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LE REEMPLOI DES MATERIAUX MARNEUX LE REEMPLOI DES MATERIAUX MARNEUX DANS LA CONSTRUCTION DE LA LIGNE
FERROVIAIREA GRANDE VITESSE RHIN-RHONE
Yves GUERPILLON
- Présentation de l’opération Présentation de l opération
- L’expérience dans le réemploi des matériaux évolutifsp p
- L’application aux marnes de la LGV RR
Titr
e
L ’opération LGV RHIN RHONEFinalité du projet :Finalité du projet :
Développer une liaisons ferroviaires à grande vitesse Nord-Sud Branche Sudet 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+ CFAL
+ Lyon Turin
Titr
e
La Branche EstPhasage longitudinal142 Km répartis en Trois Tronçons :
• Tronçon A : Villers les Pots – Chevroz (SETEC) 57 km environ
• Tronçon B : Voray sous l’Ognon – Saulnot (EGIS RAIL) 56.7 km
• Tronçon C : Villers sur Saulnot – Petit Croix (SETEC) 28 km
Titr
e
LOT B3 (37 km)B t d
VESOUL
Le tronçon B( )
RD 9
Base travaux de Villersexel
RD 486 / RD 50
HAUTE-SAONE (70)
Viaduc de Corcelles (lot B4)Viaduc de
O
LOT B1(20 km) ( )
l’Ognon amont (lot B3)
Viaduc de la Linotte (lot B2)
MONTBELIARD
DOUBS (25)
Linotte (lot B2)
Viaduc de la Quenoche (lot B2)
RN 57Viaduc de la
Buthiers (lot B1)
Viaduc de l’Ognon M (l t B1)
RN 57
Titr
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Moyen (lot B1)
BESANÇON LGV RHIN RHÔNE – BRANCHE EST – TRONÇON B
Quelques chiffres du projet GC Tronçon B
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 bli 1 RN 21 RD 33 VC CR t CEVoies Rétablies :1 RN, 21 RD, 33 VC, CR et CE ,15 cours d ’eau
6 Viaducs (de 89 à 445 m), 76 ouvrages d’art courants( ), g(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 dépôtsremblai, 3millions de m 3 de dépôts
23 KM de piste et un ouvrage d’art provisoire
11 Passages grande faune g g
La Base travaux à VILLERSEXEL
Titr
e
SPECIFICITES D’UN PROJET LGV
Vit d ti 350 k /hVitesse de conception : 350 km/hTracé très tendu– Rayon supérieur à 5 556 m
Profil en long
– Pente faible < 35 ‰Largeur plate-forme 13 m 90g pPlate-forme ferroviaire « indéformable et homogène »
Titr
e
LE CONTEXTE GEOLOGIQUE DU TRONCON BTRONCON B
Projet situé dans les terrains jurassiques jusqu’à l’Ognon à Thieffrans/Tressandans puis dans les Trias/LiasThieffrans/Tressandans, puis dans les Trias/Lias
A l’ouest de l’Ognon Calcaires jurassiques supérieurs avec présence d’argile à Chaillesp g
A l’est de l’Ognon Trias/lias pré-jurassienEn fond de vallon : alluvions récentes et colluvions
Les difficultés principales
Les karsts
L é l i
Pérennité de la LGV
Ressource en eauLe réemploiLes sols compressibles Les stabilités de déblai
Titr
e
– L’allotissement– L allotissement
Un projet de terrassement : 30 M m3 remuésp j
VORAY
ORMENANSLINOTTE
OGNONAMONT SAULNOT
Trias Lias KeuperPK 20,700PK 0 PK 31,700 PK 56,700
Calcaire jurassique
Calcaire jurassique
Qualité moyenne autonome
Trias Lias Keuper
Très mauvaise qualité
Déficitaire en matériaux spécifique
Qualité bonne excédentaire
en bon matériaux
Titr
e
LE CONTEXTE GEOLOGIQUE DU QTRONCON B3
1 coupure principale :- franchissement de l’Ognon à Tressandans
Sur les 14 km à l’ouestLes calcaires Rauracien et Séquanien, plus ou moins faillés
PK34 au PK46Passage des marnes du Toarcien (lias supérieur) aux argiles à lignites (base du Trias): 8 faciès différentslignites (base du Trias): 8 faciès différents
Du PK46 à PK 57T i il à li it l i à héTerrain argiles à lignites aux calcaires à gryphées
Titr
e
LES MATERIAUX MARNEUX
Le Lias : marneux en général, qualité médiocre
Risque de schiste cartonRisque de schiste cartonArgiles toarcien, marnes toarcien, calcaire gryphé, marne bleue
