Sols grossiers renforcés pour ouvrages en site instable

Transcription

1 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

2 Plan Ouvrages de protection contre les risques naturels en montagne : quels problèmes? Quel est l intérêt des ouvrages en sols renforcés? Exemples d applications Utilisation de sols hétérogènes à forte granulométrie dans ces techniques : quels problèmes? Exemples de caractérisation géomécanique du comportement d interface sols grossiers/géosynthétique

3 Réalisation d ouvrages de protection en montagne : un contexte difficile Conditions géotechniques difficiles (instabilités de versants, sols s hétérogènes) Accès difficile faible volume de matériau remblai disponible actions dues aux risques naturels (intensité, aspects dynamiques mal connus) Apport des techniques de renforcement de sols hétérogènes à forte granulométrie? Réalisation d ouvrages déformables Réutilisation de matériaux prélevés sur site Possibilité de respecter les exigences de conception liée à la verticalité v des parements Conditions d exécution adaptées aux contraintes du site (terrassement et compactage)

4 Exemple : barrage de correction torrentielle (1) Stabiliser le profil en long Principes de correction torrentielle Recentrer les écoulements Sans ouvrages Butée de pied avec ouvrages Stabiliser les berges

5 Exemple : barrage de correction torrentielle (2) Description d un ouvrage Poussée de berges Ailes rive droite Corps central

6 Exemple : barrage de correction torrentielle (3) Torrent du Riffol - Roissard - Département de l Isère - Travaux ONF/ RTM 38 Aile rive gauche endommagée à réparer Contraintes Chantier urgent Accès difficile Conditions climatiques Matériau de remblai prelevé sur place (nature argileuse)

7 Exemple : barrage de correction torrentielle (4) Torrent du Riffol - Roissard - Département de l Isère - Travaux ONF/ RTM 38 corps central cuvette déversoir 6,5 m A glissement (rive gauche) Schéma de principe Coupe A-A A Aile rive gauche à reconstituer sol en place (matrice argileuse et blocs) 3 m 0,3 m BSpD45 0,7 m Parement en éléments préfabriqués 4,2 m 0,2 m BS39

8 Exemple : application à un barrage de correction torrentielle(5) Torrent du Riffol - Roissard - Département de l Isère - Travaux ONF/ RTM 38 Terrassement à l aide d une pelle-araignée Approvisionnement du chantier par hélicoptère Mise en place du radier

9 Exemple : ouvrage de protection paravalanche Avalanche de Taconnaz - Les Houches - Département de la Haute Savoie 5 m Endommagement du à une avalanche (02/99) Partie supérieure du tas freineur arrachée ( 2 m) 10 m Tas freineur (massif de sol renforcé avec parement en enrochements bétonnés)

10 Exemple : ouvrage de protection paravalanche Avalanche de Taconnaz - Les Houches - Département de la Haute Savoie 7 7 m 7 m 9 m Exemple d ouvrage rigide endommagé aciers courbés 1,3 m avalanche (02/99) Dent freineuse détruite (en amont du tas freineur) 100 cm 2 d acier / ml

11 Un matériel et une démarche originale pour caractériser le comportement d interface entre sols grossiers et géosynthétique 1000 mm 350 mm Plan de cisaillement boîtier de cisaillement direct 1000 x 1000 mm Vérin effort normal (150 KN) Boîtier démontable Vérin effort horizontal (500 KN)

12 Étude du comportement d interface sols / géosynthétique Essai de frottement sol/sol h h = 32,5 cm déplacement maxi 150 mm Courbe granulométrique "sol Manival" passant (%) ,1 ouverture (mm) 0,01 0,001 Sol dépôt torrentiel «Manival» fraction 0/100 mm C2B5, grains anguleux calcaires et marno-calcaires, matrice limono- argileuse (1430 kg de matériau par point...)

