Voies de circulation et fondations : derniers développements M. Khay (CER CETE Normandie Centre) H. Giraud (SNCF) Voies de circulation et ouvrages hydrauliques Retour Sommaire
Voies de circulation et fondations :Derniers développements M.Khay CER CETE Normandie Centre Le Grand- Quevilly France H.Giraud Société Nationale des Chemins de Fer SNCF Paris - France Résumé Cette communication présente les derniers développements techniques et scientifiques ainsi que les enseignements tirés des communications présentées à la 7 ème conférence internationale sur les géosynthétique tenue en septembre 2002 à Nice en France dans le domaine des voies de circulation et des fondations. Mots clés : Routes, voies de circulation, fondations, géosynthétiques Abstract (Trafficked areas and foundations Recent developments) This paper presents the recent technical developments and lessons learned from the 7 th International Conference on Geosynthetics held on September, 2002 at Nice in France in the field of trafficked areas and foundations structures. Key-Words : Roads, trafficked areas, foundations, geosynthetics. 1. Introduction Le domaine examiné dans cette présentation concerne les applications des géosynthétiques dans les routes, les zones de circulation, les plate-formes et les fondations sur la base des communications présentées à la 7 ème conférence internationales sur les géosynthétiques de Nice. Les voies de circulations et les fondations peuvent être considérées comme un des domaines d applications importantes des géosynthétiques. Le rôle des géosynthétiques dans ces ouvrages fait appel principalement à leur fonction séparation, filtration et renforcement. D autres fonctions peuvent y être associées comme le drainage ou l étanchéité. A l exception de certains ouvrages spécialisés, en particulier dans le domaine des travaux de fondation, la plupart de ces ouvrages sont des ouvrages courants. L intérêt technique et économique de l emploi des géosynthétiques dans ces applications n est plus à démontrer. Néanmoins, des problématiques scientifiques et techniques connues restent toujours posées et continuent à faire l objet des travaux de recherche. Peu de développements nouveaux ont été recensés. Les travaux présentés ont porté principalement sur le fonctionnement mécanique et hydraulique du système sol-géosynthétique, la méthode de dimensionnement des structures comportant des géosynthétiques et leur durabilité à la mise en œuvre et en service dans ces ouvrages. La solution géosynthétique est généralement étudiée comme solution alternative à des structures traditionnelles et plus souvent encore comme dispositif d aide au bon fonctionnement de la structure. La proportion importante des communications concernant l utilisation des géocomposites intégrant plusieurs fonctions dans un même produit dans ces 175
ouvrages semble indiquer un axe de développement nouveau. 2. Voies de circulation 2.1. Renforcement mécanique Le rôle de renforcement mécanique des couches de la plate forme ne se pose plus dans les mêmes termes. L effet de renforcement dans les structures de voie de circulation n existe pas d une façon générale mais seulement sous certaines conditions de déformation et d interface. Ceci n est pas nouveau et montre le grand intérêt des études entreprises sur les structures soumises aux chargements répétés ou dynamiques (routes et plate forme ferroviaire). L emploi des géosynthétiques permet d améliorer efficacement le comportement en déformation de ces structures, en particulier, dans le cas des plate-formes ferroviaires. Dans le domaine routier, les études sur le renforcement par nappe bidimensionnelle (géotextiles, géogrille, géocomposite et en mono nappe ou multinappe) n ont pas permis de dégager des résultats facilement généralisables, en particulier en terme d allongement de la durée de vie, d orniérage de surface ou du gain économique sur l épaisseur de la couche de grave [C.G.Jenner et al.]. Dans le domaine des plate formes ferroviaires et de l entretien de la couche de ballast, les études donnent des résultats plus concluants en particulier avec le renforcement bidimensionnel et tridimensionnel (micro renforcement, géosynthétique alvéolaire, géosynthétique à performances élevées) qui permet d améliorer le comportement en déformation de la structure par dissipation de la contrainte de surface. Plusieurs cas d études intéressantes ont été présentés [E.S.Ashpiz et al. ; B.Indraratna et al., C.T.Gnanendran et al., Q.Luo et al.; A.Nancey et al ; Q.Su et al. ; K.Yasuhara et al.]). Dans le domaine des méthodes de dimensionnement des structures de voies avec des renforcements, la méthode CBR est toujours d actualité (formule de Giroud et Noiray) mais il a été montré que le coefficient de réduction de 1/3 proposé pour l épaisseur de la couche renforcé n est pas généralisable [C.G.Jenner et al.]