LE REEMPLOI DES MATERIAUX MARNEUX LE REEMPLOI DES MATERIAUX MARNEUX DANS LA CONSTRUCTION DE LA LIGNE

FERROVIAIREA GRANDE VITESSE RHIN-RHONE

Yves GUERPILLON

- Présentation de l’opération Présentation de l opération

- L’expérience dans le réemploi des matériaux évolutifsp p

- L’application aux marnes de la LGV RR

Titr

e

L ’opération LGV RHIN RHONEFinalité du projet :Finalité du projet :

Développer une liaisons ferroviaires à grande vitesse Nord-Sud Branche Sudet 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+ CFAL

+ Lyon Turin

Titr

e

La Branche EstPhasage longitudinal142 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

Titr

e

LOT B3 (37 km)B t d

VESOUL

Le tronçon B( )

RD 9

Base travaux de Villersexel

RD 486 / RD 50

HAUTE-SAONE (70)

Viaduc de Corcelles (lot B4)Viaduc de

O

LOT B1(20 km) ( )

l’Ognon amont (lot B3)

Viaduc de la Linotte (lot B2)

MONTBELIARD

DOUBS (25)

Linotte (lot B2)

Viaduc de la Quenoche (lot B2)

RN 57Viaduc de la

Buthiers (lot B1)

Viaduc de l’Ognon M (l t B1)

RN 57

Titr

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Moyen (lot B1)

BESANÇON LGV RHIN RHÔNE – BRANCHE EST – TRONÇON B

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)

V i Rét bli 1 RN 21 RD 33 VC CR t CEVoies Rétablies :1 RN, 21 RD, 33 VC, CR et CE ,15 cours d ’eau

6 Viaducs (de 89 à 445 m), 76 ouvrages d’art courants( ), g(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 3 de dépôtsremblai, 3millions de m 3 de dépôts

23 KM de piste et un ouvrage d’art provisoire

11 Passages grande faune g g

La Base travaux à VILLERSEXEL

Titr

e

SPECIFICITES D’UN PROJET LGV

Vit d ti 350 k /hVitesse de conception : 350 km/hTracé très tendu– Rayon supérieur à 5 556 m

Profil en long

– Pente faible < 35 ‰Largeur plate-forme 13 m 90g pPlate-forme ferroviaire « indéformable et homogène »

Titr

e

LE CONTEXTE GEOLOGIQUE DU TRONCON BTRONCON B

Projet situé dans les terrains jurassiques jusqu’à l’Ognon à Thieffrans/Tressandans puis dans les Trias/LiasThieffrans/Tressandans, puis dans les Trias/Lias

A l’ouest de l’Ognon Calcaires jurassiques supérieurs avec présence d’argile à Chaillesp g

A l’est de l’Ognon Trias/lias pré-jurassienEn fond de vallon : alluvions récentes et colluvions

Les difficultés principales

Les karsts

L é l i

Pérennité de la LGV

Ressource en eauLe réemploiLes sols compressibles Les stabilités de déblai

Titr

e

– L’allotissement– L allotissement

Un projet de terrassement : 30 M m3 remuésp j

VORAY

ORMENANSLINOTTE

OGNONAMONT SAULNOT

Trias Lias KeuperPK 20,700PK 0 PK 31,700 PK 56,700

Calcaire jurassique

Calcaire jurassique

Qualité moyenne autonome

Trias Lias Keuper

Très mauvaise qualité

Déficitaire en matériaux spécifique

Qualité bonne excédentaire

en bon matériaux

Titr

e

LE CONTEXTE GEOLOGIQUE DU QTRONCON B3

1 coupure principale :- franchissement de l’Ognon à Tressandans

Sur les 14 km à l’ouestLes calcaires Rauracien et Séquanien, plus ou moins faillés

PK34 au PK46Passage des marnes du Toarcien (lias supérieur) aux argiles à lignites (base du Trias): 8 faciès différentslignites (base du Trias): 8 faciès différents

Du PK46 à PK 57T i il à li it l i à héTerrain argiles à lignites aux calcaires à gryphées

