, après 20 ans d exploitation GEORAIL 2011 - Session 3 Retours d expérience Sébastien HERVE - CETE de l Ouest Pierre FRAQUET - CETE Ouest Jean-Claude AURIOL - IFFSTAR Sébastien HERVE LR Angers Page 1/16
Préambule : les enjeux de Développement Durable des couches de formes traitées limiter le recours aux ressources naturelles granulaires préserver les écosystèmes des sites d'extraction (aquifères, carrières) réduire les quantités de matériaux mis en dépôts par leur valorisation dans le projet réduire les nuisances générées en phase travaux dues aux apports de matériaux (émissions de GES, usure des voiries locales, bruit ) permettre une économie sur le coût des terrassements réaliser des infrastructures plus performantes et durables => valorisation technique et économique d une solution de terrassement performante et intégrant un meilleur respect de l environnement. Sébastien HERVE LR Angers Page 2/16
Amélioration des sols par traitement = technique courante dans le domaine routier pour les couches de forme. Possibilité d intégrer les prescriptions ferroviaires spécifiques des LGV? Arase terrassement Plate-forme support de chaussée Rails Traverse Ballast Assainissement Couche de roulement Sous-couche 0/31,5mm Couche de base Couche de fondation Couche de forme Plate-forme Couche de forme Arase terrassement Partie Supérieure des Terrassements Partie Supérieure des Terrassements Structure type LCPC / SETRA (1994) Référentiel ferroviaire IN 3278 (2006) Des structures types comparables, mais : Durée de vie (50 ans / 100 ans) Pas d intervention en service Moindre protection vis-à-vis des éléments climatiques (infiltration, gel) Sollicitations spécifiques des TGV Sébastien HERVE LR Angers Page 3/16
Référentiels ferroviaires actuels des LGV : IN 3278 - Référentiel Technique pour la réalisation des LGV Partie Génie Civil Tome II LGV «Voyageurs» - Ouvrages en terre (version 22/03/06) «En ce qui concerne les sous-couches et ouvrages en terre, l impact d une intervention sur les circulations justifie que la durée de service doit être au moins centennale» «Les caractéristiques de la couche de forme doivent être pérennes (au sens du GTR). Elle peut participer à la mise hors gel de la PST.» «La proposition d une couche de forme en matériau traité doit obligatoirement être justifiée et comparée avec une solution couche de forme non traitée». (pas de structure avec couche de forme traitée dans le référentiel de 1986) Sébastien HERVE LR Angers Page 4/16
Lot 33 TGV Atlantique PK 150.880 à 182.934 Section Conneré Melleray : 1987 : travaux cdf 1989 : mise en service Sébastien HERVE LR Angers Page 5/16
Études préalables Étude de formulation des sables de l emprunt de Bouër au Luart (72) réalisée par le LRPC d Angers suivant les référentiels techniques de 1986 : - sable B1/B2 du RTR (B2 - GTR) - Rc > 1 MPa à 7 jours : 97 % ρd OPN à W OPN-1 à 5,5 % de CPJ 45 - épaisseur 40 cm en une couche, testée sur une planche d essai Retour d expérience des travaux de l'a11 (Angers Le Mans) Travaux réalisés entre mars et juin 1987 : sur les 32 km du lot 33, 17 km avec couche de forme traitée au LHR Résultat des contrôles extérieurs LRPC d Angers - réception de l arase (traitement chaux si nécessaire) - contrôle des paramètres de la centrale (dosage / humidité / retardateur) - épaisseur - taux de compactage en moyenne 100 % ρd OPN (+/- 2 %) - réception en déflexion entre 8 et 12/100ème entre 10 et 28 jours Sébastien HERVE LR Angers Page 6/16
Exploitation de la ligne depuis 1989 Trafic moyen de TGV à 300 km/h Pas comportement ou de rechargement anormaux Souhait de la SNCF de pouvoir disposer d un diagnostic de la couche de forme traitée, après 17 ans d exploitation Compléter les recherches menées avec le CER par un retour d expérience Réalisation de 18 carottages entre les PK 155.850 et 165.900 - répartis sur les 2 voies + 2 pistes latérales - en déblai et en remblai - en courbe et en ligne droite Sébastien HERVE LR Angers Page 7/16