. Il n y a cependant pas de nouvelles propositions. Dans le domaine des chaussées, le renforcement des couches de roulement en protection contre les remontées de fissures présente un intérêt technique renouvelé. Les études se sont beaucoup orientées vers l emploi des géogrilles et des géosynthétiques à base de fibres de verre et des géocomposites. Les résultats sont restés encore au niveau méthodologique. Il est montré que la raideur des géosynthétiques et les conditions d interface comme l imprégnation de collage sont des paramètres dimensionnants [I.L.Al-Qadi et al. ; S.D.Cho et al. ; Z.Guo et al. ; R.G.Lugmar et al ; Z- G Zhou et al]. 2.2. Durabilité Ce point a été étudié en terme d endommagement mécanique du géosynthétique ou de dégradation de leurs caractéristiques mécaniques à la mise en œuvre et en service. Un état de l art très complet a été présenté par A.Watn et S-H Chew. Des résultats intéressants concernant les caractéristiques mécaniques ou hydrauliques résiduelles des géogrilles (C.G.Jenner et al) et des géotextiles (A.Nancey et al ; E.S.Ashpiz et al.) dans les structures ferrovaires ont été présentés. L endommagement mécanique des géosynthétiques survient principalement à la mise en œuvre et se stabilise ensuite en fonctionnement de service (recul à 5 et 10 ans). Il se traduit par une diminution de la résistance à la traction et de l allongement à l effort maximal. Le taux d endommagement observé reste à des niveaux habituels. La question générale de l endommagement des géosynthétiques à la mise en œuvre a fait l objet d un grand nombre d études et à l élaboration de spécifications techniques au cours de ces dernières années. Ce point concerne particulièrement le domaine des voies de circulation et des ouvrages renforcés. Ce développement a permis, dans certains pays, la mise au point des spécifications 176
techniques pour l emploi des géotextiles en séparation et en filtration dans les voies et les zones de circulation. Le concept d énergie de déformation en relation avec les caractéristiques de résistance et d allongement du géotextile a été retenu pour cette application. Il est acquis que les géotextiles à énergie de déformation élevée sont les plus aptes à l emploi en séparation dans les ouvrages de voies et de zone de circulation. Sur ce principe, des spécifications techniques des pays nordiques, allemandes sont déjà publiées [G.Eiksund et al. ; W.Wilmers et al.]. En France, un projet de recommandation a été élaboré. Les paramètres d entrée sont la nature et l agressivité du sol support, la nature et l agressivité du matériau de la couche de recouvrement, l épaisseur de la couche de matériau de recouvrement, les conditions de trafic et le niveau de service retenu. Les géotextiles sont caractérisés par leur résistance à la traction et leur allongement. Ils sont classés en fonction de leur niveau d énergie de déformation donnée par le demi-produit de la résistance à la rupture par l allongement à l effort maximal, caractéristiques obtenues à l essai de traction-allongement. D une manière plus générale, il semble que les préoccupations techniques sont orientées vers le domaine de la réhabilitation et de l entretien des ouvrages avec des indicateurs de performances technico-économiques globales car il est bien difficile d isoler l apport des géosynthétiques sur les caractéristiques de la structure telles que la portance ou le module. 3. Fondations Pour ces ouvrages, la problématique technique concerne le mécanisme de renforcement de la structure et la déformabilité de l ouvrage. Il n est pas décelé de développements nouveaux dans ce domaine. Les études sont consacrées à l évaluation de la capacité portante et à la prévision de la déformation sous sollicitation. Dans une structure bicouche et sur sol peu porteur, l apport du renforcement par géosynthétique est intéressante pour des domaines de déformation relativement élevée et n est pas clairement démontré en terme de module de la structure (idem voies de circulation, cf 2 -) (K.Pospisil et al.). Dans une structure de type remblai, le module de la structure renforcée est amélioré et est fonction du taux de renforcement en géosynthétique [K.Pospisil et al ; E.C.Shin et al ; Q.Su et al. ; K.Yasuhara et al.]. En fondation superficielle sous semelle filante, le renforcement améliore peu la capacité portante de la fondation mais contribue essentiellement à éviter un poinçonnement brutal en cas de dépassement de la capacité portante critique [E.Haza et al.]. D autres contributions ont porté sur la prévision de la déformation et du tassement d une fondation renforcée de type mur cellulaire [M.T.Adam et al.] ou d une fondation profonde par colonne de sol traité [E.Ogisako]. Un exemple de réalisation de culée porteuse permanente d un pont routier est présenté [A.Hérold]. L ouvrage se comporte bien après un an de service. A noter, toutefois, que l ouvrage est de faible hauteur (2,70 m) et que, en France, cette application n est pas autorisée pour des ouvrages permanents. 