marnes, craie.
Matériaux dits évolutifs sous l’effet de l’eau et de l’état de contrainte
dans le remblai
Prise de conscience des risques induits par l'emploi
de sols fins non saturés et de matériaux évolutifs
A 13
A 62
Remblai en craie du Val Guyon
Remblais marneux
Titre
Titre
fissuration longitudinale
densification - tassement
déformations et glissements de talus
Titre
Grand remblai de l’Autoroute A 20
COMPORTEMENT ET CONCEPTION
DES REMBLAIS EN MATERIAUX EVOLUTIFS
•
Qu’est-ce qu’un matériau évolutif ?
• Ce terme « générique » englobe au moins 2 phénomènes
à Une évolution des « blocs » au sein d’une structure discontinue
en fonction de leur dégradabilité.
à Une évolution de la matrice plus ou moins argileuse sous l’effet
des modifications des contraintes et de la succion (fonction du
Titre
degré de saturation).
saturation)
MECANISMES DES DESORDRES
• Sols
fins
Aspect de la sensibilité à l’eau mal prise en compte dans les
terrassements vue essentiellement par rapport à la traficabilité
terrassements,
Matériaux compactés côté sec
Imbibition
Gonflement zones peu chargées
Effondrement zones fortement chargées
Distorsion de cisaillement au voisinage des talus
Hétérogénéité
déformations différentielles
Modifications caractéristiques mécaniques υ Ê C, ϕ Ì
Titre
• Matériaux rocheux évolutifs
Changement de granulométrie conduit également à une
variation
i ti d
de volume
l
MECANISMES DES DESORDRES
DRAIN
TALUS
TN
FISSURATION
GONFLEMENT
DISTORSION
Titre
EFFONDREMENT POSSIBLE
Titre
Titre
MISE EN ŒUVRE COTE SEC
• Conduit à un risque - de gonflement en partie supérieure
- d’effondrement en partie inférieure
Titre
• Nécessité de mise en œuvre coté humide avec traitement
pour garantir
p
g
Portance et caractéristiques
q
mécaniques
q
CONDUITE DES ETUDES
Matériaux caractérisé pour terrassements par paramètres de nature et
d’ét t
d’état.
Plasticité significatif des risques avec paramètres d’évolution :
fragmentabilité et dégradabilité
En g
général :
Argiles et marnes sensibles gonflement et effondrement
craies très sensibles effondrement
En complément :
- mesure gonflement à l'immersion lors de IPI - CBR
- essai oedométrique spécifique pour sensibilité à l’imbibition différée
Titre
- à pratiquer également sur sols traités
Charge axiale sv (kPa)
-2
10
100
1000
Gonflement
Tassement d
dh/h %
0
2
Sol compacté
4
6
Effondrement
8
Sol compacté
et imbibé
10
Titre
Essai oedométrique avec imbibition
CONSEQUENCES POUR LA CONCEPTION
DES OUVRAGES
Contrôle des migrations de l'eau
. matelas anticapillaire base remblais
. assainissement
Eviter les hétérogénéités de matériaux
Zonage
Noyau sous chaussées
e > 10 m pour H = 20 m)
Encagement par carapace
(permet d'optimiser le volume des sols traités)
EXECUTION
Titre
Côté humide, au moins à teneur eau maximale de traficabilité, en
cherchant à atteindre le matelassage
sous l'énergie de compactage optimale
NOYAU
REMBLAI
RECHARGES
AVAL
Structure à noyau
REMBLAI
Titre
EPAULEMENT
Encagement du remblai
COMPORTEMENT DE REMBLAIS CONSTITUES
DE BLOCS DEGRADABLES
ET D’UNE MATRICE
•
L’altération des blocs provoque :
- des éléments fins (matrice),
- une diminution des vides francs.
Conséquences pour la conception
• Le poids de la matrice doit constituer au moins 30 % du total
• La teneur en eau à considérer est celle de la matrice
définir des critères granulométriques à l’extraction,
Titre
et les énergies de compactage à mettre en œuvre à
différents niveaux
POUR UNE LIGNE FERROVIAIRE A GRANDE VTESSE
LA DEFORMABILITE DES OUVRAGES EN TERRE
DOIT ETRE MAITRISEE
En général après mise en service :
- Gonflement nul
- Tassement inférieur à 2 cm
CAS DES MARNES DU LIAS-TRIAS
-Enjeu de 5 millions de m3 de déblais à réemployer sur 37 km
Titre
- Sol rocheux de classe R31 à R34 conduisant après extraction à un sol
A2/A3 (plus de 35 % de fines et IP 12 à 40)
Classement GTR du tronçon B3
Géologie
GTR
%
Formations de couverture
Quaternaire
Altération jurassique (41, 42)
A1-A2-A3
A1
A2 A3 à A4
Altération lias (40)
A2
Altération marnes, calcaires
A2 à A4
25%
Jurassique
Calcaire du Sequanien
Titre
Calcaire Rauracien
Remblai courant
Couche de
protection/PST
t ti /PST base
b
d
de
remblai en TT
Remblai courant
purge /PST
ZI/ZH
CdF (si LA + MDE < 60)
R21 (karst)
R21 < LA < 61
12 < MDE < 46
60 < LA + MDE < 80
gélif
Secondaire
Réemploi possible
R21
32 < LA < 42
18 < LA < 24
LA + MDE < 60/65
non gélif
20%
Purges/PST
ZI/ZH et CdF
Classement GTR du tronçon B3
Lias
Argile
g du Toarcien ((11))
A2
Remblai courant
Marnes du Toarcien (12)
Impropres
Marnes bleues du Lotharingien
(14)
Calcaire à gryphées (10)
A2 à A3
Marnes et grès du Rhétien (17.1
– 17.2)
A2 à A3
Marnes irisées supérieures (18.1)
A1 à A3
4%
Impropres (gonflement)
Remblai courant
Trias
Dolomies moellon (18.2)
50%
Remblai ou TT pour
couche de protection
du PST et base de
remblai
Remblai courant
Remblai courant ou dépôt
A1 à A3
Remblai courant avec
encagement
Argiles à lignite (18.1)
A3/A4 (très plastique)
Très plastique : impropre
Calcaire Coquillier (19.3)
(19 3)
A1/A2 à R34
calcaire R21 à R33
Remblai ZI/ZH – purge
PST
Marnes ondulées du Muschelbalh
(19.6)
A1/A2 – R31 à R34
Impropre pour partie
Remblai après TT
Titre
Marnes irisées inférieures (18
(18.5)
5)
LE TRAITEMENT A LA CHAUX OU
AU LIANT HYDRAULIQUE
A permis pour les remblais :
En surface : de bloquer le gonflement
En talus : d
d’assurer
assurer la stabilité
A la base : d’éviter la succion dans les zones humides et de garantir tout
effondrement
pour les déblais :
De bloquer le gonflement de l’arase.