Titr

e

LES MATERIAUX MARNEUX

Le Lias : marneux en général, qualité médiocre

Risque de schiste cartonRisque de schiste cartonArgiles toarcien, marnes toarcien, calcaire gryphé, marne bleue

Le TriasLe Rhétien (marne de Levallois, grès du Rhétien)Le Keuper (dolomie Moellon, marnes irisées p ( ,supérieures, marnes irisées inférieuresTrias moyen (argile à lignite, calcaire coquiller, marnes ondulées du Muchelkalk, grès coquiller)

Titr

e

BILAN QUANTITATIF DU B3

Besoins en m3 Ressources Les grands chiffres

Couche de forme 218 800 Emprunt D222 Déblai10 millions

Couche de forme 218 800 Emprunt D222 Déblaide m3

ZI/ZH/masque, bloc technique, ouche de forme

833 550 Déblais + emprunt Emprunt 550 000 m3ouche de forme

PST et purge 268 500 Remblai t+ emprunt Remblai6.7 millions de m3

Remblais grande hauteur/courant

3 234 490 Déblais Aménagement paysager

2.1 millions de m3

Aménagements 1 753 500 Déblais (impropres) Dépôts

1.52 millions paysagers/Impacts

1 753 500 Déblais (impropres) Dépôtsde m3

Total 6 308 840 6 602 680

+ 550 000 Emprunt D222

Titr

e

D222

LE MOUVEMENT DES TERRES DU B3LE MOUVEMENT DES TERRES DU B3

Les préoccupations majeures :p p j

La caractérisation des matériauxLe réemploi des matériaux (présenceLe réemploi des matériaux (présence gypse) et sensibilité au gonflementL’aptitude au traitement

Les enjeux :

Autonomie (emprunt + 37 km)Autonomie (emprunt + 37 km)Transport : piste de chantierDépôts (1,5 millions de m3) p ( , )Prise en compte de l’environnementPrise en compte du milieu humainInterface paysage : modelage

Titr

e

Interface paysage : modelage

REMBLAIS EN MATERIAUX EVOLUTIFS

L dé l t d bl i ill é l i 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 contraintedans le remblai

Prise de conscience des risques induits par l'emploi de sols fins non saturés et de matériaux évolutifs

A 13 Remblai en craie du Val GuyonA 62 Remblais marneux

fissuration longitudinaledensification - tassementdéformations et glissements de talus

Titr

eTi

tre

Grand remblai de l’Autoroute A 20

Titr

e

COMPORTEMENT ET CONCEPTION DES REMBLAIS EN MATERIAUX EVOLUTIFSDES REMBLAIS EN MATERIAUX EVOLUTIFS

• Qu’est-ce qu’un matériau évolutif ?

Ce terme « générique » englobe au moins 2 phénomènes• Ce terme « générique » englobe au moins 2 phénomènes

Une évolution des « blocs » au sein d’une structure discontinueen fonction de leur dégradabilité.

Une évolution de la matrice plus ou moins argileuse sous l’effetdes modifications des contraintes et de la succion (fonction dudegré de saturation)degré de saturation).

Titr

e

MECANISMES DES DESORDRES

• Sols finsAspect de la sensibilité à l’eau mal prise en compte dans les terrassements vue essentiellement par rapport à la traficabilitéterrassements, vue essentiellement par rapport à la traficabilité

Matériaux compactés côté sec� Imbibition� Gonflement zones peu chargées

Effondrement zones fortement chargéesDistorsion de cisaillement au voisinage des talusHétérogénéité déformations différentiellesModifications caractéristiques mécaniques υ C, ϕ

• Matériaux rocheux évolutifs Changement de granulométrie conduit également à une

i ti d lvariation de volume

Titr

e

MECANISMES DES DESORDRES

DRAIN

TN

TALUS

TN

FISSURATIONFISSURATION

GONFLEMENT

EFFONDREMENT POSSIBLE

DISTORSION

Titr

e

Titr

eTi

tre

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 traitementpour garantir Portance et caractéristiques mécaniquesp g q q

Titr

e

CONDUITE DES ETUDES

Matériaux caractérisé pour terrassements par paramètres de nature etd’ét td’état.

