ou inondables Conséquences de

Objectifs Limiter les emprunts pour la constitution des bases de remblai en ZI/ZH Apporter des éléments pour une rationalisation de la conception...

4 downloads 361 Views 3MB Size
Remblais en zones humides et/ou inondables Conséquences de l’inondation du remblai du CER Rouen Valéry Ferber LCPC

Sommaire  Objectifs  Tassements induits par l’humidification des sols fins compactés  Conception et instrumentation de l’expérimentation  Propriétés hydromécaniques du limon A28  Conséquences des inondations du remblai  Trois questions  Conclusions

Objectifs  Limiter les emprunts pour la constitution des bases de remblai en ZI/ZH  Apporter des éléments pour une rationalisation de la conception  Prévoir les mouvements d’eau (remontées capillaires, transferts sous charge hydraulique)  Estimer les risques de tassement

-1Tassements induits par l’humidification des sols fins compactés

La base des remblais

H

 Contrainte fonction de H (10 m  200 kPa)  Humidification potentielle à court (inondation) ou long terme (infiltration)

Humidification sous contrainte - Limon Influence de l’état initial

Indice des vides

1,2 σ verticale 100 kPa

1 0,8

wi = 13,4 %

0,6

wi = 18,1 %

0,4 0,4

0,6

0,8

1

Indice des vides initial

1,2

Organisation des particules à l’échelle microscopique

Humidification sous contrainte - Limon Influence de la contrainte verticale

Indice des vides

1 Courbe oedométrique

0,8 0,6 Essais d’humidification

0,4 0,2 0 1

10 100 1000 Contrainte verticale (kPa)

10000

Conclusion pour les bases de remblais  Pour les sols peu plastiques :    

Critères de compactage adaptables Remblais de grande hauteur ? Remblais de ZI/ZH ? Nécessité d’une confrontation à ouvrages

des

-2Conception et instrumentation de l’expérimentation

Idées conductrices  Remblai de hauteur limitée  Base de remblai mal compactée  Instrumentation couplant état hydrique et déformation  Différencier cas ZI et cas ZH

Phases de l’expérimentation Construction

1ère Inondation

Saturation base drainante (ZH) : 4/1/2006

Inondation (ZI) : 7/2/2006 1m

Vidange : 18/2/2006

2ème Inondation (18/10/2006)

Construction

Matériaux  Limon A28  IP ~ 12,1  C80µm ~ 97 %  wOPN ~ 14,5 % - ρd,OPN ~1,85 g/cm3

 Limon sableux SNEC  IP = 8,6  C80µm ~ 40 %  wOPN ~ 12,5 % - ρd,OPN ~1,92 g/cm3

Teneur en eau 70%

Limon sableux SNEC (couches 6 à 15)

60%

Limon A28 (couches 1 à 5)

50% 40% 30% 20% 10%

200 20 - 21 %

19 - 20 %

18 - 19 %

w OPN = 14,5 %

180 160 Hauteur (cm)

Intervalles de teneur en eau

17 - 18 %

16 - 17 %

15 - 16 %

14 - 15 %

13 - 14 %

12 - 13 %

11 - 12 %

10 - 11 %

9 - 10 %

0% <9%

Fréquence

80%

140 120 100 80 60 40 20 0 12

13

14

15 16 17 18 Teneur en eau (%)

19

20

Profil de masse volumique sèche 3

1,2

Masse volumique sèche (g/cm ) 1,3 1,4 1,5 1,6 1,7 1,8 1,9

2

2,1

550 500

Hauteur (cm)

450

GPV

15

Double-sonde

14 13 12 11 10

400 350

9 8

300 OPN

250 200

90 % OPN 80 % OPN

7 6

150

5

100

LP 3 LP 2

50 0

Limon SNEC

1

Limon A28

Instrumentation Disposition générale Sonde TDR (w) Equitensiomètre (succion) Boucle hyperfréquence (w) Capteur température

15 14

5m

13 12 11

4m

10 09 08 07

3m

06

2m

05 Lit de pose 03 Lit de pose 02 01 Base drainante

1m

Capteur déplacement horizontal 15

Capteur déplacement vertical

H =60 cm H =30 cm

14

5m

13 12 11

4m

10 09 08

3m

07 06

2m

05 Lit de pose 03 Lit de pose 02 01 Base drainante

1m

Autres méthodes

Tomographie de résistivité électrique

Station météorologique

-3Quelques propriétés hydro-mécaniques du limon A28

Courbe de rétention 1000

10000

Limon A28 ρd = 1,45 t/m3 ρd = 1,85

1000

t/m3

100

10

?