Le TriasLe Rhétien (marne de Levallois, grès du Rhétien)Le Keuper (dolomie Moellon, marnes irisées p ( ,supérieures, marnes irisées inférieuresTrias moyen (argile à lignite, calcaire coquiller, marnes ondulées du Muchelkalk, grès coquiller)
Titr
e
BILAN QUANTITATIF DU B3
Besoins en m3 Ressources Les grands chiffres
Couche de forme 218 800 Emprunt D222 Déblai10 millions
Couche de forme 218 800 Emprunt D222 Déblaide m3
ZI/ZH/masque, bloc technique, ouche de forme
833 550 Déblais + emprunt Emprunt 550 000 m3ouche de forme
PST et purge 268 500 Remblai t+ emprunt Remblai6.7 millions de m3
Remblais grande hauteur/courant
3 234 490 Déblais Aménagement paysager
2.1 millions de m3
Aménagements 1 753 500 Déblais (impropres) Dépôts
1.52 millions paysagers/Impacts
1 753 500 Déblais (impropres) Dépôtsde m3
Total 6 308 840 6 602 680
+ 550 000 Emprunt D222
Titr
e
D222
LE MOUVEMENT DES TERRES DU B3LE MOUVEMENT DES TERRES DU B3
Les préoccupations majeures :p p j
La caractérisation des matériauxLe réemploi des matériaux (présenceLe réemploi des matériaux (présence gypse) et sensibilité au gonflementL’aptitude au traitement
Les enjeux :
Autonomie (emprunt + 37 km)Autonomie (emprunt + 37 km)Transport : piste de chantierDépôts (1,5 millions de m3) p ( , )Prise en compte de l’environnementPrise en compte du milieu humainInterface paysage : modelage
Titr
e
Interface paysage : modelage
REMBLAIS EN MATERIAUX EVOLUTIFS
L dé l t d bl i ill é l i Le développement durable impose un meilleur réemploi des argiles, marnes, craie.
Matériaux dits évolutifs sous l’effet de l’eau et de l’état de contraintedans le remblai
Prise de conscience des risques induits par l'emploi de sols fins non saturés et de matériaux évolutifs
A 13 Remblai en craie du Val GuyonA 62 Remblais marneux
fissuration longitudinaledensification - tassementdéformations et glissements de talus
Titr
eTi
tre
Grand remblai de l’Autoroute A 20
Titr
e
COMPORTEMENT ET CONCEPTION DES REMBLAIS EN MATERIAUX EVOLUTIFSDES REMBLAIS EN MATERIAUX EVOLUTIFS
• Qu’est-ce qu’un matériau évolutif ?
Ce terme « générique » englobe au moins 2 phénomènes• Ce terme « générique » englobe au moins 2 phénomènes
Une évolution des « blocs » au sein d’une structure discontinueen fonction de leur dégradabilité.
Une évolution de la matrice plus ou moins argileuse sous l’effetdes modifications des contraintes et de la succion (fonction dudegré de saturation)degré de saturation).
Titr
e
MECANISMES DES DESORDRES
• Sols finsAspect de la sensibilité à l’eau mal prise en compte dans les terrassements vue essentiellement par rapport à la traficabilitéterrassements, vue essentiellement par rapport à la traficabilité
Matériaux compactés côté sec� Imbibition� Gonflement zones peu chargées
Effondrement zones fortement chargéesDistorsion de cisaillement au voisinage des talusHétérogénéité déformations différentiellesModifications caractéristiques mécaniques υ C, ϕ
• Matériaux rocheux évolutifs Changement de granulométrie conduit également à une
i ti d lvariation de volume
Titr
e
MECANISMES DES DESORDRES
DRAIN
TN
TALUS
TN
FISSURATIONFISSURATION
GONFLEMENT
EFFONDREMENT POSSIBLE
DISTORSION
Titr
e
MISE EN ŒUVRE COTE SEC
• Conduit à un risque - de gonflement en partie supérieure
- d’effondrement en partie inférieure
• Nécessité de mise en œuvre coté humide avec traitementpour garantir Portance et caractéristiques mécaniquesp g q q
Titr
e
CONDUITE DES ETUDES
Matériaux caractérisé pour terrassements par paramètres de nature etd’ét td’état.