Plasticité significatif des risques avec paramètres d’évolution : fragmentabilité et dégradabilité

En général :gArgiles et marnes sensibles gonflement et effondrementcraies 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

Titr

e

Charge axiale sv (kPa)

10 100-2

1000

Gonflement0

2dh/h

%

4Sol compacté

ssem

ent

d

6

8Sol compacté

et imbibé

Ta

Effondrement

10

et imbibé

Essai oedométrique avec imbibition

Titr

e

Essai oedométrique avec imbibition

CONSEQUENCES POUR LA CONCEPTION DES OUVRAGESDES OUVRAGES

Contrôle des migrations de l'eau. matelas anticapillaire base remblais. assainissement

Eviter les hétérogénéités de matériaux Zonage

Noyau sous chausséese > 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, encherchant à atteindre le matelassage

Titr

e

sous l'énergie de compactage optimale

NOYAU

REMBLAI

RECHARGESRECHARGESAVAL

Structure à noyauStructure à noyau

REMBLAI

EPAULEMENT

Titr

e 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 àdifférents niveaux

Titr

e

POUR UNE LIGNE FERROVIAIRE A GRANDE VTESSELA 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- Sol rocheux de classe R31 à R34 conduisant après extraction à un solA2/A3 (plus de 35 % de fines et IP 12 à 40)

Titr

e

Classement GTR du tronçon B3

Géologie GTR % Réemploi possible

25%

Formations de couverture Remblai courant Couche de

t ti /PST b dAltération jurassique (41, 42) A1-A2-A3 à A4

Quaternaire25% protection/PST base de

remblai en TT

Altération jurassique (41, 42) A1 A2 A3 à A4

Altération lias (40) A2

Altération marnes, calcaires A2 à A4

Jurassique Remblai courantpurge /PSTZI/ZHZI/ZHCdF (si LA + MDE < 60)

Calcaire du Sequanien R21 (karst)

R21 < LA < 6112 < MDE < 46

Secondaire 20%

12 < MDE < 4660 < LA + MDE < 80gélif

Calcaire Rauracien R2132 < LA < 42

Purges/PSTZI/ZH et CdF32 < LA < 42

18 < LA < 24LA + MDE < 60/65 non gélif

ZI/ZH et CdF

Titr

e

Classement GTR du tronçon B3

Lias Argile du Toarcien (11) A2 Remblai courant g ( )

4%

Marnes du Toarcien (12) Impropres

Marnes bleues du Lotharingien (14)

Calcaire à gryphées (10)

A2 à A3 Impropres (gonflement)

Remblai courantCalcaire à gryphées (10) Remblai courant

Trias

50%Marnes et grès du Rhétien (17.1 – 17.2)

A2 à A3 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 avecMarnes 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 – purgeCalcaire Coquillier (19.3) A1/A2 à R34calcaire R21 à R33

Remblai ZI/ZH purge PST

Marnes ondulées du Muschelbalh (19.6)

A1/A2 – R31 à R34 Impropre pour partie Remblai après TT

Titr

e

LE TRAITEMENT A LA CHAUX OU AU LIANT HYDRAULIQUE

A permis pour les remblais :

AU LIANT HYDRAULIQUE

En surface : de bloquer le gonflement

En talus : d’assurer la stabilitéEn talus : d assurer la stabilité

A la base : d’éviter la succion dans les zones humides et de garantir tout effondrement effondrement

pour les déblais :

De bloquer le gonflement de l’arase.

Avec éventuellement une :

-Fragmentation dmax < 250 mm – passant à 2 mm > 30 %

H d

Titr

e

- Humidication

Titr

e

LIMITATION DU GONFLEMENT

Gonflement CBRi sur Type de gonflement Dispositions proposéesGonflement CBRi sur matériau naturel

Type de gonflement Dispositions proposées

S ≤ 2% Faible Pas de couche de protection

5% > S > 2% Acceptable Critères contractuels avec couche de protection

10 % > S ≥ 5% Do te H mification po r obtenir S < 5% o traitement si10 % > S ≥ 5% Douteux Humification pour obtenir S < 5% ou traitement si matériau apte – Sinon mise en dépôt.

