DANS LA CONSTRUCTION DE LA LIGNE FERROVIAIRE A GRANDE VITESSE RHIN-RHONE. -L expérience dans le réemploi des matériaux évolutifs

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1 LE REEMPLOI DES MATERIAUX MARNEUX DANS LA CONSTRUCTION DE LA LIGNE FERROVIAIRE A GRANDE VITESSE RHIN-RHONE Yves GUERPILLON - Présentation de l opération -L expérience dans le réemploi des matériaux évolutifs - 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 + Lyon Turin

2 La Branche Est Phasage longitudinal 142 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 VESOUL Base travaux de Villersexel Le tronçon B LOT B3 (37 km) RD 9 HAUTE-SAONE (70) RD 486 / RD 50 LOT B1 (20 km) Viaduc de l Ognon amont (lot B3) Viaduc de Corcelles (lot B4) RN 57 Viaduc de la Buthiers (lot B1) Viaduc de la Linotte (lot B2) Viaduc de la Quenoche (lot B2) MONTBELIARD DOUBS (25) BESANÇON Viaduc de l Ognon Moyen (lot B1) LGV RHIN RHÔNE BRANCHE EST TRONÇON B

3 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) Voies Rétablies :1 RN, 21RD RD, 33 VC, CR et tce, 15 cours d eau 6 Viaducs (de 89 à 445 m), 76 ouvrages 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 3dedépôts dépôts 23 KM de piste et un ouvrage d art provisoire 11 Passages grande faune La Base travaux à VILLERSEXEL SPECIFICITES D UN PROJET LGV Vitesse de conception : 350 km/h Tracé très tendu Rayon supérieur à m Profil en long Pente faible < 35 Largeur plate-forme 13 m 90 Plate-forme ferroviaire «indéformable et homogène»

4 LE CONTEXTE GEOLOGIQUE DU TRONCON B Projet situé dans les terrains jurassiques jusqu à l Ognon à Thieffrans/Tressandans, puis dans les Trias/Lias A l ouest de l Ognon Calcaires jurassiques supérieurs avec présence d argile à Chailles A l est de l Ognon Trias/lias pré-jurassien En fond de vallon : alluvions récentes et colluvions Les difficultés principales Les karsts Le réemploi Les sols compressibles Les stabilités de déblai Pérennité de la LGV Ressource en eau L allotissement Un projet de terrassement : 30 M m 3 remués VORAY ORMENANS LINOTTE OGNON AMONT SAULNOT PK 0 PK 20,700 PK 31,700 Trias Lias Keuper PK 56,700 Calcaire jurassique Très mauvaise qualité Qualité moyenne autonome Déficitaire en matériaux spécifique Calcaire jurassique Qualité bonne excédentaire en bon matériaux

5 LE CONTEXTE GEOLOGIQUE DU TRONCON B3 1 coupure principale : - franchissement de l Ognon à Tressandans Sur les 14 km à l ouest Les calcaires Rauracien et Séquanien, plus ou moins faillés PK34 au PK46 Passage des marnes du Toarcien (lias supérieur) aux argiles à lignites (base du Trias): 8 faciès différents Du PK46 à PK 57 Terrain argiles à lignites it aux calcaires à gryphées LES MATERIAUX MARNEUX Le Lias : marneux en général, qualité médiocre Risque de schiste carton Argiles toarcien, marnes toarcien, calcaire gryphé, marne bleue Le Trias Le Rhétien (marne de Levallois, grès du Rhétien) Le Keuper (dolomie Moellon, marnes irisées supérieures, marnes irisées inférieures Trias moyen (argile à lignite, calcaire coquiller, marnes ondulées du Muchelkalk, grès coquiller)

6 BILAN QUANTITATIF DU B3 Besoins en m3 Ressources Les grands chiffres Couche de forme Emprunt D222 Déblai 10 millions de m3 ZI/ZH/masque, bloc technique, ouche de forme Déblais + emprunt Emprunt m3 PST et purge Remblai t+ emprunt Remblai 6.7 millions de m3 Remblais grande hauteur/courant Déblais Aménagement paysager 2.1 millions de m3 Aménagements paysagers/impacts Déblais (impropres) Dépôts 1.52 millions de m3 Total Emprunt D222 LE MOUVEMENT DES TERRES DU B3 Les préoccupations p majeures : La caractérisation des matériaux Le réemploi des matériaux (présence gypse) et sensibilité au gonflement L aptitude au traitement Les enjeux : Autonomie (emprunt + 37 km) Transport : piste de chantier Dépôts (1,5 millions de m3) Prise en compte de l environnement Prise en compte du milieu humain Interface paysage : modelage

7 REMBLAIS EN MATERIAUX EVOLUTIFS 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 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 fissuration longitudinale densification - tassement déformations et glissements de talus

8 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 Une évolution des «blocs» au sein d une structure discontinue en fonction de leur dégradabilité. Une évolution de la matrice plus ou moins argileuse sous l effet des modifications des contraintes et de la succion (fonction du degré de saturation).