Atelier de Carottage Geosond Pré-forage au tricône et tubage du ballast + sous-couche Carottage au carottier triple sous PVC transparent Sébastien HERVE LR Angers Page 8/16
Carottage (sous-couche + CF + TN) Couche de forme traitée (+ monocouche) Sébastien HERVE LR Angers Page 9/16
Sciage des carottes pour mesures E, Rc et Rit Mesures de densité au banc gamma 100 % ρd OPN Éléments de silex Sébastien HERVE LR Angers Page 10/16
Dosage en ciment Comparaison des performances mécaniques Rc : étude 1987 / matériaux carottés en 2006 Masse volumique (t/m3) Teneur en eau Age Rc (MPa) Étude LRPC Angers - Mars 1987 5,0 % 1,82 10,5 % 7 jours 0,90 5,5 % 1,82 10,5 % 7 jours 1,15 5,5 % 1,82 10,5 % 28 jours 1,45 5,5 % 1,88 10,5 % 7 jours 1,45 6,0 % 1,82 10,5 % 7 jours 1,12 7,0 % 1,82 10,5 % 7 jours 1,36 Carottage Octobre 2006 5,5 % 1,97 6 à 13 % 20 ans 8,30 5,5 % 1,96 6 à 13 % 20 ans 8,90 5,5 % 1,93 6 à 13 % 20 ans 9,10 5,5 % 1,94 6 à 13 % 20 ans 7,50 Sébastien HERVE LR Angers Page 11/16
Évolution des performances mécaniques Rc (comparées avec les études du LGV BPL à 360 j) 10 8 Rc (MPa) 6 4 2 0 Sables de Bouer - 5,5% Sables Cénomanien 1-4,5% Sables Cénomanien 1-6,5% Sables Cénomanien 2-3,5% Sables Cénomanien 2-4,5 % Sables Cénomanien 2-6,0 % 1 10 100 1000 10000 Jours Ajustement à une loi de comportement logarithmique Rc = a + b Log (t) Sébastien HERVE LR Angers Page 12/16
Rt=0,8 Rtb (MPa) LGV Atlantique LN2 Lot 33 sable-ciment de couche de forme en 2006 zones mécaniques de la norme NF P 94-102-2 10 Zone 1 Zone 2 1 Zone 3 Zone 4 0.5 Zone 5 hors zone 0.2 0.1 1000 10000 100000 Zones 2 à 3 + Traitement en centrale => classe 3 => PF4 (objectif référentiel ferroviaire actuel : PF2+ 80 MPa granulaire /120 MPa traité) Etb (MPa) Sébastien HERVE LR Angers Page 13/16
Essais de perméabilité au triaxial (LR Aix) Résultats : 5.10-7 < k < 7.10-7 m/s 3.10-6 < k < 8.10-6 m/s Perméabilité 100 fois inférieure à la sous-couche Pas de lessivage Exposition au gel Protection = 100 C.j Dépassée 3 fois en 16 ans (101, 138 et 140 C.j) dont 2 fois sur 13 cm Pas de désordre observé Sébastien HERVE LR Angers Page 14/16
Analyses chimique, minéralogique et microstructurales (LCPC Paris Division Physico-chimie des Matériaux) Examen au MEB x 300 : Interface entre la matrice cimentaire plus ou moins dentelée et grains de silice Identification du liant hydraulique Mesures par diffractométrie des rayons X, chimie et analyses thermiques : SIO 2 Al 2 O 3 TiO 2 Fe 2 O 3 CaO MgO Na 2 O K 2 O S0 3 Cl Liant Carottes 19.50 4.30 0.20 1.90 60.00 2.90 0.22 0.60 3.20 0.00 Ciment CPJ 45 17.39 à 19.45 3.67 à 4.27 0.16 à 0.19 1.39 à 2.09 60.02 à 62.52 2.97 à 4.62 NC 0.39 à 0.74 2.18 à 3.18 NC Dosage en ciment suivant méthode du CETIC (BLPC 1983) et par spectrométrie d'émission atomique des sulfates 2 dosages en cœur d éprouvette : 5,2 et 5,5 % +/- 0,8 % 1 dosage en surface : 4,4 % (valeur théorique 5,2 %) Sébastien HERVE LR Angers Page 15/16
Bilan du diagnostic Un niveau d usage conforme aux caractéristiques recherchées Conclusions positives sur la durabilité de la couche de forme traitée : pas ou peu d altération significative d origine physico-chimique des performances mécaniques supérieures aux référentiels actuels une augmentation intéressante dans le temps (loi logarithmique?) L absence de dégradation à l échelle micro-structurale Des perspectives d applications pour les lignes nouvelles Des actions de recherches engagées sur le comportement à long terme de la structure, en intégrant notamment l analyse en fatigue des structures Merci de traitées votre attention! Sébastien HERVE LR Angers Page 16/16