S ≥ 10 % Inapte Mise en dépôt

Titr

e

•Remblais en matériaux marneux de plus 5 m de hauteur

Situation en Nature des matériauxAppellation couche profondeur par

rapport à l’araseConditions de mise

en œuvre•Rôle particulier

w ≥ 0 9 w Portance -InsensibilitéCouche de protection

traitée0 à - 3 m

w final ≥ 0.9 w OPNFragmentation

Traitement pulvimixeurCompactage qualité q4

Portance -InsensibilitéApporter une

contrainte s’opposant au gonflement

Remblai courant suivant les

conditions GTR - 3 à - 10 m

w final ≥ 0.9 w OPNFragmentation

Traitement éventuel à la charrue

Compactage qualité q4

Remblai traité - 10 à - 15 m

w final ≥ 0.9 w OPNFragmentation

Eviter le risque d’effondrement et de

Remblai traité 10 à 15 mTraitement charrue

Compactage qualité q4création de pression

interstitielle

w final ≥ 0.9 w OPN Eviter le risque

Remblai traité > à 15 m

final OPNFragmentation

Traitement pulvimixeurCompactage qualité q3

qd’effondrement et de création de pression

interstitielle

Titr

e

LES ETUDES DE TRAITEMENT ONT CONDUIT AUX SOLUTIONS SUIVANTES

- 0.5 à 2 % de chaux

SOLUTIONS SUIVANTES

0.5 à 2 % de chaux

- Ou 1 à 2 % de liant hydraulique le ROC TR : . 30 % CaO,

. 58 % clinker,

. 12 % cendres

CAS DES MARNES DU KEUPER

é é à é. Marnes irisées inférieures : D 383 : 280 000 m3, classes A1 à A3 (présence de gypse).

M i i é é i D 367 285 000 3 R31 à R34 A1 à A3. Marnes irisées supérieures : D 367 : 285 000 m3, R31 à R34 A1 à A3

Titr

e

Titr

e

Secteurs 2 et 3 - Répartition des classes GTR de la formation 18.5Marnes irisées inférieures

A1

B62%

R316%

A12%

A312%

A44%

2%

A1

A2

A3

A274%

A3

A4

B6

R31

74%

Secteurs 2 et 3 - Répartition des teneurs en eau de la formation 18.5Marnes irisées inférieures

16%

18%

20%

8%

10%

12%

14%

0%

2%

4%

6%

Titr

e

0%

< 10 10-12 12-14 14-16 16-18 18-20 20-22 22-24 24-26 26-28 28-30 30-32 32-34 34-36 36-38 38-40 >40

Titr

eTi

tre

Titr

eTi

tre

Secteurs 2 et 3 - Répartition des classes GTR de la formation 18.1Marnes irisées supérieures

A120%

R334%

R341%R32

3%R313%

A319%

A1

A2

A3

R33

R34

A250%

R34

Secteurs 2 et 3 - Répartition des teneurs en eau de la formation 18.1Marnes irisées supérieures

14%

8%

10%

12%

2%

4%

6%

Titr

e

0%

< 10 10-12 12-14 14-16 16-18 18-20 20-22 22-24 24-26 26-28 28-30 30-32 32-34 34-36 36-38 38-40 >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- Amélioration des caractéristiques mécaniques avec un dosage de 2% de CaO.

Titr

e

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

L ENSEMBLE DES DEBLAIS

Réutilisation analysée du point de vue des conditions d extraction et de miseen œuvre

mais également adaptée à la sensibilité des matériaux et à la zone de réutilisationg p

Objectifs du traitement :

- Blocage potentiel de gonflement

- Maitrise de la sensibilité à l’eau

- Amélioration des caractéristiques mécaniques

A éli ti d l t PST t l i l ti d h ti- Amélioration de la portance pour PST et la circulation de chantier

Titr

eTi

tre

Titr

eTi

tre