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
