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25/10/2018 Prise en compte du gonflement des terrains argileux pour le dimensio

25/10/2018 Prise en compte du gonflement des terrains argileux pour le dimensionnement des ouvrages d’infrastructure Journée technique et scientifique CFMR - CFMS « Microstructures des géomatériaux argileux – conséquences pour l’ingénieur » Hervé LE BISSONNAIS Historique du groupe de travail 25/10/2018 2 > Mise en place en 2016 d’un groupe de travail au sein du CFMS Réflexion de la Commission Technique début 2016 : dans le cadre des études liées au projet du Grand Paris Express, mise en évidence de divergences d’interprétation parmi les maîtrises d’œuvre quant à la prise en compte des pressions de gonflement de certaines formations (Argile Plastique notamment) pour le dimensionnement des ouvrages en interface avec ces terrains Problématiques concernant : Les soutènements verticaux Les radiers des gares, stations et ouvrages annexes Les tunnels Les pieux Journée technique et scientifique CFMR - CFMS « Microstructures des géomatériaux argileux – conséquences pour l’ingénieur » Objectifs 25/10/2018 3 > Objectifs du groupe de travail : Elaboration de recommandations pour le dimensionnement des ouvrages de génie civil en interaction avec des sols gonflants Le champ d’action du groupe de travail concerne les ouvrages enterrés de taille significative. Il exclut la problématique retrait/gonflement sous maisons individuelles Sont écartés de la recommandation : Les argiles à grande profondeur comme la couche argileuse du Callovo-Oxfordien (Cigeo), ou encore l’argile de Boom. Les terrains potentiellement gonflants de type gypse, anhydrites, schistes cartons, remblais/scories avec chaux Journée technique et scientifique CFMR - CFMS « Microstructures des géomatériaux argileux – conséquences pour l’ingénieur » La recommandation 25/10/2018 4 > Structure de la recommandation : Définition du problème, terrains concernés (qu’est ce qu'un terrain gonflant ?) Caractérisation des propriétés des terrains gonflants (domaine d’application des essais, prélèvement et conservation des échantillons) : Quels liens entre le phénomène et les essais d’identification classiques ? Pour chaque type d’ouvrage :  REX, pathologies observées  Les différentes méthodes de calcul pouvant être utilisées pour la prise en compte de l’effet d’un potentiel gonflement  Dispositions constructives Journée technique et scientifique CFMR - CFMS « Microstructures des géomatériaux argileux – conséquences pour l’ingénieur » Définition 25/10/2018 5 > Qu'est ce que le gonflement des terrains argileux ? Terme générique qui regroupe les différents phénomènes suivants : mécanique : résulte d’un déchargement ou de la détente élastique après une excavation, sans apport d’eau, phénomène court terme hydrique : imbibition ou humidification, par apport différé d’eau, phénomène long terme, chimique : formation d’Ettringite par exemple Journée technique et scientifique CFMR - CFMS « Microstructures des géomatériaux argileux – conséquences pour l’ingénieur » Le gonflement (mécanique ou hydrique) se traduit par une augmentation du volume du sol ou un accroissement des pressions régnant dans le milieu selon que le massif peut se déformer ou non Terrains concernés 25/10/2018 6 > Les terrains concernés (liste non exhaustive…) : En région Parisienne : Marnes à Huitres Marnes d’Argenteuil Argile Verte Argile Plastique Dans le Nord : Argile de Flandres, etc.. Sud : Stampien Marseillais Journée technique et scientifique CFMR - CFMS « Microstructures des géomatériaux argileux – conséquences pour l’ingénieur » Caractérisation et essais 25/10/2018 7 > Caractérisation des propriétés des terrains gonflants : Caractérisation des terrains gonflants : essentiellement au moyen d'essais de laboratoire réalisés à partir de prélèvement représentatifs. Beaucoup de données utiles à la caractérisation des terrains gonflants s'obtiennent au moyen d’essais conventionnels (identification en particulier) Sur le plan mécanique, seules quelques méthodes d'essais sont en usage courant, qui se fondent essentiellement sur l'emploi d'un œdomètre Par contre, les procédures, leurs variantes ou les modalités particulières d'application de ces méthodes sont nombreuses Journée technique et scientifique CFMR - CFMS « Microstructures des géomatériaux argileux – conséquences pour l’ingénieur » Carotte d’Argile Plastique Caractérisation et essais 25/10/2018 8 > Données générales communes : Description visuelle : appartenance à une formation géologique La connaissance des propriétés physiques est indispensable : argilosité du sol ou son activité (lien étroit avec l'amplitude des gonflement) analyses chimiques et physico-chimiques : teneurs en smectites ou teneurs en carbonate constituent des révélateurs ou des modérateurs du gonflement mesures des caractéristiques d'état : teneurs en eau, densités, degrés de saturation (définissent l'état du sol ) Journée technique et scientifique CFMR - CFMS « Microstructures des géomatériaux argileux – conséquences pour l’ingénieur » Prélèvement et conservation 25/10/2018 9 > Prélèvement et conservation La qualité des mesures dépend énormément de la qualité : du prélèvement du terrain