13 Étude du comportement d interface sols / géosynthétique Essai de frottement sol/géotextile h = 32,5 cm Géotextile type BDR 200 collé sur plaque bois déplacement maxi 150 mm

14 Étude du comportement d interface sols/géosynthétique Essai de frottement sol/géogrille plaque rugueuse h = 32,5 cm Géotextile type TSR 110 posé sur sol compacté

15 Étude du comportement d interface sol grossier /géosynthétique τ (Kpa) Cisaillement direct - Torrent du Manival - Fraction 0/100 mm boîte 1000x1000 mm - U = 50 mm Droites de Mohr-Coulomb σ (Kpa) Sol/Sol Sol/géosynthétique BDR 200 Sol/géogrille TSR 110 Droite Sol/sol C = 49,2 Kpa φ = 41,1 C = 54,8 Kpa φ = 27,3 C = 23,4 Kpa φ = 31,4 Comparaison des droites de Mohr-Coulomb

16 Étude du comportement d interface sol «Manival» /géosynthétique Cisaillement direct - boîte 1000 x 1000 mm - σ=50 kpa Torrent du Manival (38) - Fraction 0/100 mm - Energie compactage = 97,9 KJ/m3 - γ = 22,1 KN/m3 - τ (KPa) Sol/sol V= 3mm/mn - w = 5,45% 0% 1% 2% 3% 4% 5% 6% 7% 8% 9% 10% 11% 12% 13% 14% 15% 16% 17% 18% 19% 20% Sol/Sol s = 50 KPa Sol/géosynthétique BDR s = 50 kpa Sol/géogrille TSR s = 50 kpa 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% U/U (%) Comparaison des courbes contraintes-déformations

17 Conclusion De nombreuses applications potentielles de la technique de renforcement de sols en montagne dans le domaine des risques naturels Le comportement géomécanique des sols grossiers et du frottement avec des interfaces reste mal connu Une méthodologie originale mais impliquant d importantes difficultés opératoires La base de travaux futurs en laboratoire et in situ (mesure sur ouvrages)

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

19 Étude du comportement d interface sol «Manival» /géosynthétique Mobilisation du frottement influencé par la rugosité des plaques Tableau 2 : influence des conditions aux limites du boîtier Table 2 : Influence of box limit conditions Configuration boîte plaques lisses plaques rugueuses 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 ) Déplacement Paramètres corrigés U = 50mm ( U/U=5%) ϕ = 41,1 C = 49,2 kpa U = 100mm ( U/U=10%) ϕ = 54 C = 55,7 kpa U = 150mm ( U/U=15%) ϕ = 60,9 C = 60,4 kpa U = 50mm ( U/U=5%) ϕ = 57,7 C =44,4 kpa U = 75mm ( U/U=7,5%) ϕ = 61,7 C = 39,4 kpa U = 100mm ( U/U=10%) ϕ = 63,6 C = 41,7 kpa Influence du déplacement sur la valeur des paramètres mécaniques

20 Étude du comportement d interface sol «Manival» /géosynthétique Tableau 3 : Comparaison des essais de cisaillement sol/sol,sol/géotextile composite et sol/géogrille Table 3 : comparison of soil/soil, soil/composite geotextile and sol/geogrid shear tests (plaques lisses, fraction 0/100 mm du sol "Manival", essais kPa, h = 32.5 cm U = 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 corrigés C = 23,4 kpa C = 54,8 kpa ϕ = 31,4 ϕ = 27,3 C = 49,2 kpa (p.m. C =44,4 kpa plaques rugueuses) ϕ = 41,1 (p.m. ϕ = 57,7 plaques rugueuses) Réduction de c et ϕ Réduction de ϕ Augmentation de c

21 Étude de l influence de la rugosité des plaques - essai de cisaillement direct sol/sol Cisaillement direct - boîte 1000 x 1000 mm - σ= kpa Torrent du Manival (38) - Fraction 0/100 mm - Energie compactage = 97,9 KJ/m3 - w = 5% - γ = 22,1 KN/m 3 plaques lisses σ=75kpa τ (KPa) plaques rugueuses σ=50kpa plaques lisses σ=25kpa plaques rugueuses σ=75kpa 0% 1% 2% 3% 4% 5% 6% 7% 8% 9% 10% 11% 12% 13% 14% 15% 16% 17% 18% 19% 20% Sol/Sol (plaq.lisses) s = 75 KPa Sol/sol (plaq.lisses) s=50kpa Sol/sol (plaq.lisses) s=25kpa Sol/sol (plaq.rug.) s=25kpa Sol/sol (plaq.rug.) s=50kpa Sol/sol (plaq.rug.) s=75kpa plaques rugueuses σ=25kpa plaques lisses σ=50kpa U/U (%) Courbes contraintes-déformations