Remblais en zones humides et/ou inondables Conséquences de l inondation du remblai du CER Rouen

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1 Remblais en zones humides et/ou inondables Conséquences de l inondation du remblai du CER Rouen Valéry Ferber LCPC

2 Sommaire Objectifs Tassements induits par l humidification des sols fins compactés Conception et instrumentation de l expérimentation Propriétés hydromécaniques du limon A28 Conséquences des inondations du remblai Trois questions Conclusions

3 Objectifs Limiter les emprunts pour la constitution des bases de remblai en ZI/ZH Apporter des éléments pour une rationalisation de la conception Prévoir les mouvements d eau (remontées capillaires, transferts sous charge hydraulique) Estimer les risques de tassement

4 -1- Tassements induits par l humidification des sols fins compactés

5 La base des remblais H Contrainte fonction de H (10 m 200 kpa) Humidification potentielle à court (inondation) ou long terme (infiltration)

6 Humidification sous contrainte - Limon Influence de l état initial 1,2 Indice des vides 1 0,8 0,6 σ verticale 100 kpa w i = 13,4 % w i = 18,1 % 0,4 0,4 0,6 0,8 1 1,2 Indice des vides initial

7 Organisation des particules à l échelle microscopique

8 Humidification sous contrainte - Limon Influence de la contrainte verticale Indice des vides 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0 Essais d humidification Courbe oedométrique Contrainte verticale (kpa)

9 Conclusion pour les bases de remblais Pour les sols peu plastiques : Critères de compactage adaptables Remblais de grande hauteur? Remblais de ZI/ZH? Nécessité d une confrontation à des ouvrages

10 -2- Conception et instrumentation de l expérimentation

11 Idées conductrices Remblai de hauteur limitée Base de remblai mal compactée Instrumentation couplant état hydrique et déformation Différencier cas ZI et cas ZH

12 Phases de l expérimentation Construction 1 ère Inondation Saturation base drainante (ZH) : 4/1/2006 Inondation (ZI) : 7/2/ m Vidange : 18/2/ ème Inondation (18/10/2006)

13 Construction

14 Matériaux Limon A28 I P ~ 12,1 C 80µm ~ 97 % w OPN ~ 14,5 % - ρ d,opn ~1,85 g/cm 3 Limon sableux SNEC I P = 8,6 C 80µm ~ 40 % w OPN ~ 12,5 % - ρ d,opn ~1,92 g/cm 3

15 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% Teneur en eau Limon sableux SNEC (couches 6 à 15) Limon A28 (couches 1 à 5) < 9 % 9-10 % % % % % % % % % % % % Intervalles de teneur en eau 200 w OPN = 14,5 % Teneur en eau (%) Fréquence Hauteur (cm)

16 Profil de masse volumique sèche 550 Masse volumique sèche (g/cm 3 ) 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 1,7 1,8 1,9 2 2,1 Hauteur (cm) GPV Double-sonde OPN 90 % OPN Limon SNEC % OPN LP 3 LP 2 1 Limon A28 0

17 Instrumentation Disposition générale Sonde TDR (w) Equitensiomètre (succion) Boucle hyperfréquence (w) Capteur température Capteur déplacement horizontal Capteur déplacement vertical H =60 cm H =30 cm Lit de pose 03 Lit de pose Base drainante Lit de pose 03 Lit de pose Base drainante 5 m 4 m 3 m 2 m 1 m 5 m 4 m 3 m 2 m 1 m

18 Autres méthodes Tomographie de résistivité électrique Station météorologique

19 -3- Quelques propriétés hydro-mécaniques du limon A28

20 Courbe de rétention Limon A28 Succion (kpa) ?? ρ d = 1,45 t/m 3 ρ d = 1,85 t/m Hauteur (cm) 1 w OPN 10 0,1 ts s m h h Teneur en eau (%) th 1 h w w Saturation de la base drainante Inondation sur 1 mètre

21 Synthèse 0,8 80 % ρ d,opn 0,75 0,7 85 % ρ d,opn Indice des vides 0,65 0,6 0,55 90 % ρ d,opn 0,5 95 % ρ d,opn 0,45 0,4 oedo saturé 100 % ρ d,opn oedo non saturé (s=100 kpa) Inondation en oedo Contrainte verticale (kpa)