4. Comportement hydrodynamique de la structure L approche générale sur ce plan est de montrer que l emploi du géosynthétique, par son rôle de séparation, de filtration, de drainage ou d étanchéité permet d améliorer l état hydrique de la couche de la structure de voie (remblai routier, plate forme ferroviaire) sensible vis à vis de l eau. Cette amélioration contribue ainsi au maintien ou à l amélioration des performances mécaniques globales de la structure et donc à l allongement de sa durée de vie. Les points marquants dans ces études portent sur la mise en oeuvre d outils expérimentaux et de méthodologies d études relativement conséquents (installation d essais de chargement, section expérimentale) et sur des concepts de structure avec des produits géosynthétiques performants (masse surfacique, résistance élevées) ou possédant des fonctions combinées (géocomposites). Sur ce point, il est montré que l amélioration des caractéristiques du sol support sous le corps de chaussée par drainage reste difficile compte tenu des conditions hydriques (conditions non saturées) qui règnent dans les structures de chaussées, en particulier en terme de succion. L emploi des géocomposites à l interface couche de base / sol 177
support ou ballast / remblai donne des résultats meilleurs par rapport à l emploi d un géotextile simple de séparation et en tout cas plus avantageux que la solution traditionnelle avec une couche de sable et une couche de graviers [K.S. Henry et al. ; R.N.Tebay et al.]. Les résultats ne sont cependant pas encore concluants dans le cas de drainage interne dans les structures de routes à faible trafic avec un géotextile bi-composant [L.K.Korkiala-Tanttu et al.]. L intérêt de l emploi des géosynthétiques dans les structures ferroviaires confirme également le grand intérêt technique et économique de l emploi des géosynthétiques permettant de limiter l infiltration d eau dans la structure et sa déformation [G.Langley et al. ; E.S.Ashpiz et al ; B.Indraratna et al ; A.Nancey et al ; C.B.Redman et al.]. 5. Conclusions L application des géosynthétiques dans le domaine des voies de circulation et des fondations présente peu de développements nouveaux. On peut retenir les nouveaux développements dans l utilisation des géocomposites à plusieurs fonctions combinées et des géotextiles ou des géogrilles performantes dans les structures routières et des plate formes ferrovaires. Des résultats de mesures très intéressants issus des essais sur des structures instrumentées sont également à noter. Enfin, en application séparation-filtration dans les ouvrages courants, le concept d énergie de déformation du géotextile est acquis. 6. Bibliographie M.T. ADAMS, C.P. LILLIS, J.T.H.WU, K.KETCHART, Vegas GRS mini pier experiment and the postulate of zero volume change, pp. 389-394 I.L.AL-QADI, M.A.ELSEIFI, Analytical modelling and field performance testing of geocomposite membrane in flexible pavement systems, pp.907-912 E.S.ASHPIZ, R.DIEDERICH, C.KOSLOWSKI, The use of spunbonded geotextile in railway track renewal St.Peterburg- Moscou, pp.1173-1176 S.D.CHO, D.Y.LEE, S.K.HAN, N.H.KIM, T.B.AHN, The effect of glass-sheet reinforcement on crack resistance of asphalt concrete, pp.917-920 G.EIKSUND, A.WATN, H.RATHMAYER, NorGeoSpec, a proposed system for specification and control of geotextile for separation and filtrationin roads in the Nordic countries, pp.1375-1378 C.T.GNANENDRAN, S.TOAL, S-C.R.LO, Use of fibre reinforced crushed building demolition waste in road construction, pp.1245-1248 Z.GUO, Y.HUANG, C.CHEN, Research on the mechanical performance of the asphalt concrete reinforced with geosynthetics, pp. 927-930 E. HAZA, J.GARNIER, Th.DUBREUCQ, Shallow foundation on geotextile-reinforced soil : a centrifuge model study, pp. 399-402 K.S.HENRY, J.C.STORMONT, L.A.BARNA, R.D.RAMOS, Geocomposite capillary barrier drain for unsaturated drainage of pavements, pp. 877-880 A.HEROLD, The first permanent road-bridge abutment in Germany built of geosynthtetic-reinforced earth, pp.403-408 B.INDRARATNA, W.SALIM, D.CHRISTIE, Improvement of recycled ballast using geosynthetics, pp.1177-1182 L.K.KORKIALA-TANTTU, H.G.RATHMAYER, H.KANGAS, Performance evaluationof a bi-component geotextile in accelerated pavement test, pp. 885-888 C.JENNER, M.NIMMESGERN, Geogrid reinforced railway embankment Excavation after ten years of loading, pp. 881-884 C.G.JENNER, G.R.A.WATTS, D.I.BLACKMAN, Trafficking of reinforced, unpaved subbases over a controlled subgrade, pp.931-934 G.LANGLEY, B.BREUL, E.SELIG, J.HYSLIP, Protecting railway sub-grade with a reinforced bituminous geomembrane, pp, 889-892 Q.LUO, Y.CAI, X.CAO, Dynamic model test of express railway subgrades reinforced with geocells, pp.893-896 R.G.LUGMAYR, E.K.TSCHEGG, J.WEISSENBOCK, The use of geosynthetics in paving applications-factors influencing the reflective cracking, pp.935-938 A.NANCEY, B.IMBERT, Thick and abrasion resistant geotextile for use under the ballast in railway structure, pp.1191-1194 E.OGISAKO, Estimation of settlement of ground using geogrid and deep mixing soil stabilization, pp. 413-418 K.POSPISIL, P.ZEDNIK, Geosynthetics impact recognition on soil bearing capacity in the Geotechnical Laboratory Testing Field, pp. 419-421 178
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