Plasticité significatif des risques avec paramètres d’évolution : fragmentabilité et dégradabilité
En général :gArgiles et marnes sensibles gonflement et effondrementcraies très sensibles effondrement
En complément :- mesure gonflement à l'immersion lors de IPI - CBR
- essai oedométrique spécifique pour sensibilité à l’imbibition différée
- à pratiquer également sur sols traités
Titr
e
Charge axiale sv (kPa)
10 100-2
1000
Gonflement0
2dh/h
%
4Sol compacté
ssem
ent
d
6
8Sol compacté
et imbibé
Ta
Effondrement
10
et imbibé
Essai oedométrique avec imbibition
Titr
e
Essai oedométrique avec imbibition
CONSEQUENCES POUR LA CONCEPTION DES OUVRAGESDES OUVRAGES
Contrôle des migrations de l'eau. matelas anticapillaire base remblais. assainissement
Eviter les hétérogénéités de matériaux Zonage
Noyau sous chausséese > 10 m pour H = 20 m)Encagement par carapace(permet d'optimiser le volume des sols traités)
EXECUTION
Côté humide, au moins à teneur eau maximale de traficabilité, encherchant à atteindre le matelassage
Titr
e
sous l'énergie de compactage optimale
NOYAU
REMBLAI
RECHARGESRECHARGESAVAL
Structure à noyauStructure à noyau
REMBLAI
EPAULEMENT
Titr
e 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,
� et les énergies de compactage à mettre en œuvre àdifférents niveaux
Titr
e
POUR UNE LIGNE FERROVIAIRE A GRANDE VTESSELA 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
Sol rocheux de classe R31 à R34 conduisant après extraction à un sol- Sol rocheux de classe R31 à R34 conduisant après extraction à un solA2/A3 (plus de 35 % de fines et IP 12 à 40)
Titr
e
Classement GTR du tronçon B3
Géologie GTR % Réemploi possible
25%
Formations de couverture Remblai courant Couche de
t ti /PST b dAltération jurassique (41, 42) A1-A2-A3 à A4
Quaternaire25% protection/PST base de
remblai en TT
Altération jurassique (41, 42) A1 A2 A3 à A4
Altération lias (40) A2
Altération marnes, calcaires A2 à A4
Jurassique Remblai courantpurge /PSTZI/ZHZI/ZHCdF (si LA + MDE < 60)
Calcaire du Sequanien R21 (karst)
R21 < LA < 6112 < MDE < 46
Secondaire 20%
12 < MDE < 4660 < LA + MDE < 80gélif
Calcaire Rauracien R2132 < LA < 42
Purges/PSTZI/ZH et CdF32 < LA < 42
18 < LA < 24LA + MDE < 60/65 non gélif
ZI/ZH et CdF
Titr
e
Classement GTR du tronçon B3
Lias Argile du Toarcien (11) A2 Remblai courant g ( )
4%
Marnes du Toarcien (12) Impropres
Marnes bleues du Lotharingien (14)
Calcaire à gryphées (10)
A2 à A3 Impropres (gonflement)
Remblai courantCalcaire à gryphées (10) Remblai courant
Trias
50%Marnes et grès du Rhétien (17.1 – 17.2)
A2 à A3 Remblai ou TT pour couche de protection du PST et base de remblai
Marnes irisées supérieures (18.1) A1 à A3 Remblai courant
Dolomies moellon (18.2) Remblai courant ou dépôt
Marnes irisées inférieures (18 5) A1 à A3 Remblai courant avecMarnes irisées inférieures (18.5) A1 à A3 Remblai courant avec encagement
Argiles à lignite (18.1) A3/A4 (très plastique) Très plastique : impropre
Calcaire Coquillier (19 3) A1/A2 à R34 Remblai ZI/ZH – purgeCalcaire Coquillier (19.3) A1/A2 à R34calcaire 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
Titr
e
LE TRAITEMENT A LA CHAUX OU AU LIANT HYDRAULIQUE
A permis pour les remblais :
AU LIANT HYDRAULIQUE
En surface : de bloquer le gonflement
En talus : d’assurer la stabilitéEn talus : d assurer la stabilité
A la base : d’éviter la succion dans les zones humides et de garantir tout effondrement effondrement
pour les déblais :
De bloquer le gonflement de l’arase.