9 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 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 C, ϕ Matériaux rocheux évolutifs Changement de granulométrie conduit également à une variation de volume MECANISMES DES DESORDRES DRAIN TN TALUS FISSURATION GONFLEMENT DISTORSION EFFONDREMENT POSSIBLE

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11 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 traitement pour garantir Portance et caractéristiques mécaniques CONDUITE DES ETUDES Matériaux caractérisé pour terrassements par paramètres de nature et d état. t Plasticité significatif des risques avec paramètres d évolution : fragmentabilité et dégradabilité En 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 - à pratiquer également sur sols traités

12 Charge axiale sv (kpa) Gonflement ssement dh/h % Ta Sol compacté Effondrement Sol compacté et imbibé 10 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 Côté humide, au moins à teneur eau maximale de traficabilité, en cherchant à atteindre le matelassage sous l'énergie de compactage optimale

13 NOYAU REMBLAI RECHARGES AVAL Structure à noyau REMBLAI 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, et les énergies de compactage à mettre en œuvre à différents niveaux

14 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 - 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 % Réemploi possible Quaternaire Formations de couverture Altération jurassique (41, 42) Altération lias (40) A1-A2-A3 A2 A3 à A4 A2 Remblai courant Couche de 25% protection/pst ti base de remblai en TT Altération marnes, calcaires A2 à A4 Jurassique Calcaire du Sequanien R21 (karst) R21 < LA < 61 12<MDE<46 < Secondaire 60 < LA + MDE < 80 gélif 20% Calcaire Rauracien R21 32 < LA < < LA < 24 LA + MDE < 60/65 non gélif Remblai courant purge /PST ZI/ZH CdF (si LA + MDE < 60) Purges/PST ZI/ZH et CdF

15 Classement GTR du tronçon B3 Lias Argile du Toarcien (11) A2 Remblai courant Marnes du Toarcien (12) Impropres Marnes bleues du Lotharingien (14) Calcaire à gryphées (10) A2 à A3 4% Impropres (gonflement) Remblai courant Trias Marnes et grès du Rhétien ( ) A2 à A3 50% 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 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 purge calcaire R21 à R33 PST Marnes ondulées du Muschelbalh (19.6) A1/A2 R31 à R34 Impropre pour partie Remblai après TT A permis pour les remblais : En surface : de bloquer le gonflement En talus : d assurer la stabilité LE TRAITEMENT A LA CHAUX OU AU LIANT HYDRAULIQUE 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 % - Humidication

16 LIMITATION DU GONFLEMENT Gonflement CBRi sur Type de gonflement Dispositions proposées matériau naturel S 2% Faible Pas de couche de protection 5% > S > 2% Acceptable Critères contractuels avec couche de protection 10 % > S 5% Douteux Humification pour obtenir S < 5% ou traitement si matériau apte Sinon mise en dépôt. S 10 % Inapte Mise en dépôt

17 Remblais en matériaux marneux de plus 5 m de hauteur Appellation couche Situation en profondeur par rapport à l arase Nature des matériaux Conditions de mise en œuvre Rôle particulier Couche de protection traitée 0 à - 3 m w final 0.9 w OPN Portance -Insensibilité Fragmentation Apporter une Traitement pulvimixeur contrainte s opposant Compactage qualité q4 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 Remblai traité > à 15 m w final 0.9 w OPN Fragmentation Traitement pulvimixeur Compactage qualité q3 Eviter le risque d effondrement et de création de pression interstitielle LES ETUDES DE TRAITEMENT ONT CONDUIT AUX SOLUTIONS SUIVANTES à 2 % de chaux - Ou 1 à 2 % de liant hydraulique le ROC TR :. 30 % CaO, CAS DES MARNES DU KEUPER. 58 % clinker,. 12 % cendres. Marnes irisées inférieures : D 383 : m3, classes A1 à A3 (présence de gypse).. Marnes irisées i supérieures : D 367 : m3, R31 à R34 A1 à A3

18 Secteurs 2 et 3 - Répartition des classes GTR de la formation 18.5 Marnes R31 irisées inférieures 6% B6 2% A1 A4 2% 4% 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% < >40

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21 Secteurs 2 et 3 - Répartition des classes GTR de la formation 18.1 Marnes irisées supérieures R33 R34 R32 4% 1% R313% 3% A1 20% A3 19% A1 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% 0% < >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.

22 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 en œuvre mais également adaptée à la sensibilité des matériaux et à la zone de réutilisation Objectifs du traitement : - Blocage potentiel de gonflement - Maitrise de la sensibilité à l eau - Amélioration des caractéristiques mécaniques - Amélioration de la portance pour PST et la circulation de chantier

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