22 -4- Conséquences des inondations du remblai

23 Charge hydraulique Zoom 1 ère inondation

24 Suivi des teneurs en eau

25 Suivi des déplacements verticaux

26 -5- Trois questions

27 Question n 1 Où passe l eau lors de l inondation?

28 Hypothèse initiale 1 Sonde TDR 2 Perméabilité supposée : 10-7 m/s Cheminement 1 : 1157 jours Cheminement 2 : 11 jours pour 10 cm de hauteur

29 Détail du suivi des sondes TDR

30 Interprétation proposée 1 ère partie de trajet : Interface entre couches compactées ou base drainante 2 ème partie de trajet : Transfert dans le sol compacté

31 Question n 2 Remontées capillaires : combien? Pouvait-on le prévoir?

32 Profils de teneur en eau 1,6 1,4 Courbe de retention Limon A28 1,2 H (m) 1 0,8 Avant inondation Après saturation base drainante Inondation 1 mètre 0,6 Après vidange 1ère inondation Max 2ème Inondation 0,4 0,2? Après vidange 2ème Inondation 0 25% 30% 35% 40% Teneur en eau volumique

33 Evolution du front de saturation au cours des inondations Capteurs déplacement vertical Sondes TDR Cote maximale des fronts de saturation en fin de 120 cm 1D2 110 cm 3W cm 2 ème inondation 90 cm 80 cm 1D9 2W9 70 cm 1 ère inondation 60 cm 50 cm 40 cm 0D6 0D1 1W6 Sommet 1 ère couche 30 cm 20 cm 0D21 1W5 10 cm 1W4 Saturation base drainante 0 cm 0W1

34 Question n 3 Tassements dus à l inondation : Combien? Pouvait-on le prévoir?

35 Déformations observées

36 Profil vertical final Masse volumique sèche (g/cm 3 ) Taux de compactage 3,4 1,3 1,4 1,5 1,6 1,7 1,8 1,9 2 3,4 70% 80% 90% 100% 110% 3,5 3,5 Prof (m) 3,6 3,7 3,8 3,9 4,0 4,1 4,2 4,3 4,4 Passée sableuse Oedomètre sat. Après compactage Banc gamma Prof (m) 3,6 3,7 3,8 3,9 4,0 4,1 4,2 4,3 4,4 Oedomètre sat. Après compactage Bc gamma Carottes 92 % OPN 95 % OPN 4,5 4,5 4,6 4,7 4,8 4,9 5,0 Passée limoneuse 4,6 4,7 4,8 4,9 5,0 5,1 5,1 5,2 5,2 Essai inondation oedo

37 En résumé Tassement avant saturation 60 mm (maximum prévu : 30 mm) Saturation base drainante Front de saturation : cm Tassement : 2-3 mm 1 ère inondation (1 m en moyenne) Front de saturation : ~70 cm Tassement induit : 3-5 mm 2 ème inondation (1,4 m en moyenne) Front de saturation : ~ 1 m Tassement induit : 2-7 mm Tassement dû à l inondation 7-15 mm (maximum prévu : 70 mm)

38 Conclusions Importance de l expérimentation en vraie grandeur Evaluation de la méthodologie de prévision des tassements Prévision raisonnable du tassement total Prévision délicate du tassement après construction et dû à l inondation Prévisions pessimistes Courbe de rétention et remontées capillaires Utilisation de sols fins non traités en bases de remblais ZI? Quid des sols grossiers? Autre point majeur : le risque d érosion

39 Suites possibles Courbe de rétention entre 0 et 10 kpa Influence du traitement sur le comportement (remontées capillaires, perméabilité non saturée, tassements) Investigations dans des remblais de ZH/ZI construits en sols sensibles Modélisation physique en centrifugeuse pour les sols grossiers

40 Modélisation numérique Evolution des déplacements verticaux Déformations volumiques plastiques dans la base du remblai (fin d inondation) Vertical displacement (m) Displacements top of A28 layer top of SNEC layer Time from 1st inundation (days)