du conditionnement de l'échantillon, de son transport et de sa conservation de l’ouverture en laboratoire et de l’extraction des éprouvettes pour les placer dans les cellules d'essais. Les terrains gonflants sont argileux et structurés à des degrés divers et souvent fissurés. Ils sont sensibles aux apports d'eau, au dessèchement et surtout au déconfinement Journée technique et scientifique CFMR - CFMS « Microstructures des géomatériaux argileux – conséquences pour l’ingénieur » Prélèvement et conservation 25/10/2018 10 > Prélèvement et conservation Recommandations : Prélever les échantillons au carottier double ou triple, dans un diamètre de l'ordre de 100 mm Diamètre des blocs compris entre 20 et 30 cm Conditionnement enveloppant le sol dans un film en plastique souple, puis dans une toile inextensible et un enrobage complet de paraffine Délai le plus court possible à satisfaire entre le prélèvement et le conditionnement sur site, le transport au labo et la réalisation des essais Journée technique et scientifique CFMR - CFMS « Microstructures des géomatériaux argileux – conséquences pour l’ingénieur » Les essais 25/10/2018 11 > Les essais courants à l’oedomètre Par paliers successifs (adaptation du mode opératoire de Huder et Amberg) Journée technique et scientifique CFMR - CFMS « Microstructures des géomatériaux argileux – conséquences pour l’ingénieur » 1) une éprouvette est découpée dans un échantillon, 2) un cycle de chargement-déchargement-rechargement est appliqué par paliers successifs dans l'état naturel du terrain jusqu'à une contrainte axiale 'amax donnée ; les paliers sont définis en progression géométrique, en relation avec les contraintes en place, 3) l'éprouvette est mise en imbibition sous cette charge axiale, pour un suivi du gonflement pendant ce premier palier sous imbibition, 4) le suivi continue pendant les paliers de déchargement suivants sous imbibition, 5) la pente de gonflement se mesure par la différence des déformations entre les paliers de déchargement sous imbibition et les paliers de chargement ou de déchargement dans l'état naturel. Essais par paliers succesifs 25/10/2018 12 > Les essais courants à l’oedometre Par paliers successifs (adaptation du mode opératoire de Huder et Amberg) Journée technique et scientifique CFMR - CFMS « Microstructures des géomatériaux argileux – conséquences pour l’ingénieur » Avantages : fournit une pente (K'g) et une pression de gonflement ('ag = 290 kPa) , met en œuvre une éprouvette, ce qui est un avantage dans les terrains hétérogènes Inconvénients : la durée des paliers est limitée, il y a interférence entre les paliers. Exemple d'essai oedométrique de gonflement par paliers successifs et d'identification des paramètres C's, C'g, K'g et 'ag. Les essais courants 25/10/2018 13 > Les essais courants à l’oedométre En parallèle (Norme XP 94-091) Journée technique et scientifique CFMR - CFMS « Microstructures des géomatériaux argileux – conséquences pour l’ingénieur » 1) plusieurs éprouvettes sont découpées dans un échantillon homogène, 2) elles sont chargées (directement ou en un cycle préalable) dans leur état naturel sous des contraintes axiales définies en progression géométrique jusqu'à une contrainte axiale 'amax donnée, en relation avec les contraintes en place, 3) elles sont mises en imbibition sous ces différentes charges, pour un suivi du gonflement pendant ces paliers en parallèle sous imbibition, 4) la pente de gonflement se mesure directement à partir des déformations enregistrées sous imbibition Les essais courants 25/10/2018 14 > Les essais courants à l’oedomètre En parallèle (Norme XP 94-091) Journée technique et scientifique CFMR - CFMS « Microstructures des géomatériaux argileux – conséquences pour l’ingénieur » Avantages : • fournit une pente et une pression de gonflement, • les gonflements sont mesurés sous des charges indépendantes (pas d'interférence entre les paliers), • une durée plus grande peut être consacrée aux paliers de gonflement. Inconvénients : • plusieurs éprouvettes, • dispersion des gonflements dans les terrains hétérogènes. Exemple d'essais oedométriques de gonflement en parallèle et d'identification des paramètres C's, C'g, K'g et 'ag. Les essais courants 25/10/2018 15 > Les essais courants à l’oedomètre A volume constant (ASTM, BS, IRSM) Journée technique et scientifique CFMR - CFMS « Microstructures des géomatériaux argileux – conséquences pour l’ingénieur » 1) une éprouvette est découpée dans un échantillon, 2) elle est mise en imbibition, 3) la contrainte axiale est augmentée pour maintenir la déformation axiale à zéro (volume constant), 4) la "pression de gonflement" 'a g étant atteinte, l'essai se poursuit par des paliers de chargement et/ou déchargement sous imbibition. Les essais courants 25/10/2018 16 > Les essais courants à l’oedomètre A volume constant (ASTM, BS, IRSM) Journée technique et scientifique CFMR - CFMS « Microstructures des géomatériaux argileux – conséquences pour l’ingénieur » Avantages : • fournit une pression de gonflement , • met en œuvre une éprouvette, ce qui est un avantage dans les terrains hétérogènes. Inconvénients : • pas uploads/Ingenierie_Lourd/ cfmr-25-10-2018-h-le-bissonnais-prise-en-compte-du-gonflement.pdf