?

wOPN

1

ts

s

m

10

h

0,1

th 1

h 5

10

Hauteur (cm)

Succion (kPa)

100

15 20 Teneur en eau (%)

25

h

30

w Saturation de la base drainante

w Inondation sur 1 mètre

Synthèse 80 % ρd,OPN

0,8 0,75

85 % ρd,OPN

Indice des vides

0,7 0,65

90 % ρd,OPN

0,6 0,55

95 % ρd,OPN

0,5 0,45

oedo saturé

100 % ρd,OPN

oedo non saturé (s=100 kPa) Inondation en oedo

0,4 1

10

100

Contrainte verticale (kPa)

1000

-4Conséquences des inondations du remblai

Charge hydraulique – Zoom 1ère inondation

Suivi des teneurs en eau

Suivi des déplacements verticaux

-5Trois questions

Question n°1 Où passe l’eau lors de l’inondation ?

Hypothèse initiale



Sonde TDR

  Perméabilité supposée : 10-7 m/s  Cheminement 1 : 1157 jours  Cheminement 2 : 11 jours pour 10 cm de hauteur

Détail du suivi des sondes TDR

Interprétation proposée

1ère partie de trajet : Interface entre couches compactées ou base drainante

2ème partie de trajet : Transfert dans le sol compacté

Question n°2 Remontées capillaires : combien ? Pouvait-on le prévoir ?

Profils de teneur en eau 1,6 Courbe de retention Limon A28 1,4

1,2

Avant inondation 1 H (m)

Après saturation base drainante 0,8

Inondation 1 mètre Après vidange 1ère inondation

0,6 Max 2ème Inondation Après vidange 2ème Inondation

0,4

? 0,2

0 25%

30% Teneur en eau volumique

35%

40%

Evolution du front de saturation au cours des inondations

Capteurs déplacement vertical 120 cm 110 cm 100 cm 90 cm

1D2 3W10 2ème inondation 1D9

2W9

80 cm 70 cm

1ère inondation

60 cm

0D1

50 cm 40 cm 30 cm 20 cm 10 cm 0 cm

Sondes TDR

Cote maximale des fronts de saturation en fin de …

1W6

ère

Sommet 1

couche

0D6 0D21

1W5 1W4 0W1

Saturation base drainante

Question n°3 Tassements dus à l’inondation : Combien ? Pouvait-on le prévoir ?

Déformations observées

Profil vertical final Masse volumique sèche (g/cm 3) 1,5

1,6

1,7

1,8

1,9

2

70% 3,4

3,5

3,5

Passée sableuse

3,4

3,6 3,7 3,8 3,9

3,8 3,9

4,3

4,0

Oedomètre sat. Après compactage Banc gamma

4,4 4,5

4,7 4,8 4,9 5,0

4,1 4,2 4,3 4,4 4,5

Passée limoneuse

4,6

4,6 4,7 4,8 4,9 5,0

5,1

5,1

5,2

5,2

Essai inondation oedo

100%

3,7

Prof (m)

Prof (m)

4,2

90%

3,6

4,0 4,1

80%

Oedomètre sat. Après compactage Bc gamma Carottes

95 % OPN

1,4

92 % OPN

1,3

Taux de compactage 110%

En résumé  Tassement avant saturation  60 mm (maximum prévu : 30 mm)

 Saturation base drainante  Front de saturation : 10-20 cm  Tassement : 2-3 mm

 1ère inondation (1 m en moyenne)  Front de saturation : ~70 cm  Tassement induit : 3-5 mm

 2ème inondation (1,4 m en moyenne)  Front de saturation : ~ 1 m  Tassement induit : 2-7 mm

 Tassement dû à l’inondation  7-15 mm (maximum prévu : 70 mm)

Conclusions  Importance de l’expérimentation en vraie grandeur  Evaluation de la méthodologie de prévision des tassements  Prévision raisonnable du tassement total  Prévision délicate du tassement après construction et dû à l’inondation  Prévisions pessimistes

 Courbe de rétention et remontées capillaires …  Utilisation de sols fins non traités en bases de remblais ZI ?  Quid des sols grossiers ?  Autre point majeur : le risque d’érosion

Suites possibles  Courbe de rétention entre 0 et 10 kPa  Influence du traitement sur le comportement (remontées capillaires, perméabilité non saturée, tassements)  Investigations dans des remblais de ZH/ZI construits en sols sensibles  Modélisation physique en centrifugeuse pour les sols grossiers

Modélisation numérique Evolution des déplacements verticaux -0.06 Displacements top of A28 layer top of SNEC layer

Vertical displacement (m)

Déformations volumiques plastiques dans la base du remblai (fin d’inondation)

-0.064

-0.068

-0.072 0

100 200 Time from 1st inundation (days)

300