Avec éventuellement une :
-Fragmentation dmax < 250 mm – passant à 2 mm > 30 %
Titre
- Humidication
H
d
Titre
Titre
LIMITATION DU GONFLEMENT
Gonflement CBRi sur
matériau naturel
Type de gonflement
Dispositions proposées
S ≤ 2%
Faible
Pas de couche de protection
5% > S > 2%
Acceptable
Critères contractuels avec couche de protection
10 % > S ≥ 5%
Do te
Douteux
Humification
H
mification po
pourr obtenir S < 5% o
ou traitement si
matériau apte – Sinon mise en dépôt.
S ≥ 10 %
Inapte
Mise en dépôt
•Remblais en matériaux marneux de plus 5 m de hauteur
Situation en
profondeur par
rapport à l’arase
Nature des matériaux
Conditions de mise
en œuvre
•Rôle particulier
0à -3m
w final ≥ 0.9
0 9 w OPN
Fragmentation
Traitement pulvimixeur
Compactage qualité q4
Portance -Insensibilité
Apporter une
contrainte s’opposant
au gonflement
Remblai courant
suivant les
conditions GTR
- 3 à - 10 m
w final ≥ 0.9 w OPN
Fragmentation
Traitement éventuel à
la charrue
Compactage qualité q4
Remblai traité
- 10 à - 15 m
w final ≥ 0.9 w OPN
Fragmentation
Traitement charrue
Compactage qualité q4
Eviter le risque
d’effondrement et de
création de pression
interstitielle
> à 15 m
w final ≥ 0.9 w OPN
Fragmentation
Traitement pulvimixeur
Compactage qualité q3
Eviter le risque
q
d’effondrement et de
création de pression
interstitielle
Appellation couche
Couche de protection
traitée
Titre
Remblai traité
LES ETUDES DE TRAITEMENT ONT CONDUIT AUX
SOLUTIONS SUIVANTES
- 0.5 à 2 % de chaux
- Ou 1 à 2 % de liant hydraulique le ROC TR :
. 30 % CaO,
. 58 % clinker,
. 12 % cendres
CAS DES MARNES DU KEUPER
. Marnes irisées
é inférieures
é
: D 383 : 280 000 m3, classes A1 à A3 (présence
é
de
gypse).
Titre
. Marnes
M
irisées
i i é supérieures
é i
: D 367 : 285 000 m3,
3 R31 à R34
A1 à A3
Titre
Secteurs 2 et 3 - Répartition des classes GTR de la formation 18.5
R31 irisées inférieures
Marnes
6%
B6
2%
A4
4%
A1
2%
A3
12%
A1
A2
A3
A4
B6
R31
A2
74%
Secteurs 2 et 3 - Répartition des teneurs en eau de la formation 18.5
Marnes irisées inférieures
20%
18%
16%
14%
12%
10%
8%
6%
4%
2%
0%
Titre
< 10 10-12 12-14 14-16 16-18 18-20 20-22 22-24 24-26 26-28 28-30 30-32 32-34 34-36 36-38 38-40 >40
Titre
Titre
Titre
Titre
Secteurs 2 et 3 - Répartition des classes GTR de la formation 18.1
Marnes irisées supérieures
R33 R34
R32
4% 1%
R31 3%
3%
A1
20%
A1
A3
19%
A2
A3
R33
R34
A2
50%
Secteurs 2 et 3 - Répartition des teneurs en eau de la formation 18.1
Marnes irisées supérieures
14%
12%
10%
8%
6%
4%
2%
Titre
0%
< 10
10-12 12-14 14-16 16-18 18-20 20-22 22-24 24-26 26-28 28-30 30-32 32-34 34-36 36-38 38-40
>40
Traitement des marnes irisées supérieures
- Chaux diminue au gonflement de 10 % à 2%
- Roc TR moins performant
Titre
- Amélioration des caractéristiques mécaniques avec un dosage de 2% de CaO.
CaO
ECONOMIE DE MISE EN DEPOT DE 20 % DE
L’ENSEMBLE
L
ENSEMBLE DES DEBLAIS
Réutilisation analysée du point de vue des conditions d’extraction
d extraction et de mise
en œuvre
g
adaptée
p
à la sensibilité des matériaux et à la zone de réutilisation
mais également
Objectifs du traitement :
- Blocage potentiel de gonflement
- Maitrise de la sensibilité à l’eau
- Amélioration des caractéristiques mécaniques
Titre
Titre
- Amélioration
A éli
ti d
de lla portance
t
pour PST ett lla circulation
i
l ti d
de chantier
h ti
Titre
Titre