Avec éventuellement une :
-Fragmentation dmax < 250 mm – passant à 2 mm > 30 %
H d
Titr
e
- Humidication
Titr
e
LIMITATION DU GONFLEMENT
Gonflement CBRi sur Type de gonflement Dispositions proposéesGonflement 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 H mification po r obtenir S < 5% o traitement si10 % > S ≥ 5% Douteux Humification pour obtenir S < 5% ou traitement si matériau apte – Sinon mise en dépôt.
S ≥ 10 % Inapte Mise en dépôt
Titr
e
•Remblais en matériaux marneux de plus 5 m de hauteur
Situation en Nature des matériauxAppellation couche profondeur par
rapport à l’araseConditions de mise
en œuvre•Rôle particulier
w ≥ 0 9 w Portance -InsensibilitéCouche de protection
traitée0 à - 3 m
w final ≥ 0.9 w OPNFragmentation
Traitement pulvimixeurCompactage qualité q4
Portance -InsensibilitéApporter une
contrainte s’opposant au gonflement
Remblai courant suivant les
conditions GTR - 3 à - 10 m
w final ≥ 0.9 w OPNFragmentation
Traitement éventuel à la charrue
Compactage qualité q4
Remblai traité - 10 à - 15 m
w final ≥ 0.9 w OPNFragmentation
Eviter le risque d’effondrement et de
Remblai traité 10 à 15 mTraitement charrue
Compactage qualité q4création de pression
interstitielle
w final ≥ 0.9 w OPN Eviter le risque
Remblai traité > à 15 m
final OPNFragmentation
Traitement pulvimixeurCompactage qualité q3
qd’effondrement et de création de pression
interstitielle
Titr
e
LES ETUDES DE TRAITEMENT ONT CONDUIT AUX SOLUTIONS SUIVANTES
- 0.5 à 2 % de chaux
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
é é à é. Marnes irisées inférieures : D 383 : 280 000 m3, classes A1 à A3 (présence de gypse).
M i i é é i D 367 285 000 3 R31 à R34 A1 à A3. Marnes irisées supérieures : D 367 : 285 000 m3, R31 à R34 A1 à A3
Titr
e
Titr
e
Secteurs 2 et 3 - Répartition des classes GTR de la formation 18.5Marnes irisées inférieures
A1
B62%
R316%
A12%
A312%
A44%
2%
A1
A2
A3
A274%
A3
A4
B6
R31
74%
Secteurs 2 et 3 - Répartition des teneurs en eau de la formation 18.5Marnes irisées inférieures
16%
18%
20%
8%
10%
12%
14%
0%
2%
4%
6%
Titr
e
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
Secteurs 2 et 3 - Répartition des classes GTR de la formation 18.1Marnes irisées supérieures
A120%
R334%
R341%R32
3%R313%
A319%
A1
A2
A3
R33
R34
A250%
R34
Secteurs 2 et 3 - Répartition des teneurs en eau de la formation 18.1Marnes irisées supérieures
14%
8%
10%
12%
2%
4%
6%
Titr
e
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
Amélioration des caractéristiques mécaniques avec un dosage de 2% de CaO- Amélioration des caractéristiques mécaniques avec un dosage de 2% de CaO.
Titr
e
ECONOMIE DE MISE EN DEPOT DE 20 % DE L’ENSEMBLE DES DEBLAIS
Réutilisation analysée du point de vue des conditions d’extraction et de mise
L ENSEMBLE DES DEBLAIS
Réutilisation analysée du point de vue des conditions d extraction et de miseen œuvre
mais également adaptée à la sensibilité des matériaux et à la zone de réutilisationg p
Objectifs du traitement :
- Blocage potentiel de gonflement
- Maitrise de la sensibilité à l’eau
- Amélioration des caractéristiques mécaniques
A éli ti d l t PST t l i l ti d h ti- Amélioration de la portance pour PST et la circulation de chantier
Titr
eTi
tre